| Пн | 2 | 9 | 16 | 23 | 30 | |
| Вт | 3 | 10 | 17 | 24 | ||
| Ср | 4 | 11 | 18 | 25 | ||
| Чт | 5 | 12 | 19 | 26 | ||
| Пт | 6 | 13 | 20 | 27 | ||
| Сб | 7 | 14 | 21 | 28 | ||
| Вс | 1 | 8 | 15 | 22 | 29 |
| Пн | 2 | 9 | 16 | 23 | 30 | |
| Вт | 3 | 10 | 17 | 24 | ||
| Ср | 4 | 11 | 18 | 25 | ||
| Чт | 5 | 12 | 19 | 26 | ||
| Пт | 6 | 13 | 20 | 27 | ||
| Сб | 7 | 14 | 21 | 28 | ||
| Вс | 1 | 8 | 15 | 22 | 29 |
Скачать: Связь биологических дисциплин с другими науками |
Содержание реферата
Введение1. Связь биологии с химией2. Математика в биологических науках3. Жизнь с точки зрения физики4. Биология почвСписок литературы
За последние годы достигнуты грандиозные успехи в биологии, существенно приблизившие нас к пониманию сущности явлений жизни. Это результат не только развития самих биологических наук, но и глубокого проникновения в биологию других областей естествознания: в первую очередь, химии, физики и математики, что привело к возникновению и развитию пограничных областей знания - биохимии, молекулярной биологии, биофизики, кибернетики и пр. Залогом дальнейших успехов в познании сущности и происхождения жизни является все более широкое привлечение внимания ученых различных специальностей к решению этих проблем.
В настоящее время выяснение этих вопросов считается первоочередной задачей биологических наук. Все больше ученых смежных дисциплин включают в область своих интересов биологические проблемы. Проводятся дискуссии и конференции по проблеме сущности и происхождения жизни, привлекающие внимание специалистов из разных сфер науки.
Вопрос о том, что такое жизнь, какой смысл вкладываем мы в понятие «живого» - это величайший вопрос для человечества всех времен. Сейчас в биологических исследованиях активно участвуют не только биологи, но и ученые других специальностей - математики, физики, химики, которые вносят в область биологии свои методы, свой стиль работы, свой подход к решению научных проблем. Естественно, что при этом нельзя не поставить перед собой вопрос о том, что же такое живой организм, живая клетка, что такое «живое» вообще. Задумываясь над этой проблемой, неизбежно приходишь к выводу, что лучшего определения жизни, чем-то, которое дал Энгельс, наверное, нельзя придумать и в настоящее время.
Формула Энгельса такова: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой...». Этот тезис, если в него вдуматься глубже, в полной мере сохраняет свою силу и поныне, причем он никак не опровергается, да и не может быть опровергнут тем, что сейчас выяснена важнейшая роль нуклеиновых кислот в проблемах жизнедеятельности.
Рибонуклеиновая кислота ответственна за биосинтез белков; все больше и больше выясняется роль дезоксирибонуклеиновой кислоты в передаче наследственной информации. Формулировка Энгельса не теряет своей актуальности по той простой причине, что формула «способ существования белковых тел» настолько всеобъемлюща, что включает в орбиту превращения белковых тел также и все остальные важнейшие биохимические и химические компоненты клеток.
Вопрос о сущности биологии, о сущности жизни - это вопрос большой философской значимости, и чем большая философская ясность здесь может быть достигнута, тем большим будет прогресс биологии и тем ближе мы станем к пониманию тайн жизни. Задачей каждой науки является не только понимание природы интимных механизмов и законов развития тех или иных природных процессов, но, в конечном счете,- возможность управления теми или иными процессами, в данном случае - управления такими важнейшими жизненными процессами, как обмен веществ, наследственность и т. д.
Центральное значение химических процессов в жизни ни у кого не может вызвать сомнения. Такова природа самого явления органической жизни как более высокой формы движения материи, поэтому химия имеет непосредственное отношение к жизни. Различаются два аспекта этого отношения.
1. Химические (биохимические) процессы - основа важнейших физиологических процессов всех живых организмов, связанных с обменом веществ и энергией. Без нормального течения химических процессов, определяющих важнейшие акции всего живого (обмен веществ и энергией), возникают патологические изменения, при сильных нарушениях - смерть.
2. Происхождение жизни из неживого связано с химическим процессом. Именно химическая эволюция материи привела к возникновению жизни, поскольку между химической формой движения и жизнью нет других промежуточных форм движения. Поэтому самые главные вопросы: как и почему произошла жизнь, - должны в первую очередь относиться к компетенции химии. Без познания происхождения явления нельзя в полной мере познать его сущность. Например, если химику удалось выделить какое-то природное сложное органическое соединение, изучить его состав, свойства и даже установить структуру, то нельзя еще сказать, что об этом соединении стало известно все, даже если иметь в виду только самое главное. Если удастся еще и синтезировать это соединение, т. е. узнать пути его получения, тогда можно сказать, что стало известно это соединение в общих, главных чертах.
Чем сложнее явление, тем более важно в познании его сущности выявить происхождение и взаимосвязь с другими, порождающими его явлениями. Особенно это относится к жизни. При попытках определить сущность жизни, найти ее критерий с той или другой точки зрения, но без решения основных вопросов ее происхождения и развития из неживых систем, можно впасть в заблуждение, упустив некоторые главные особенности живого или признав второстепенные особенности специфики за главные. Из этого следует, что необходимо с большой осторожностью относиться к категоричности любых определений сущности жизни, основанных лишь на статическом подходе к этому явлению, какое бы большое число примеров и проявлений жизни при этом ни анализировалось и ни обобщалось. Другими словами, если подходить к жизни как к существующему сейчас явлению, даже имея перед собой все разнообразие ее проявлений, и не решить вопрос, как и почему она произошла, то любые наши определения жизни будут односторонними и ограниченными, кем бы они ни давались: биологом, физиком, химиком, математиком, философом.
Главным вопросом на пути нашего познания сущности жизни сейчас встает именно вопрос о ее происхождении (как и почему произошел переход от химической формы движения к биологической). Если по морфологии и физиологии живых организмов на уровне целого организма, отдельных его органов и молекулярном уровне в настоящее время наука имеет уже огромный объем конкретных сведений и он очень быстро пополняется все новыми данными и закономерностями, то по происхождению жизни пока не получено почти никаких конкретных сведений, и наука находится на уровне более или менее удачных, но не доказанных гипотез и предположений. Современные представления об органо-химической эволюции в лучшем случае только лишь описывают отдельные состояния в ходе постепенной эволюции (сначала были неорганические вещества, затем появились простейшие органические вещества, далее - органические полимеры, потом - сложные системы веществ - коацерваты, а из коацерватов получились живые клетки).
Ответы на многие вопросы основываются на соблюдении законов химии и термодинамики.
На протяжении всей истории человечества естествоиспытатели и философы искали пути к открытию и познанию сущности и происхождения жизни. Однако многие вопросы этой вечной проблемы живого до сих пор не решены, несмотря на крупнейшие открытия таких фундаментальных естественных наук, как математика, физика и химия. Неоспоримо положение, что для познания огромного разнообразия форм жизни и ее сущности первостепенное значение имеет определение «химической индивидуальности» живого организма. Биологическая химия достигла огромных успехов в изучении химического состава живых организмов (включая человека) и природы химических процессов, происходящих как в целостном организме, так и в изолированных органах и тканях на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях.
