Библиотека

Теология

Конфессии

Иностранные языки

Другие проекты

Карпенков С. Основные концепции естествознания

Глава 8. Биосферный уровень организации материи

8.1. Развитие биологических концепций

В современном представлении биология - совокупность наук о живой природе, об огромном многообразии вымерших и ныне населяемых Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Биология устанавливает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех ее проявлениях (обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, приспособляемость, рост, раздражимость, подвижность и др.).

Первые систематические попытки познания живой природы сделали врачи античности Гиппократ (ок. 460 - ок. 370) и Гален (ок. 130 - ок. 200), а также древнегреческий философ и ученый Аристотель (384- 322 до н. э).

На начальном этапе развития биология носила описательный характер и позднее она была названа традиционной биологией. Объект изучения ее - живая природа в ее естественном состоянии и целостности. К первым и наиболее значительным достижениям традиционной биологии относятся классификации многообразного растительного и животного мира. Многие принципы классификации были заложены еще в средние века и актуальны по сей день.

Значительный вклад в традиционную биологию внес шведский естествоиспытатель Карл Линней (1707- 1778). Он создал систему классификации растительного и животного мира и построил наиболее удачную классификацию растений и животных, подробно описав около 1500 растений. Классификация производилась по определенным. признакам, отражающим закономерности, наблюдаемые в живой природе. По таким признакам растения объединялись в группы, называемые таксонами. Введенная Линнеем бинарная номенклатура для обозначения рода и вида дошла до наших дней почти неизменной.

Французский ботаник Мишель Адансон (1727-1806) предложил принцип классификации растении по сходству максимального числа признаков с применением математических методов. Этот принцип лежит в основе числовой таксономии, весьма эффективной при объединении организмов в родственные группы. В последнее время в числовой таксономии применяются современные вычислительные средства.

Естественные системы (эволюционные, генеалогические) создаются, как правило, в рамках какой-либо концепции, включающей принцип нахождения генеалогического родства и установления преемственности происхождения. Таких концепций за всю историю традиционной биологии накопилось немало, так как во все времена биологи стремились понять и отобразить схематически эволюцию живого мира. Разнообразие концепций породило множество генеалогических древ, первое из которых предложил в 1866 г. немецкий биолог-эволюционист Эрнст Геккель (1834-1919).

Традиционная биология продолжает развиваться и в настоящее время. По сравнению с другими направлениями она обладает необходимым преимуществом: ее научный материал накапливается в результате непосредственного наблюдения объекта изучения - живой природы, воспринимаемой как единое целое во всем многообразии ее форм и проявлений. Благодаря такому преимуществу традиционная биология будет развиваться и в будущем.

Для живой природы постоянное развитие - наиболее важное и характерное свойство. В этой связи концепция развития в биологии представляет фундамент, на котором построена эволюционная биология.

Эволюционная биология как наука о развитии живой природы начиналась с материалистической теории эволюции органического мира Земли, основанной на воззрениях английского естествоиспытателя Чарльза Дарвина. Эволюция, по Дарвину, осуществляется в результате взаимодействия трех основных факторов: изменчивости, наследственности и естественного отбора. Изменчивость служит основой образования новых признаков и особенностей в строении и функциях организмов. 'Наследственность закрепляет эти признаки. Под действием естественного отбора устраняются организмы, не приспособленные к условиям существования. Благодаря наследственной изменчивости и непрерывному действию естественного отбора организмы в процессе эволюции накапливают все новые приспособительные функции, что в конечном результате ведет к образованию новых видов. Таким образом, Дарвин установил движущие силы эволюции органического мира, объяснил процесс развития и становления биологических видов.

В то время, когда формировалось учение Дарвина, биология располагала весьма скромными знаниями о химическом составе организмов, о процессе обмена и о других, хорошо известных в настоящее время свойствах живой природы. Однако даже те знания не имели какого-нибудь существенного значения при создании эволюционного учения. Дарвин был истинным натуралистом и его теория - итог пристального, целенаправленного наблюдения над живой природой в самых различных ее проявлениях. А это означает, что эволюционное учение произрастало на благодатной почве традиционной биологии с ее ставшими к тому времени классическими методами наблюдений. Одних только целенаправленных наблюдений и системного подхода при анализе их результатов оказалось вполне достаточно для формирования важнейшего принципа - принципа естественного отбора. Этот принцип оказался настолько сильным, что накопленные в дальнейшем знания в традиционной биологии и даже в современной - физико-химической - биологии не смогли отвергнуть или даже как-то существенно изменить саму идею естественного отбора. В эволюционной биологии принцип естественного отбора остается основополагающим и в настоящее время.