Последние два-три десятилетия ознаменовались рядом выдающихся открытий в биологической химии и в некоторых ее разделах - энзимологии, биохимической генетике, молекулярной биологии, биоэнергетике и др., выдвинувших ее в разряд фундаментальных научных дисциплин и сделавших мощным орудием решения многих важных проблем биологии и медицины. Дальнейшее развитие биологии и медицины почти невозможно без применения методологических принципов современной биологической химии. Установление способов хранения и передачи генетической информации и принципов структурной организации белков и нуклеиновых кислот, расшифровка механизмов биосинтеза этих полимерных молекул, а также молекулярных механизмов трансформации энергии в живых системах, установление роли биомембран и субклеточных структур, несомненно, способствует более глубокому проникновению в сокровенные тайны жизни и выяснению связи между структурой индивидуальных химических компонентов живой материи и их биологическими функциями.
Овладение этими закономерностями и основополагающими принципами биологической химии не только способствует формированию у будущего врача диалектико-материалистического понимания процессов жизни, но и дает ему новые, ранее недоступные возможности активного вмешательства в патологические процессы. Этими обстоятельствами диктуется необходимость изучения биологической химии.
Биологическая химия - наука, изучающая химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, их превращения, а также связь этих превращений с деятельностью органов и тканей. Из этого определения вытекает, что биохимия слагается как бы из трех частей: статической биохимии, занимающейся преимущественно анализом химического состава организмов, динамической биохимии, изучающей всю совокупность превращений веществ и энергии в организме, и функциональной биохимии, исследующей химические процессы, лежащие в основе различных проявлений жизнедеятельности. При этом разделы статической, динамической и функциональной биохимии неразрывно связаны между собой и являются частями одной и той же науки - современной биологической химии.
В зависимости от объекта исследования, биохимию условно подразделяют на биохимию человека и животных, биохимию растений и биохимию микроорганизмов. Несмотря на биохимическое единство всего живого, в животных и растительных организмах существуют и коренные различия, прежде всего в характере обмена веществ. Обмен веществ, или метаболизм, - совокупность всех химических реакций, протекающих в организме, направленных на сохранение и самовоспроизведение живых систем.
Известно, что растения строят сложные вещества своего тела (углеводы, жиры, белки) из таких простых веществ, как вода, углекислый газ и минеральные вещества, причем энергия, необходимая для этой синтетической деятельности, потребляется за счет поглощения солнечных лучей (фотосинтез). Напротив, животные организмы нуждаются в пище, состоящей не только из воды и минеральных компонентов, но и из сложных веществ органической природы - белков, жиров, углеводов.
У животных проявления жизнедеятельности и синтез веществ, входящих в состав тела, обеспечиваются за счет химической энергии, освобождающейся при распаде или окислении сложных органических соединений. Растения, не использующие для своей жизнедеятельности вещества органической природы, называются автотрофными организмами, животные же являются гетеротрофными организмами.
Среди микроорганизмов встречаются как автотрофный, так и гетеротрофный типы обмена веществ. Кроме того, микроорганизмы характеризуются наличием химических веществ и реакций, не встречающихся у животных и растений.
Современная биохимия как самостоятельная наука сложилась на рубеже XIX и ХХ вв. До этого времени вопросы, рассматриваемые ныне биохимией, изучались с разных сторон органической химией и биологией. Постепенное накопление фактического материала о составе наиболее сложных природных соединений началось с развитием в Европе в Средние века алхимии. Однако фактические данные, полученные алхимиками, трудно отделить от совершенно неправильных обобщений и представлений, господствовавших в науке в то время. В XVI-XVII вв. воззрения алхимиков получили дальнейшее развитие в трудах ятрохимиков (от греч. jatros - врач). Одним из виднейших представителей ятрохимии был немецкий врач и естествоиспытатель Т. Парацельс, который выдвинул весьма прогрессивное положение о тесной связи химии с медициной и биологией. Он считал, что в основе жизнедеятельности человека лежат химические процессы, и причиной всякого заболевания служит нарушение хода химических процессов в организме, поэтому для лечения болезни следует прибегать к химическим средствам.
Однако в целом познание закономерностей химических и ферментативных процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма, оказалось для ятрохимиков непосильной задачей. Это объясняется прежде всего отсутствием в то время знаний основных законов физики и химии, неразработанностью методов элементарного анализа органических соединений. Кроме того, ятрохимики, как и алхимики, по своему мировоззрению были метафизиками и придерживались виталистических взглядов.
Подлинный расцвет биохимии наступил в ХХ в., когда важнейшие открытия во многих ее областях следовали одно за другим. Основное значение биологической химии сводится к тому, чтобы решать на молекулярном уровне задачи фундаментальные, общебиологические, включая проблему зависимости человека от экосистемы, которую необходимо не только понять, но и защищать и научиться разумно ею пользоваться.
Генетика раньше других биологических наук достигла идеала естественно-научного знания - соединения количественного эксперимента с математикой, т. е. превратилась в точную науку (проникновение математики в эксперимент и теорию как раз и составляет основной смысл понятия «точная естественная наука»). Это имело огромное значение для дальнейшего развития как самой генетики, так и всей биологии в целом. Благодаря этому генетика по своей познавательной силе и другим особенностям приобрела определенное сходство с физикой. И именно последнее послужило той архимедовой «точкой опоры», которая позволила ей совершить переворот не только в области изучения наследственности, но, со временем, и во всей биологии.
Физика достигла соединения эксперимента с математикой, а вместе с тем и статуса точной науки несколько столетий назад главным образом благодаря гению Галилея и Ньютона. И с тех пор это стало стилем физического исследования сначала в механике, а затем и в других отраслях физики. Можно считать, что огромные успехи, которых достигла физика в исследовании природы, обусловлены, прежде всего, именно этим стилем мышления.
Соединение эксперимента с математикой давало следующие преимущества. Количественный эксперимент, включающий процедуру измерения, обеспечивает получение достоверных данных в форме определенных числовых величин. Числовая форма позволяет осуществлять определенное обобщение этих данных уже на уровне факта, формулировать их в виде эмпирических закономерностей, которые служат исходным материалом для построения и развития теории. Хотя для образования теории этого обобщения недостаточно, т. к. в области естествознания факты могут быть трансформированы в теорию обычно не прямо, а опосредованно, через гипотезу, однако введение гипотетического элемента в данную систему не делает ее аморфной и неконтролируемой, не лишает ее строгости и определенности, поскольку в ее основе лежат твердо установленные количественные, эмпирические закономерности, объяснить которые призваны вводимая гипотеза и строящаяся на ней теория.
Такая количественная теория обладает большими потенциями к саморазвитию и самоусовершенствованию. Главное ее достоинство - способность давать количественные предсказания, которые легко поддаются опытной проверке.
Каждая такая успешная проверка способствует упрочению данной теории. Высокая проверяемость превращает ее из пассивного образа действительности в рабочий инструмент научного познания, в эффективное средство добывания нового знания. Весьма существенным является то, что если эта теория и подвергается перестройке в процессе развития, то при этом она практически ничего не теряет из наличного своего содержания, которое почти полностью сохраняется, приобретая новую форму. Именно в этом состоят преимущества той науки, которая достигает соединения эксперимента с математикой. Такая наука представляет собой систему знания, содержащую в себе принципы самоорганизации и саморазвития, обеспечивающие ей непрерывный и эффективный прогресс.
Следует отметить, что принципиальное значение количественного параметра для научного познания осознавалось в методологии естествознания довольно давно. Уже основоположники экспериментально-математического естествознания Галилей и Ньютон полностью отдавали себе отчет в этом. «Галилеева программа, - отмечает Н. Бор, - согласно которой описание физических явлений должно опираться на величины, имеющие количественную меру, дала прочную основу для упорядочения опытных данных во все более и более широкой области».