В процессе развития эволюционного учения возникли разные направления, в том числе и нейтралистская теория эволюции, отличающаяся от дарвиновского учения. Все эволюционные направления так или иначе базируются на последних достижениях смежных отраслей биологии и естествознания. Происходит, таким образом, своеобразный эволюционный синтез, приводящий к взаимному обогащению эволюционных теорий для микро-, макро- и мегаобъектов, которые представляют характерную особенность современного естествознания, заключающуюся в общем и в то же время едином подходе в многостороннем изучении единой природы в различных ее проявлениях.

8.2. Современная биология и физико-химические методы

На протяжении всей истории развития биологии физические и химические методы были важнейшим инструментом исследования биологических явлений и процессов живой природы. Важность внедрения таких методов в биологию подтверждают экспериментальные результаты, полученные с помощью современных методов исследования, зародившихся в. смежных отраслях естествознания - физике и химии. В этой связи неслучайно в 1970-х годах в отечественном научном лексиконе появился новый термин "физико-химическая биология", состоящий из привычных и давно известных нам слов. Появление этого термина свидетельствует не только о синтезе физических, химических и биологических знаний, но и о качественно новом уровне развития естествознания, в котором происходит непременно взаимное обеспечение отдельных его отраслей. Физико-химическая биология содействует сближению биологии с точными науками - физикой и химией, а также становлению естествознания как единой науки о природе.

В то же время изучение структуры, функций и репродукции фундаментальных молекулярных структур живой материи не лишает биологию ее индивидуальности и особого положения в естествознании, так как молекулярные структуры наделены биологическими функциями и обладают вполне определенной спецификой.

Внедрение физических и химических методов способствовало развитию экспериментальной биологии, у истоков которой стояли крупные ученые: К. Бернар (1813- 1878), Г. Гельмгольц (1821- 1894), Л. Пастер (1822- 1895), И.М. Сеченов (1829- 1905), И.П. Павлов (1849-1936), С.Н. Виноградский (1856- 1953), К.А. Тимирязев (1843- 1920), И.И. Мечников (1845- 1916) и многие другие.

Экспериментальная биология постигает сущность процессов жизнедеятельности преимущественно с применением точных физических и химических методов, при этом иногда прибегая к расчленению биологической целостности, т. е. живого организма с целью проникновения в тайны его функционирования.

Современная экспериментальная биология вооружилась новейшими методами, позволяющими проникнуть в субмикроскопический, молекулярный и надмолекулярный мир живой природы. Можно назвать несколько широко применяемых методов: метод изотопных индикаторов, методы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии, методы фракционирования, методы прижизненного анализа и др. Дадим их краткую характеристику.

Метод изотопных индикаторов, ранее называемый методом меченых атомов, был предложен вскоре после открытия радиоактивности. Сущность его заключается в том, что с помощью радиоактивных (меченых) атомов, введенных в организм, прослеживаются передвижение и превращение веществ в организме.

С помощью данного метода удалось установить динамичность процессов обмена веществ, проследить за их начальной, промежуточной и конечной стадиями, выявить влияние отдельных структур организма на протекание процессов. Метод изотопных индикаторов позволяет исследовать процессы обмена в живом организме одно из его достоинств. Постоянное обновление белков и мембран, биосинтез белков и нуклеиновых кислот, промежуточный обмен углеводов и жиров, а также многие другие важные микропороцессы были открыты с помощью данного метода.

Рентгеноструктурынй анализ оказался весьма эффективным при исследовании структур макромолекул, лежащих в основе жизнедеятельности живых организмов. Он позволил установить двухцепочечное строение (двойную спираль) молекул - носителей информации и нитевидную структуру белков. С появлением рентгеноструктурных исследований родилась молекулярная биология.

Возможности молекулярной биологии гораздо расширились с применением электронно-микроскопических исследований, позволивших установить многослойное строение оболочки нервных волокон состоящих из чередующихся белковых и липидных слоев. Электронно-микроскопические наблюдения дали возможность расшифровать молекулярную организацию живой клетки и механизм функционирования мембран, на основании которых в начале 50-х годов была создана современная мембранная теория; родоначальники ее - английские физиологи А. Ходжкин (1914- 1994), А. Хаксли (р. 1917) а также австралийский физиолог Дж. Эклс.

Мембранная теория имеет важное общебиологическое значение. Сущность ее заключается в следующем. По обе стороны мембраны за счет встречного потока ионов калия и натрия создается разность потенциалов. Данный процесс сопровождается возбуждением и деполяризацией ранее находящейся в покое поляризованной мембраны и заменой знака ее электрического потенциала. Изменение разности потенциалов едино для всех мембранных систем. Оно обеспечивает одновременно функции барьеров и своеобразных насосных механизмов. Такие функции мембранных систем способствуют активному проникновению веществ как внутрь, так и за пределы клетки. За счет мембран достигается и пространственная изоляция структурных элементов организма.

Раскрытие структуры мембранных систем и механизма их функционирования - крупное достижение не только в биологии, но и в естествознании в целом.

В физико-химической биологии широко применяются различные методы фракционирования, основанные на том или ином физическом либо химическом явлении. Довольно эффективный метод фракционирования предложил русский биолог и биохимик М.С. Цвет (1872-1919). Сущность его метода заключается в разделении смеси веществ, основанном на поглощении поверхностью твердых тел компонентов разделенной смеси, на ионном обмене и на образовании осадков.

Радиоспектроскопия, скоростной рентгеноструктурный анализ, ультразвуковое зондирование и многие другие современные средства исследования составляют арсенал методов прижизненного анализа. Все эти методы не только широко применяются в физико-химической биологии, но и взяты на вооружение современной медициной. Сейчас ни одно клиническое учреждение не обходится без рентгеноскопической, ультразвуковой и другой аппаратуры, позволяющей без ущерба для пациента определить структурные, а иногда функциональные изменения в организме.

Техника эксперимента современной физико-химической биологии обязательно включает те или иные вычислительные средства, которые в значительной степени облегчают трудоемкую работу экспериментатора и позволяют получить более достоверную информацию о свойствах исследуемого живого объекта.

Характерная особенность современной физико-химической биологии - ее стремительное развитие. Трудно перечислить все ее достижения, но некоторые из них заслуживают особого внимания. В 1957 г. был реконструирован вирус табачной мозаики из составляющих его компонентов. В 1968- 1971 гг. произведен искусственный синтез гена для одной из транспортных молекул путем последовательного введения в пробирку с синтезируемым геном новых нуклеотидов. Весьма важными оказались результаты исследований по расшифровке генетического кода: было показано, что при введении искусственно синтезированных молекул в бесклеточную систему, т. е. систему без живой клетки, обнаруживаются информационные участки, состоящие из трех последовательных нуклеотидов, являющихся дискретными единицами генетического кода. Авторы этой работы - американские биохимики М. Ниренберг (р. 1927), X. Корана (р. 1922) и Р. Холли (р.1922).

Расшифровка различных видов саморегуляции - также важное достижение физико-химической биологии. Саморегуляция как характерное свойство живой природы проявляется в разных формах, таких, как передача наследственной информации - генетического кода; регуляция биосинтетических процессов белка (ферментов) в зависимости от характера субстрата и под контролем генетического механизма; регуляция скоростей и направлений ферментных процессов; регуляция роста и морфогенеза, т.е. образования структур разного уровня организации; регуляция анализирующей и управляющей функций нервной системы.

Живые организмы - весьма сложный объект для исследований. Но все же современные технические средства позволяют все глубже и глубже проникнуть в тайны живой материи.

8.3. Структурные уровни организации материи

Все объекты живой и неживой природы можно представить в виде определенных систем, обладающих конкретными особенностями и свойствами, характеризующими их уровень организации. С учетом уровня организации можно рассматривать иерархию структур организации материальных объектов живой и неживой природы. Такая иерархия структур начинается с элементарных частиц, представляющих собой первоначальный уровень организации материи, и заканчивается живыми организациями и сообществами - высшими уровнями организации.

На разную степень организации живой материи обращали внимание ученые разных времен. Еще в прошлом столетии немецкий ботаник М. Шлейден утверждал о различном порядке организованности живых тел. К тому времени была создана клеточная теория живой материи. Немецкий биолог-эволюционист Э. Геккель считал прото-плазму клетки неоднородной и состоящей из частиц, названных им пластидулами. По мнению английского философа Г. Спенсера (1820-1903), пластидулы не статичны, а находятся в состоянии постоянной функциональной активности, в связи с чем они были названы физиологическими единицами. Таким образом утверждалась идея дискретности, т. е. делимости живой материи на составные части более низкой организации, которым приписывались вполне определенные функции.