Заслуживает внимания характеристика роли количественных данных, высказанная известным английским естествоиспытателем и методологом естествознания Дж. Гершелем. «Во всех случаях, допускающих перечисление и измерение, - писал он, - крайне важно иметь точные числовые данные как относительно времени и пространства, так и относительно всевозможных количеств другого рода. Опустить это - значит подвергнуть себя обману чувств, который может привести к громаднейшим заблуждениям. Но числовая точность желательна не только по одному тому, что она предохраняет нас от преувеличенных впечатлений. Она - естественная душа науки и служит единственным или, по крайней мере, лучшим признаком истинности теорий и правильности опытов». Это высказывание созвучно с известной методологической установкой Галилея - измерять все измеримое и делать измеримым неизмеримое.
Измерение, как известно, является источником количественных числовых данных, а последние служат условием для применения математики в данной науке и тем самым для превращения ее в точную науку. По мнению Дж. Бернала, измерение не только связывает науку с математикой и технической практикой, но также послужило причиной проникновения в науку числа и формы. Однако если в физике соединение количественного эксперимента и математического анализа было достигнуто давно и стало обычной нормой исследования, стилем мышления, то в других отраслях естествознания этот стиль еще долго продолжал оставаться чужим, он утверждался лишь постепенно, что обусловлено отнюдь не отсутствием в этих областях талантов, а более сложными объектами исследования.
В химии, например, количественный эксперимент получил широкое применение лишь в конце XVIII в., что сразу же дало разительный эффект, позволивший освободиться от элементов алхимии. В биологии попытки применить количественный эксперимент начались сразу вслед за химией, однако здесь встретились более серьезные трудности, и поэтому в итоге эффект был более скромным. До конца ХIХ в. биология оставалась преимущественно качественной наукой (в ряде областей она в значительной мере является такой и сейчас), и поэтому физический стиль исследования был для нее инородным и чужим.
Первой биологической наукой, в которой получил реализацию физический стиль мышления, явилась генетика. Она больше, чем любая другая отрасль биологии, испытала на себе воздействие точных естественных наук, прежде всего физики и химии. Это воздействие осуществлялось в двух формах. Сначала генетика испытала на себе влияние стиля исследований данных наук (этому влиянию она обязана своим рождением в качестве самостоятельной науки, подготовленным исследованиями Г. Менделя). Затем генетика подверглась воздействию уже со стороны содержания физики и химии, в частности, их идей и методов (благодаря этому воздействию возникла молекулярная генетика).
Следует подчеркнуть, что физический стиль познания имел в генетике несколько иную, менее совершенную форму. Количественные результаты, которые давал здесь эксперимент и которые служили основой для применения математики, получались не посредством измерения, а путем счета, и являлись не индивидуальными характеристиками отдельных элементарных явлений, а статистическими, непосредственно ничего не говорившими о характере индивидуальных явлений. Они касались только явлений надорганизменного уровня и совершенно абстрагировались от механизмов этих явлений на внутриорганизменных уровнях. Следовательно, соединение эксперимента с математикой в генетике не только не могло обеспечить полноту описания исследуемых явлений, но и не могло даже претендовать на это. Именно вследствие этой неполноты описания генетика на первом этапе своего развития отличалась схематизмом и абстрактностью, что вызывало скептическое отношение к ней многих биологов других отраслей, которые смотрели на нее как на нечто чужеродное и искусственное в биологии.
И все же, несмотря на ограниченный характер соединения эксперимента и математики в генетике, а точнее, - именно благодаря ему, ибо в иной форме оно было невозможно, генетика смогла твердо и четко сформулировать ряд закономерностей, которые составили прочный фундамент для возведения всего здания современной генетики.
Все последующее развитие генетики, приведшее к эпохальным открытиям в молекулярной генетике и к современной революции в биологии, в значительной мере обусловлено этим соединением, что принято считать следствием проникновения в генетику и биологию вообще сначала стиля мышления точных естественных наук, а затем и самого содержания этих наук. Мысль о том, что генетика возникла в результате применения физического стиля исследований в биологии, не столь уж и необычная, хотя и не стала общепризнанной «методологической истиной» (здесь и ниже речь идет, прежде всего, о генетике в том ее виде, в каком она вышла из рук Менделя).
Многие авторы, исследовавшие специфику генетики, отмечали целый ряд особенностей, которые сближали ее с физикой. К ним, в частности, следует отнести количественный и символический характер данной науки, то, что она является наиболее математизированной среди биологических наук, и т. п. Некоторые исследователи отмечали сходство процесса математизации в генетике и физике, выражающееся, в частности, в использовании идеализированных объектов при построении теории. Все эти характеристики познавательного процесса в генетике не вызывают никаких сомнений. Однако сходство генетики с физикой не ограничивается только теми чертами, которые могут быть обнаружены в результате сопоставления готовой физической теории с генетической. Оно идет значительно дальше и распространяется на методы этих наук как на уровне теории, так и на уровне эксперимента, короче, на весь стиль мышления данных наук.
Сходство между генетикой и физикой, которое наблюдается на уровне теории этих наук, является результатом более фундаментального сходства в методах, лежащих в основе проведения экспериментального исследования и построения теории. Именно поэтому можно говорить о сходстве стилей мышления этих наук (разумеется, данное сходство не является полным и касается прежде всего только тех моментов, которые делают эти науки точными).
В чем конкретно выразилось влияние физического стиля исследования на генетику в процессе ее создания? Получить ответ можно путем анализа работ основоположника генетики Грегора Менделя. Однако сначала сделаем несколько предварительных разъяснений, направленных на упреждение возможных возражений и касающихся некоторых парадоксальных моментов в этой ситуации. Передать генетике стиль физического исследования мог только тот, кто сам обладал этим стилем. Мендель не был физиком. Мог ли он в какой-либо мере знать особенности физического исследования? Ответить на этот вопрос можно утвердительно не только на основании результатов гносеологического анализа его работ, но и прямых данных - историко-биографического материала.
Во время учебы в Венском университете Мендель не только слушал различные физические курсы (экспериментальной физики, математической физики и теории конструирования приборов и др.), но и работал помощником ассистента у знаменитого физика Кристиана Доплера, автора известного «эффекта Доплера». Следовательно, он обладал достаточными возможностями для ознакомления с особенностями физического исследования. Кроме того, Мендель был связан с физикой и после университета - в течение 14 лет он преподавал физику и естественную историю в высшей реальной школе.
Что же касается косвенных свидетельств, которые можно получить путем анализа гносеологических особенностей работ Менделя, то они также однозначно говорят в пользу этого вывода. Та степень точности исследования, т. е. учета количественных зависимостей и их математического выражения, которая была достигнута в работах Менделя по проблеме наследственности, являлась уникальной для биологии того времени и не могла быть заимствована из какого-либо биологического образца. Она может быть понята только как результат переноса физического стиля исследования в область биологии.
Правда, дух точной науки пробивался в биологии в середине ХIX в. довольно настойчиво и упорно. Он составлял неотъемлемую и важнейшую часть всей философии (методологии) естествознания. Хотя эта философия сформировалась главным образом на базе физики и отражала специфику прежде всего физического познания, однако она выдавалась за философию всех естественных наук, в том числе и биологии. Экспериментально-математический характер знания, свойственный физике, рассматривался как норма для всех других отраслей естествознания или, во всяком случае, как идеал, к которому они должны стремиться.
Необходимость точного количественного эксперимента в биологии осознавалась в это время довольно широко, что было обусловлено не только влиянием общей философии естествознания, но также уровнем развития самой биологии. Наиболее выдающимся поборником экспериментального метода в биологии в этот период был Клод Бернар, много сделавший для разъяснения сущности и пропаганды значения этого метода в физиологии и медицине. Однако экспериментальный метод даже в руках такого талантливого мастера, как К. Бернар, не обеспечивал в физиологии той точности и полноты картины, которая сделала бы возможным применение здесь математики. Препятствием, мешавшим достигнуть здесь большей точности, послужили целостность организма и его чрезвычайная сложность.