Концепция структурных уровней живой материи включает представления системности и связанной с ней органической целостности живых организмов. Однако история теории систем начиналась с механистического понимания организации живой материи, в соответствии с которым все высшее сводилось к низшему: процессы жизнедеятельности - к совокупности физико-химических реакций, а организация организма - к взаимодействию ее молекул, клеток, тканей, органов и т. п. Качественные особенности живых организмов отрицались. В то время один из представителей физиологического детерминизма, французский физиолог и патолог К. Бернар (1813- 1878), считал, что все структуры и процессы в многоклеточном организме определяются внутренними причинами, природа которых пока не расшифрована.

Исторически сложилось так, что понятия "структурные уровни" ввели не биологи, а философы. Концепция структурных уровней впервые была предложена в 20-х годах нашего столетия. В соответствии с данной концепцией структурные уровни различаются не только

Рис. 8.1. Структурные уровни материи

по классам сложности, но и по закономерностям функционирования. Кроме того, концепция включает иерархию структурных уровней, в которой каждый последующий уровень входит в предыдущий, образуя таким образом единое целое, где низший уровень содержится в самом высоком. Таким образом понятие уровней организации сливается с органической целостностью.

Концепция структурных уровней получила дальнейшее развитие. Она наиболее полно отражает объективную реальность, сложившуюся в ходе исторического развития живой природы. На рис. 8.1. представлена наглядная схема иерархии структур живой и неживой природы. Данная схема наиболее полно отражает целостную картину природы и уровень развития не только биологии, но и всего естествознания, с развитием которого будут уточняться естественно-научные концепции, а вместе с ними непременно будет совершенствоваться иерархия структур живой и неживой природы.

8.4. Биохимическая эволюция

Сведениями о распространении жизни во Вселенной и о возможных ее внеземных формах наука не располагает. Весь наш опыт в этой области ограничен единственным доступным примером - Землей, но и эти знания о жизни далеки от полноты.

Может ли жизнь на Земле быть случайным для Вселенной событием, результатом совпадения маловероятных комбинаций? Сравнительно недавно признавалось, что такое мнение имеет право на существование. В наши дни два обстоятельства заставляют считать подобные допущения несовместимыми с новым научным мировоззрением. Во-первых, в последние десятилетия вскрыта чрезвычайная структурная и функциональная сложность "живого" вещества и законов, управляющих его развитием. Высочайшая степень упорядоченности и саморегулирования жизни не могли возникнуть из-за случайных стечении обстоятельств.

Во-вторых, под напором ставших известными фактов признается, что развитие природы носит направленный характер, выражающийся, в частности, в нарастании со временем сложности и упорядоченности вещества и его структур во Вселенной. Жизнь - одна из самых высоких известных человеку форм упорядоченности вещества, которая может возникнуть только по достижении развивающейся Вселенной определенной стадии эволюции и только в таких ее локальных системах, где предыдущее развитие подготовило необходимые условия для перехода к столь высокому уровню упорядоченности вещества. Такие условия могут возникнуть во многих локальных системах, например, на многих планетах, образовавшихся около звезд определенного типа. Но, видимо, лишь в небольшом числе случаев потенциальные возможности реализуются и здесь роль случайности 'велика. Однако природа такой случайности совсем другая, чем та, о которой говорилось вначале.

Еще в 20-х годах В.И. Вернадский утверждал, что переход на Земле от “неживого” вещества к простейшей жизни произошел на ранней стадии ее развития и занял узкий временной интервал (не более двух сотен миллионов лет), Появление жизни тесно связано с моментом возникновения земных океанов. Возраст Земли предполагается равным 4,6 млрд. лет, а первые осадочные породы, свидетельствующие о появлении крупных водоемов, заполненных жидкой водой, датируются возрастом около 3,8 млрд. лет. Известны палеонтологические данные, позволяющие утверждать, что температура воды в первичных океанах была не слишком холодной, но и не превышала 58° С.