Изучение функций организма и механизмов различных жизненных явлений, составляющих предмет физиологии, сводилось прежде всего к раскрытию химизма этих явлений, который оставался почти неизвестным. Поэтому надеяться на то, что благодаря эксперименту физиология в скором времени превратится в точную количественную науку, не было оснований. Прогресс в этой области зависел от прогресса других наук, прежде всего химии, биохимии, отчасти и физики (в частности, благодаря физике физиология приобрела в то время элементы точного знания в таких ее разделах, как биоэнергетика, газообмен, физиология органов чувств и др.).
Физиология, будучи в середине XIX в. центром применения экспериментального метода в биологии, не смогла стать точной количественной наукой. Еще меньше возможностей для этого было у остальных биологических наук. Биология в целом оставалась в основном качественной наукой. Она обладала своим стилем мышления, который существенно отличался от физического. Хотя в биологии в то время не было недостатка в ученых, которые понимали преимущества точного количественного знания, однако большинство из них были убеждены, что такое знание в этой области практически недостижимо. Следует отметить, что эта вера не была беспочвенной. Погоня за точностью обычно приводила к тому, что добываемое знание теряло в своем содержании, оказывалось тривиальным и малозначимым.
В биологии известен ряд ученых, бесспорно обладавших талантом, но, тем не менее, они не смогли сделать крупных открытий и стать видными авторитетами по той лишь причине, что слишком были привержены к методам и требованиям точных наук и пытались внедрить их в область биологического исследования, что оказалось непосильной задачей. Таким ученым является, например, известный французский биолог-механист Ф. Ле-Дантек.
Как видим, стиль мышления биологов во времена Менделя характеризовался тем, что главной и наиболее важной задачей исследования являлось открытие тех или иных закономерностей. И если эти закономерности не удавалось выразить в количественной форме, то это не считалось большим недостатком. Внимание обращалось на качественную сторону закономерностей, количественная сторона меньше привлекала внимание исследователей, причем не потому, что ее считали менее существенной, а потому, что она в биологии оставалась недостижимой.
Без огромного и сложного мира живущих в почве существ нет и не может быть самой почвы, а без почвенного покрова не могла бы развиваться биосфера Земли как единая целостная планетарная оболочка. Почвенный покров нашей планеты обеспечивает жизнь растений и служит огромной фабрикой по переработке их мертвых остатков. С другой стороны, «живое вещество», по образному выражению В. И. Вернадского, само создает почву. Состав этого «живого вещества» почв, его «неделимых частей» - организмов, их популяций и сообществ, работу и результаты их деятельности изучает биология почв.
Биология почв - комплексная наука, родившаяся на стыке разных разделов биологии и почвоведения. Она включает почвенную зоологию, протистологию, микологию, микробиологию и биохимию. Она изучает процессы и явления, которые составляют область исследований генетического почвоведения (происхождение и развитие почв, образование гумуса, формирование почвенного профиля и др.), физики и химии почв (роль микроорганизмов в образовании водопрочных агрегатов почв, в разрушении структуры; превращение отдельных элементов, их аккумуляция и др.), географии почв (разработка принципов и методов биологической диагностики и классификации почв), агрохимии и земледелия (почвенное плодородие и питание растений).
Методологические особенности биологии почв проистекают из того, что она не только описывает явления, но и расшифровывает механизмы протекающих в почве процессов, их биохимическую сущность. Будучи тесно связанной с другими разделами почвоведения, биология почвы имеет свои объекты исследования, специфические проблемы и арсенал необходимых для их решения методов, что ставит ее в ряд самостоятельных наук в общей системе биологических знаний. Истоки зарождения биологии почв прослеживаются в конце прошлого и начале нашего века, когда был заложен фундамент двух наук - почвоведения и микробиологии.
Становление и развитие новой науки, рождающейся на стыке других ранее сформировавшихся наук, всегда связано с возникновением новых идей. История любой науки - это история идей, история их рождения. Около 100 лет тому назад В. В. Докучаев разработал основы учения о почве как природном теле, которое является функцией ряда факторов - почвообразующей породы и времени, климата и рельефа, а также животных и растений. Он был первым, кто связал процессы почвообразования с деятельностью почвенных микроорганизмов. В 1895 г. он писал о том, что пора открывать в университетах кафедры почвоведения и бактериологии. В работах В. В. Докучаева была изложена новая методология - генетический подход к изучению почвы - с учетом не отдельных тел и факторов, а всего комплекса в целом. Этот комплексный метод в настоящее время получил широкое развитие на новом уровне и носит название системного подхода.
Начиная с работ В. В. Докучаева и его талантливого ученика - В. И. Вернадского, почва всегда считалась компонентом еще более сложной природной системы - биогеоценоза и биосферы в целом. Итогом работ В. В. Докучаева стало создание учения о зонах природы. Оно было далее развито в трудах Б. Б. Полынова, создавшего новую науку - геохимию ландшафта и учение о коре выветривания, в котором он отводил большую роль деятельности микроорганизмов. Он писал, что именно в почвах сосредоточена геологическая работа живого вещества. Почва отличается от коры выветривания биогенной аккумуляцией химических элементов.
В. И. Вернадский назвал этот феномен органогенным парагенезисом. Рассматривая влияние организмов на почву с позиции общих геохимических законов, он еще в 1919 г. отмечал, что живое вещество, вошедшее в состав почвы, обуславливает в ней самые разнообразные изменения свойств: создает
мелкоземистость и рыхлость, влияет на физические свойства и структуру, на химические процессы, приводит к смешению химических элементов силами жизни. Именно благодаря деятельности живого вещества на Земле была создана азотно-кислородная атмосфера, произошло изменение состава гидросферы и литосферы. В. И. Вернадский впервые отнес почву в разряд биокосных систем, в основе функционирования которых лежат биохимические механизмы.
Постановка В. В. Докучаевым вопроса о включении бактериологии в общую науку о почве стала возможной благодаря тому, что к этому времени возникло учение о микроорганизмах, фундамент которого был заложен трудами великого французского ученого Луи Пастера (1822-1895). Почвенная зоология в значительной степени сформировалась благодаря работам М. С. Гилярова (1912-1985). В 1939 г. вышла его первая сводка «Почвенная фауна и жизнь почвы». С этого времени почвенная зоология стала развиваться в Московском университете как раздел почвоведения.
Современный период развития биологии почв характеризуется прежде всего широкой интеграцией исследований, проводимых в смежных областях наук, и еще более глубокой «экологизацией» почвенной биологии. Экологическая направленность, всегда составлявшая стержень биологии почв, приобрела в настоящий период солидное подкрепление благодаря внедрению в экологию математических методов, широкому применению статистики и аппарата ЭВМ. Использование новых методов биохимии, биофизики, электронной микроскопии в почвенно-биологических исследованиях значительно повысило их уровень и расширило возможности проникновения в наиболее тонкие процессы и механизмы функционирования сообществ почвенных организмов. Все это позволило перейти на новый уровень - к моделированию природных систем и их частей и разработке основ управления природными процессами.
1. Бабьева И. П., Зенова Г. М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ, 1989, 336 с.
2. Кремянский В. И. Структурные уровни живой материи. М.: Изд-во «Наука», 1969, 293 с.
3. Критерий живого. // Под ред. Спасского Б. И., Руденко А. П. МГУ, 1971, 83 с.
4. Мамонтов С. Г. Биология. Москва: Изд-во «Дрофа», 1997, 478 с.
5. Микитенко Д. А. Взаимодействие генетики с другими науками. Киев: «Наукова думка», 1987, 162 с.
6. Шредингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физика? Москва: Изд-во иностр. лит-ры, 1947, 145 с.
© Реферат плюс
referatplus.ru
Связь биологических дисциплин с другими науками СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. Связь биологии с химией 2. Математика в биологических науках 3. Жизнь с точки зрения физики 4. Биология почв Список литературы ВВЕДЕНИЕ За последние годы достигнуты грандиозные успехи в биологии, существенно приблизившие нас к пониманию сущности явлений жизни. Это результат не только развития самих биологических наук, но и глубокого проникновения в биологию других областей естествознания: в первую очередь, химии, физики и математики, что привело к возникновению и развитию пограничных областей знания - биохимии, молекулярной биологии, биофизики, кибернетики и пр. Залогом дальнейших успехов в познании сущности и происхождения жизни является все более широкое привлечение внимания ученых различных специальностей к решению этих проблем. В настоящее время выяснение этих вопросов считается первоочередной задачей биологических наук. Все больше ученых смежных дисциплин включают в область своих интересов биологические проблемы. Проводятся дискуссии и конференции по проблеме сущности и происхождения жизни, привлекающие внимание специалистов из разных сфер науки. Вопрос о том, что такое жизнь, какой смысл вкладываем мы в понятие «живого» - это величайший вопрос для человечества всех времен. Сейчас в биологических исследованиях активно участвуют не только биологи, но и ученые других специальностей - математики, физики, химики, которые вносят в область биологии свои методы, свой стиль работы, свой подход к решению научных проблем. Естественно, что при этом нельзя не поставить перед собой вопрос о том, что же такое живой организм, живая клетка, что такое «живое» вообще. Задумываясь над этой проблемой, неизбежно приходишь к выводу, что лучшего определения жизни, чем-то, которое дал Энгельс, наверное, нельзя придумать и в настоящее время. Формула Энгельса такова: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой...». Этот тезис, если в него вдуматься глубже, в полной мере сохраняет свою силу и поныне, причем он никак не опровергается, да и не может быть опровергнут тем, что сейчас выяснена важнейшая роль нуклеиновых кислот в проблемах жизнедеятельности. Рибонуклеиновая кислота ответственна за биосинтез белков; все больше и больше выясняется роль дезоксирибонуклеиновой кислоты в передаче наследственной информации. Формулировка Энгельса не теряет своей актуальности по той простой причине, что формула «способ существования белковых тел» настолько всеобъемлюща, что включает в орбиту превращения белковых тел также и все остальные важнейшие биохимические и химические компоненты клеток. Вопрос о сущности биологии, о сущности жизни - это вопрос большой философской значимости, и чем большая философская ясность здесь может быть достигнута, тем большим будет прогресс биологии и тем ближе мы станем к пониманию тайн жизни. Задачей каждой науки является не только понимание природы интимных механизмов и законов развития тех или иных природных процессов, но, в конечном счете,- возможность управления теми или иными процессами, в данном случае - управления такими важнейшими жизненными процессами, как обмен веществ, наследственность и т. д. 1. СВЯЗЬ БИОЛОГИИ С ХИМИЕЙ Центральное значение химических процессов в жизни ни у кого не может вызвать сомнения. Такова природа самого явления органической жизни как более высокой формы движения материи, поэтому химия имеет непосредственное отношение к жизни. Различаются два аспекта этого отношения. 1. Химические (биохимические) процессы - основа важнейших физиологических процессов всех живых организмов, связанных с обменом веществ и энергией. Без нормального течения химических процессов, определяющих важнейшие акции всего живого (обмен веществ и энергией), возникают патологические изменения, при сильных нарушениях - смерть. 2. Происхождение жизни из неживого связано с химическим процессом. Именно химическая эволюция материи привела к возникновению жизни, поскольку между химической формой движения и жизнью нет других промежуточных форм движения. Поэтому самые главные вопросы: как и почему произошла жизнь, - должны в первую очередь относиться к компетенции химии. Без познания происхождения явления нельзя в полной мере познать его сущность. Например, если химику удалось выделить какое-то природное сложное органическое соединение, изучить его состав, свойства и даже установить структуру, то нельзя еще сказать, что об этом соединении стало известно все, даже если иметь в виду только самое главное. Если удастся еще и синтезировать это соединение, т. е. узнать пути его получения, тогда можно сказать, что стало известно это соединение в общих, главных чертах. Чем сложнее явление, тем более важно в познании его сущности выявить происхождение и взаимосвязь с другими, порождающими его явлениями. Особенно это относится к жизни. При попытках определить сущность жизни, найти ее критерий с той или другой точки зрения, но без решения основных вопросов ее происхождения и развития из неживых систем, можно впасть в заблуждение, упустив некоторые главные особенности живого или признав второстепенные особенности специфики за главные. Из этого следует, что необходимо с большой осторожностью относиться к категоричности любых определений сущности жизни, основанных лишь на статическом подходе к этому явлению, какое бы большое число примеров и проявлений жизни при этом ни анализировалось и ни обобщалось. Другими словами, если подходить к жизни как к существующему сейчас явлению, даже имея перед собой все разнообразие ее проявлений, и не решить вопрос, как и почему она произошла, то любые наши определения жизни будут односторонними и ограниченными, кем бы они ни давались: биологом, физиком, химиком, математиком, философом. Главным вопросом на пути нашего познания сущности жизни сейчас встает именно вопрос о ее происхождении (как и почему произошел переход от химической формы движения к биологической). Если по морфологии и физиологии живых организмов на уровне целого организма, отдельных его органов и молекулярном уровне в настоящее время наука имеет уже огромный объем конкретных сведений и он очень быстро пополняется все новыми данными и закономерностями, то по происхождению жизни пока не получено почти никаких конкретных сведений, и наука находится на уровне более или менее удачных, но не доказанных гипотез и предположений. Современные представления об органо-химической эволюции в лучшем случае только лишь описывают отдельные состояния в ходе постепенной эволюции (сначала были неорганические вещества, затем появились простейшие органические вещества, далее - органические полимеры, потом - сложные системы веществ - коацерваты, а из коацерватов получились живые клетки). Ответы на многие вопросы основываются на соблюдении законов химии и термодинамики. На протяжении всей истории человечества естествоиспытатели и философы искали пути к открытию и познанию сущности и происхождения жизни. Однако многие вопросы этой вечной проблемы живого до сих пор не решены, несмотря на крупнейшие открытия таких фундаментальных естественных наук, как математика, физика и химия. Неоспоримо положение, что для познания огромного разнообразия форм жизни и ее сущности первостепенное значение имеет определение «химической индивидуальности» живого организма. Биологическая химия достигла огромных успехов в изучении химического состава живых организмов (включая человека) и природы химических процессов, происходящих как в целостном организме, так и в изолированных органах и тканях на клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях. Последние два-три десятилетия ознаменовались рядом выдающихся открытий в биологической химии и в некоторых ее разделах - энзимологии, биохимической генетике, молекулярной биологии, биоэнергетике и др., выдвинувших ее в разряд фундаментальных научных дисциплин и сделавших мощным орудием решения многих важных проблем биологии и медицины. Дальнейшее развитие биологии и медицины почти невозможно без применения методологических принципов современной биологической химии. Установление способов хранения и передачи генетической информации и принципов структурной организации белков и нуклеиновых кислот, расшифровка механизмов биосинтеза этих полимерных молекул, а также молекулярных механизмов трансформации энергии в живых системах, установление роли биомембран и субклеточных структур, несомненно, способствует более глубокому