Следы древнейших организмов обнаружены в кремнистых пластах Западной Австралии, возраст которых, а следовательно, и возраст останков жизни, оценен в 3,2-3,5 млрд. лет. Это минерализовавшиеся нитчатые и округлые микроорганизмы примерно десятка различных видов, напоминающие простейших бактерий и микроводорослей. Организмы, видимо, имели внутренние структуры, в них присутствовали химические элементы, соединения которых способны осуществлять фотосинтез. Обнаруженные древнейшие организмы бесконечно сложны по сравнению с самым сложным из известных органических соединений неживого (абиогенного) происхождения. Нет сомнений, что это не самые ранние формы жизни, и что существовали их более древние предшественники. Истоки жизни уходят в тот “темный” первый миллиард лет существования Земли как планеты, который не оставил следов в ее геологической истории. Но именно тогда на Земле имели место условия, впоследствии более не повторявшиеся, когда появилась биосфера. С тех пор, насколько нам известно, живое вещество порождается только живым, а органические соединения, создаваемые организмами, отличаются от соединений того же химического состава, но абиогенного происхождения.

Одним из предполагаемых условий на ранней Земле, способствовавших возникновению на ней жизни, было существование первичной атмосферы, обладавшей восстановительными свойствами. Согласно палеонтологическим данным, анализ древнейших осадочных пород подтверждает восстановительный характер тогдашней атмосферы, кислород в которой практически отсутствовал. Зародившаяся жизнь долгое время развивалась в такой атмосфере, постепенно насыщая ее кислородом в результате процессов фотосинтеза. Критерием перехода атмосферы от восстановительной к окислительной считается достижение в ней концентрации свободного кислорода на уровне 0,01 от современного значения (22%). Это точка Пастера, когда микроорганизмы получают возможность перейти от процессов брожения к процессам дыхания. По современным данным, атмосфера Земли перешла этот рубеж примерно 2,55±0,2 млрд. лет назад. Затем за какие-нибудь две сотни миллионов лет ее насыщенность кислородом достигла современного уровня.

Эти данные подтверждают исходную точку зрения В.И. Вернадского о практически мгновенном в геологическом масштабе времени заселения планеты жизнью. Биосфера создала окислительную атмосферу Земли и не менее двух миллиардов лет поддерживает в ней современный уровень насыщенности кислородом.

Загадка появления жизни на Земле с незапамятных времен волнует мыслящую часть человечества. На протяжении веков менялись взгляды на эту проблему, но наука все еще далека от ее решения. Как и сто, и двести лет назад, сегодня продолжаются споры о материальной сущности жизни: является ли она просто чрезвычайно упорядоченным состоянием тех же элементов, из которых состоит “неживое” вещество, или существуют пока неоткрытые элементарные “частицы жизни”, переводящие на определенном уровне концентрации “обычное” физико-химическое вещество из неживого в живое состояние. Веских доказательств справедливости той или другой точки зрения нет и выбор позиции определяется внутренним убеждением каждого участника спора. Ни в коей мере не предрешая конечные результаты противостояния мнений (это сделают фактические данные будущих исследований), обратим внимание на следующее обстоятельство. В науке прочено утвердился принцип, сформулированный еще в XIV в. английским философом Уильямом Оккамом (ок. 1285 - 1349) и названным в его учесть “бритвой Оккама”: “Не умножай сущностей без необходимости”. Вот два Примера, демонстрирующие как справедливость самого принципа, так и вредность поспешного отказа от него.

200 лет назад сложилось убеждение, что между органическими и неорганическими соединениями лежит непроходимая пропасть. Для подобного мнения были основания: известные тогда органические соединения создавались живыми организмами и другими способами их получить не удавалось; свойства органических соединений были иными, чем у неорганических веществ. Но после того, как из обычных химических элементов и их соединений было синтезировано первое Органическое соединение - мочевина, миф о двух разных сущностях, о разной природе органического и неорганического вещества рухнул, а на его месте родилась химия углерода, или органическая химия. Предмет ее изучения - углерод и. его особые многоатомные молекулы, включающие атомы водорода, азота, кислорода, фосфора, серы и других известных элементов и создающие основу как органических молекул, так и собираемых из них живых организмов.