проникновению в сокровенные тайны жизни и выяснению связи между структурой индивидуальных химических компонентов живой материи и их биологическими функциями. Овладение этими закономерностями и основополагающими принципами биологической химии не только способствует формированию у будущего врача диалектико-материалистического понимания процессов жизни, но и дает ему новые, ранее недоступные возможности активного вмешательства в патологические процессы. Этими обстоятельствами диктуется необходимость изучения биологической химии. Биологическая химия - наука, изучающая химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, их превращения, а также связь этих превращений с деятельностью органов и тканей. Из этого определения вытекает, что биохимия слагается как бы из трех частей: статической биохимии, занимающейся преимущественно анализом химического состава организмов, динамической биохимии, изучающей всю совокупность превращений веществ и энергии в организме, и функциональной биохимии, исследующей химические процессы, лежащие в основе различных проявлений жизнедеятельности. При этом разделы статической, динамической и функциональной биохимии неразрывно связаны между собой и являются частями одной и той же науки - современной биологической химии. В зависимости от объекта исследования, биохимию условно подразделяют на биохимию человека и животных, биохимию растений и биохимию микроорганизмов. Несмотря на биохимическое единство всего живого, в животных и растительных организмах существуют и коренные различия, прежде всего в характере обмена веществ. Обмен веществ, или метаболизм, - совокупность всех химических реакций, протекающих в организме, направленных на сохранение и самовоспроизведение живых систем. Известно, что растения строят сложные вещества своего тела (углеводы, жиры, белки) из таких простых веществ, как вода, углекислый газ и минеральные вещества, причем энергия, необходимая для этой синтетической деятельности, потребляется за счет поглощения солнечных лучей (фотосинтез). Напротив, животные организмы нуждаются в пище, состоящей не только из воды и минеральных компонентов, но и из сложных веществ органической природы - белков, жиров, углеводов. У животных проявления жизнедеятельности и синтез веществ, входящих в состав тела, обеспечиваются за счет химической энергии, освобождающейся при распаде или окислении сложных органических соединений. Растения, не использующие для своей жизнедеятельности вещества органической природы, называются автотрофными организмами, животные же являются гетеротрофными организмами. Среди микроорганизмов встречаются как автотрофный, так и гетеротрофный типы обмена веществ. Кроме того, микроорганизмы характеризуются наличием химических веществ и реакций, не встречающихся у животных и растений. Современная биохимия как самостоятельная наука сложилась на рубеже XIX и ХХ вв. До этого времени вопросы, рассматриваемые ныне биохимией, изучались с разных сторон органической химией и биологией. Постепенное накопление фактического материала о составе наиболее сложных природных соединений началось с развитием в Европе в Средние века алхимии. Однако фактические данные, полученные алхимиками, трудно отделить от совершенно неправильных обобщений и представлений, господствовавших в науке в то время. В XVI-XVII вв. воззрения алхимиков получили дальнейшее развитие в трудах ятрохимиков (от греч. jatros - врач). Одним из виднейших представителей ятрохимии был немецкий врач и естествоиспытатель Т. Парацельс, который выдвинул весьма прогрессивное положение о тесной связи химии с медициной и биологией. Он считал, что в основе жизнедеятельности человека лежат химические процессы, и причиной всякого заболевания служит нарушение хода химических процессов в организме, поэтому для лечения болезни следует прибегать к химическим средствам. Однако в целом познание закономерностей химических и ферментативных процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма, оказалось для ятрохимиков непосильной задачей. Это объясняется прежде всего отсутствием в то время знаний основных законов физики и химии, неразработанностью методов элементарного анализа органических соединений. Кроме того, ятрохимики, как и алхимики, по своему мировоззрению были метафизиками и придерживались виталистических взглядов. Подлинный расцвет биохимии наступил в ХХ в., когда важнейшие открытия во многих ее областях следовали одно за другим. Основное значение биологической химии сводится к тому, чтобы решать на молекулярном уровне задачи фундаментальные, общебиологические, включая проблему зависимости человека от экосистемы, которую необходимо не только понять, но и защищать и научиться разумно ею пользоваться. 2. МАТЕМАТИКА В БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУКАХ Генетика раньше других биологических наук достигла идеала естественно-научного знания - соединения количественного эксперимента с математикой, т. е. превратилась в точную науку (проникновение математики в эксперимент и теорию как раз и составляет основной смысл понятия «точная естественная наука»). Это имело огромное значение для дальнейшего развития как самой генетики, так и всей биологии в целом. Благодаря этому генетика по своей познавательной силе и другим особенностям приобрела определенное сходство с физикой. И именно последнее послужило той архимедовой «точкой опоры», которая позволила ей совершить переворот не только в области изучения наследственности, но, со временем, и во всей биологии. Физика достигла соединения эксперимента с математикой, а вместе с тем и статуса точной науки несколько столетий назад главным образом благодаря гению Галилея и Ньютона. И с тех пор это стало стилем физического исследования сначала в механике, а затем и в других отраслях физики. Можно считать, что огромные успехи, которых достигла физика в исследовании природы, обусловлены, прежде всего, именно этим стилем мышления. Соединение эксперимента с математикой давало следующие преимущества. Количественный эксперимент, включающий процедуру измерения, обеспечивает получение достоверных данных в форме определенных числовых величин. Числовая форма позволяет осуществлять определенное обобщение этих данных уже на уровне факта, формулировать их в виде эмпирических закономерностей, которые служат исходным материалом для построения и развития теории. Хотя для образования теории этого обобщения недостаточно, т. к. в области естествознания факты могут быть трансформированы в теорию обычно не прямо, а опосредованно, через гипотезу, однако введение гипотетического элемента в данную систему не делает ее аморфной и неконтролируемой, не лишает ее строгости и определенности, поскольку в ее основе лежат твердо установленные количественные, эмпирические закономерности, объяснить которые призваны вводимая гипотеза и строящаяся на ней теория. Такая количественная теория обладает большими потенциями к саморазвитию и самоусовершенствованию. Главное ее достоинство - способность давать количественные предсказания, которые легко поддаются опытной проверке. Каждая такая успешная проверка способствует упрочению данной теории. Высокая проверяемость превращает ее из пассивного образа действительности в рабочий инструмент научного познания, в эффективное средство добывания нового знания. Весьма существенным является то, что если эта теория и подвергается перестройке в процессе развития, то при этом она практически ничего не теряет из наличного своего содержания, которое почти полностью сохраняется, приобретая новую форму. Именно в этом состоят преимущества той науки, которая достигает соединения эксперимента с математикой. Такая наука представляет собой систему знания, содержащую в себе принципы самоорганизации и саморазвития, обеспечивающие ей непрерывный и эффективный прогресс. Следует отметить, что принципиальное значение количественного параметра для научного познания осознавалось в методологии естествознания довольно давно. Уже основоположники экспериментально-математического естествознания Галилей и Ньютон полностью отдавали себе отчет в этом. «Галилеева программа, - отмечает Н. Бор, - согласно которой описание физических явлений должно опираться на величины, имеющие количественную меру, дала прочную основу для упорядочения опытных данных во все более и более широкой области». Заслуживает внимания характеристика роли количественных данных, высказанная известным английским естествоиспытателем и методологом естествознания Дж. Гершелем. «Во всех случаях, допускающих перечисление и измерение, - писал он, - крайне важно иметь точные числовые данные как относительно времени и пространства, так и относительно всевозможных количеств другого рода. Опустить это - значит подвергнуть себя обману чувств, который может привести к громаднейшим заблуждениям. Но числовая точность желательна не только по одному тому, что она предохраняет нас от преувеличенных впечатлений. Она - естественная душа науки и служит единственным или, по крайней мере, лучшим признаком истинности теорий и правильности опытов». Это высказывание созвучно с известной методологической установкой Галилея - измерять все измеримое и делать измеримым неизмеримое. Измерение, как известно, является источником количественных числовых данных, а последние служат условием для применения математики в данной науке и тем самым для превращения ее в точную науку. По мнению Дж. Бернала, измерение не только связывает науку с математикой и технической практикой, но также послужило причиной проникновения в науку числа и формы. Однако если в физике соединение количественного эксперимента и математического анализа было достигнуто давно и стало обычной нормой исследования, стилем мышления, то в других отраслях естествознания этот стиль еще долго продолжал оставаться чужим, он утверждался лишь постепенно, что обусловлено отнюдь не отсутствием в этих областях талантов, а более сложными объектами исследования. В химии, например, количественный эксперимент получил широкое применение лишь в конце XVIII в., что сразу же дало разительный эффект, позволивший освободиться от элементов алхимии. В биологии попытки применить количественный эксперимент начались сразу вслед за химией, однако здесь встретились более серьезные трудности, и поэтому в итоге эффект был более скромным. До конца ХIХ в. биология оставалась преимущественно качественной наукой (в ряде областей она в значительной мере является такой и сейчас), и поэтому физический стиль исследования был для нее инородным и чужим. 3. ЖИЗНЬ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ФИЗИКИ Первой биологической наукой, в которой получил реализацию физический стиль мышления, явилась генетика. Она больше, чем любая другая отрасль биологии, испытала на себе воздействие точных естественных наук, прежде всего физики и химии. Это воздействие осуществлялось в двух формах. Сначала генетика испытала на себе влияние стиля исследований данных наук (этому влиянию она обязана своим рождением в качестве самостоятельной науки, подготовленным исследованиями Г. Менделя). Затем генетика подверглась воздействию уже со стороны содержания физики и химии, в частности, их идей и методов (благодаря этому воздействию возникла молекулярная генетика). Следует подчеркнуть, что физический стиль познания имел в генетике несколько иную, менее совершенную форму. Количественные результаты, которые давал здесь эксперимент и которые служили основой для применения математики, получались не посредством измерения, а путем счета, и являлись не индивидуальными характеристиками отдельных элементарных явлений, а статистическими, непосредственно ничего не говорившими о характере индивидуальных явлений. Они касались только явлений надорганизменного уровня и совершенно абстрагировались от механизмов этих явлений на внутриорганизменных уровнях. Следовательно, соединение эксперимента с математикой в генетике не только не могло обеспечить полноту описания исследуемых явлений, но и не могло даже претендовать на это. Именно вследствие этой неполноты описания генетика на первом этапе своего развития отличалась схематизмом и абстрактностью, что вызывало скептическое отношение к ней многих биологов других отраслей, которые смотрели на нее как на нечто чужеродное и искусственное в биологии. И все же, несмотря на ограниченный характер соединения эксперимента и математики в генетике, а точнее, - именно благодаря ему, ибо в иной форме оно было невозможно, генетика смогла твердо и четко сформулировать ряд закономерностей, которые составили прочный фундамент для возведения всего здания современной генетики. Все последующее развитие генетики, приведшее к эпохальным открытиям в молекулярной генетике и к современной революции в биологии, в значительной мере обусловлено этим соединением, что принято считать следствием проникновения в генетику и биологию вообще сначала стиля мышления точных естественных наук, а затем и самого содержания этих наук. Мысль о том, что генетика возникла в результате применения физического стиля исследований в биологии, не столь уж и необычная, хотя и не стала общепризнанной «методологической истиной» (здесь и ниже речь идет, прежде всего, о генетике в том ее виде, в каком она вышла из рук Менделя). Многие авторы, исследовавшие специфику генетики, отмечали целый ряд особенностей, которые сближали ее с физикой. К ним, в частности, следует отнести количественный и символический характер данной науки, то, что она является наиболее математизированной среди биологических наук, и т. п. Некоторые исследователи отмечали сходство процесса математизации в генетике и физике, выражающееся, в частности, в использовании идеализированных объектов при построении теории. Все эти характеристики познавательного процесса в генетике не вызывают никаких сомнений. Однако сходство генетики с физикой не ограничивается только теми чертами, которые могут быть обнаружены в результате сопоставления готовой физической теории с генетической. Оно идет значительно дальше и распространяется на методы этих наук как на уровне теории, так и на уровне эксперимента, короче, на весь стиль мышления данных наук. Сходство между генетикой и физикой, которое наблюдается на уровне теории этих наук, является результатом более фундаментального сходства в методах, лежащих в основе проведения экспериментального исследования и построения теории. Именно поэтому можно говорить о сходстве стилей мышления этих наук (разумеется, данное сходство не является полным и касается прежде всего только тех моментов, которые делают эти науки точными). В чем конкретно выразилось влияние физического стиля исследования на генетику в процессе ее создания? Получить ответ можно путем анализа работ основоположника генетики Грегора Менделя. Однако сначала сделаем несколько предварительных разъяснений, направленных на упреждение возможных возражений и касающихся некоторых парадоксальных моментов в этой ситуации. Передать генетике стиль физического исследования мог только тот, кто сам обладал этим стилем. Мендель не был физиком. Мог ли он в какой-либо мере знать особенности физического исследования? Ответить на этот вопрос можно утвердительно не только на основании результатов гносеологического анализа его работ, но и прямых данных - историко-биографического материала. Во время учебы в Венском университете Мендель не только слушал различные физические курсы (экспериментальной физики, математической физики и теории конструирования приборов и др.), но и работал помощником ассистента у знаменитого физика Кристиана Доплера, автора известного «эффекта Доплера». Следовательно, он обладал достаточными возможностями для ознакомления с особенностями физического исследования. Кроме того, Мендель был связан с физикой и после университета - в течение 14 лет он преподавал физику и естественную историю в высшей реальной школе. Что же касается косвенных свидетельств, которые можно получить путем анализа гносеологических особенностей работ Менделя, то они также однозначно говорят в пользу этого вывода. Та степень точности исследования, т. е. учета количественных зависимостей и их математического выражения, которая была достигнута в работах Менделя по проблеме наследственности, являлась уникальной для биологии того времени и не могла быть заимствована из какого-либо биологического образца. Она может быть понята только как результат переноса физического стиля исследования в область биологии. Правда, дух точной науки пробивался в биологии в середине ХIX в. довольно настойчиво и упорно. Он составлял неотъемлемую и важнейшую часть всей философии (методологии) естествознания. Хотя эта философия сформировалась главным образом на базе физики и отражала специфику прежде всего физического познания, однако она выдавалась за философию всех естественных наук, в том числе и биологии. Экспериментально-математический характер знания, свойственный физике, рассматривался как норма для всех других отраслей естествознания или, во всяком случае, как идеал, к которому они должны стремиться. Необходимость точного количественного эксперимента в биологии осознавалась в это время довольно широко, что было обусловлено не только влиянием общей философии естествознания, но также уровнем развития самой биологии. Наиболее выдающимся поборником экспериментального метода в биологии в этот период был Клод Бернар, много сделавший для разъяснения сущности и пропаганды значения этого метода в физиологии и медицине. Однако экспериментальный метод даже в руках такого талантливого мастера, как К. Бернар, не обеспечивал в физиологии той точности и полноты картины, которая сделала бы возможным применение здесь математики. Препятствием, мешавшим достигнуть здесь большей точности, послужили целостность организма и его чрезвычайная сложность. Изучение функций организма и механизмов различных жизненных явлений, составляющих предмет физиологии, сводилось прежде всего к раскрытию химизма этих явлений, который оставался почти неизвестным. Поэтому надеяться на то, что благодаря эксперименту физиология в скором времени превратится в точную количественную науку, не было оснований. Прогресс в этой области зависел от прогресса других наук, прежде всего химии, биохимии, отчасти и физики (в частности, благодаря физике физиология приобрела в то время элементы точного знания в таких ее разделах, как биоэнергетика, газообмен, физиология органов чувств и др.). Физиология, будучи в середине XIX в. центром применения экспериментального метода в биологии, не смогла стать точной количественной наукой. Еще меньше возможностей для этого было у остальных биологических наук. Биология в целом оставалась в основном качественной наукой. Она обладала своим стилем мышления, который существенно отличался от физического. Хотя в биологии в то время не было недостатка в ученых, которые понимали преимущества точного количественного знания, однако большинство из них были убеждены, что такое знание в этой области практически недостижимо. Следует отметить, что эта вера не была беспочвенной. Погоня за точностью обычно приводила к тому, что добываемое знание теряло в своем содержании, оказывалось тривиальным и малозначимым. В биологии известен ряд ученых, бесспорно обладавших талантом, но, тем не менее, они не смогли сделать крупных открытий и стать видными авторитетами по той лишь причине, что слишком были привержены к методам и требованиям точных наук и пытались внедрить их в область биологического исследования, что оказалось непосильной задачей. Таким ученым является, например, известный французский биолог-механист Ф. Ле-Дантек. Как видим, стиль мышления биологов во времена Менделя характеризовался тем, что главной и наиболее важной задачей исследования являлось открытие тех или иных закономерностей. И если эти закономерности не удавалось выразить в количественной форме, то это не считалось большим недостатком. Внимание обращалось на качественную сторону закономерностей, количественная сторона меньше привлекала внимание исследователей, причем не потому, что ее считали менее существенной, а потому, что она в биологии оставалась недостижимой. 4. БИОЛОГИЯ ПОЧВ Без огромного и сложного мира живущих в почве существ нет и не может быть самой почвы, а без почвенного покрова не могла бы развиваться биосфера Земли как единая целостная планетарная оболочка. Почвенный покров нашей планеты обеспечивает жизнь растений и служит огромной фабрикой по переработке их мертвых остатков. С другой стороны, «живое вещество», по образному выражению В. И. Вернадского, само создает почву. Состав этого «живого вещества» почв, его «неделимых частей» - организмов, их популяций и сообществ, работу и результаты их деятельности изучает биология почв. Биология почв - комплексная наука, родившаяся на стыке разных разделов биологии и почвоведения. Она включает почвенную зоологию, протистологию, микологию, микробиологию и биохимию. Она изучает процессы и явления, которые составляют область исследований генетического почвоведения (происхождение и развитие почв, образование гумуса, формирование почвенного профиля и др.), физики и химии почв (роль микроорганизмов в образовании водопрочных агрегатов почв, в разрушении структуры; превращение отдельных элементов, их аккумуляция и др.), географии почв (разработка принципов и методов биологической диагностики и классификации почв), агрохимии и земледелия (почвенное плодородие и питание растений). Методологические особенности биологии почв проистекают из того, что она не только описывает явления, но и расшифровывает механизмы протекающих в почве процессов, их биохимическую сущность. Будучи тесно связанной с другими разделами почвоведения, биология почвы имеет свои объекты исследования, специфические проблемы и арсенал необходимых для их решения методов, что ставит ее в ряд самостоятельных наук в общей системе биологических знаний. Истоки зарождения биологии почв прослеживаются в конце прошлого и начале нашего века, когда был заложен фундамент двух наук - почвоведения и микробиологии. Становление и развитие новой науки, рождающейся на стыке других ранее сформировавшихся наук, всегда связано с возникновением новых идей. История любой науки - это история идей, история их рождения. Около 100 лет тому назад В. В. Докучаев разработал основы учения о почве как природном теле, которое является функцией ряда факторов - почвообразующей породы и времени, климата и рельефа, а также животных и растений. Он был первым, кто связал процессы почвообразования с деятельностью почвенных микроорганизмов. В 1895 г. он писал о том, что пора открывать в университетах кафедры почвоведения и бактериологии. В работах В. В. Докучаева была изложена новая методология - генетический подход к изучению почвы - с учетом не отдельных тел и факторов, а всего комплекса в целом. Этот комплексный метод в настоящее время получил широкое развитие на новом уровне и носит название системного подхода. Начиная с работ В. В. Докучаева и его талантливого ученика - В. И. Вернадского, почва всегда считалась компонентом еще более сложной природной системы - биогеоценоза и биосферы в целом. Итогом работ В. В. Докучаева стало создание учения о зонах природы. Оно было далее развито в трудах Б. Б. Полынова, создавшего новую науку - геохимию ландшафта и учение о коре выветривания, в котором он отводил большую роль деятельности микроорганизмов. Он писал, что именно в почвах сосредоточена геологическая работа живого вещества. Почва отличается от коры выветривания биогенной аккумуляцией химических элементов. В. И. Вернадский назвал этот феномен органогенным парагенезисом. Рассматривая влияние организмов на почву с позиции общих геохимических законов, он еще в 1919 г. отмечал, что живое вещество, вошедшее в состав почвы, обуславливает в ней самые разнообразные изменения свойств: создает мелкоземистость и рыхлость, влияет на физические свойства и структуру, на химические процессы, приводит к смешению химических элементов силами жизни. Именно благодаря деятельности живого вещества на Земле была создана азотно-кислородная атмосфера, произошло изменение состава гидросферы и литосферы. В. И. Вернадский впервые отнес почву в разряд биокосных систем, в основе функционирования которых лежат биохимические механизмы. Постановка В. В. Докучаевым вопроса о включении бактериологии в общую науку о почве стала возможной благодаря тому, что к этому времени возникло учение о микроорганизмах, фундамент которого был заложен трудами великого французского ученого Луи Пастера (1822-1895). Почвенная зоология в значительной степени сформировалась благодаря работам М. С. Гилярова (1912-1985). В 1939 г. вышла его первая сводка «Почвенная фауна и жизнь почвы». С этого времени почвенная зоология стала развиваться в Московском университете как раздел почвоведения. Современный период развития биологии почв характеризуется прежде всего широкой интеграцией исследований, проводимых в смежных областях наук, и еще более глубокой «экологизацией» почвенной биологии. Экологическая направленность, всегда составлявшая стержень биологии почв, приобрела в настоящий период солидное подкрепление благодаря внедрению в экологию математических методов, широкому применению статистики и аппарата ЭВМ. Использование новых методов биохимии, биофизики, электронной микроскопии в почвенно-биологических исследованиях значительно повысило их уровень и расширило возможности проникновения в наиболее тонкие процессы и механизмы функционирования сообществ почвенных организмов. Все это позволило перейти на новый уровень - к моделированию природных систем и их частей и разработке основ управления природными процессами. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бабьева И. П., Зенова Г. М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ, 1989, 336 с. 2. Кремянский В. И. Структурные уровни живой материи. М.: Изд-во «Наука», 1969, 293 с. 3. Критерий живого. // Под ред. Спасского Б. И., Руденко А. П. МГУ, 1971, 83 с. 4. Мамонтов С. Г. Биология. Москва: Изд-во «Дрофа», 1997, 478 с. 5. Микитенко Д. А. Взаимодействие генетики с другими науками. Киев: «Наукова думка», 1987, 162 с. 6. Шредингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физика? Москва: Изд-во иностр. лит-ры, 1947, 145 с.
freepapers.ru
Скачать
www.tnu.in.ua