Другой пример. Долгие годы исследователи не могли понять, почему практически все биохимические реакции протекают в организмах с высокими скоростями, а любые попытки их инициирования и поддержания при тех. же температурах и давлениях вне организмов терпят неудачу. Возникла гипотеза об особой сущности реакций в организме, отличной от химической. Но вскоре были открыты материальные носители этой "сущности" - ферменты, направленно вырабатываемые в клетках организма и служащие катализаторами соответствующих биохимических реакций. Позже удалось расшифровать химический состав некоторых из них. Вместо гипотезы в органической химии появился раздел, изучающий, и расшифровывающий химический состав ферментов, механизмы их работы и другие физико-химические аспекты этих соединений.

Приведенные примеры раскрывают одну из особенностей познания нового. При столкновении с явлением, не укладывающимся в известные до этого представления, у исследователя возникает соблазн пойти по самому легкому пути в поисках его объяснения. Непонятное проще всего объяснить опять же непонятным, вводя новую сущность. На время создается иллюзия, что все понятно. Принцип Оккама предупреждает о бесперспективности такого пути. Но этот принцип не отвергает введения новой сущности после того, как получены доказательства ее реальности или исчерпаны возможности объяснить эффект в рамках “консервативных” представлений. На сегодня возможности объяснить неимоверную сложность, устойчивость, упорядоченность, тончайшую подгонку всех структур и функций живых организмов на базе физико-химических представлений не исчерпаны.

Рассматривая проблему возникновения жизни естественным путем, ученые выделяют три основных этапа предположительного перехода от "неживого" к "живому":

• этап синтеза исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы и состояния поверхности ранней Земли;

• этап формирования в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липоидов, углеводородов;

• самоорганизация сложных органических соединений, возникновение на их основе и эволюционное совершенствование процессов обмена веществом и воспроизводства органических структур данного состава, завершающееся образованием простейшей клетки.

Не все ясно с первыми двумя этапами, а в отношении третьего этапа признаки прояснения наметились лишь в самые последние годы.

8.5. Образование органических веществ и зарождение клетки

О фактах широкого распространения во Вселенной процессов образования органических веществ из неорганических уже говорилось выше. На Земле наших дней такие процессы наблюдаются очень редко. Но это не означает, что в совсем иных условиях ранней Земли все обстояло так же. Эксперименты показывают-, что в насыщенной водородом и аммиаком первичной атмосфере электрические разряды, мощное ультрафиолетовое излучение Солнца создавали все необходимое для эффективного протекания процессов, характерных для первого из перечисленных выше этапов. Но. для детальной разработки механизмов, действовавших на втором и особенно на третьем этапах, имеющихся исходных данных мало.

Проникновение в суть явления, называемого происхождением жизни на Земле, перестало выглядеть безнадежным занятием после того, как усилиями ряда ученых сформировался системный подход к этому феномену, рожденный новым научным мышлением. Начало подхода заложил русский биохимик А.И. Опарин (1894-1980) в 1924 г. В появлении жизни он увидел единый естественный процесс;

слагавшийся из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей затем на качественно новый уровень - биохимической эволюции. С самого начала процесс был неразрывно связан с геологической эволюцией внешних оболочек Земли. Видимо, новое понимание проблемы назрело в науке, потому что независимо от А.И. Опарина подобный подход (несколько позже, в 1929 г.) высказал английский физиолог Дж. Холдейн (1860- 1936). Затем эстафету подхватил английский физик Дж. Бернал.

Возникновение и развитие химической эволюции особого типа про-.изошли на втором этапе, в ходе образования и накопления в первичных водоемах исходных органических молекул. В самом общем виде химическую эволюцию можно представить так. Органические вещества, образовавшиеся на первом этапе процесса, скапливались в сравнительно неглубоких местах первичных водоемов, прогреваемых Солнцем. Солнечное излучение в то время доносило до поверхности Земли мощную коротковолновую (ультрафиолетовую) составляющую, которая в наши дни не пропускается к поверхности озоновым слоем, образовавшимся вместе с кислородной атмосферой. Коротковолновое же излучение обеспечивает энергией протекание химических реакций между органическими соединениями, но одновременно разрушает возникающие сложные органические соединения, в частности, биополимеры, липиды, углеводороды - основу будущей жизни. Поэтому их накопление возможно только в динамике и при наличии таких условий в окружающей среде, которые способствовали бы укрытию новых образований от разрушения мощным солнечным ультрафиолетом.

Таким образом, предполагается, что в некоторых зонах первичных водоемов Земли протекали разнообразные случайные реакции. Большая их часть быстро завершалась из-за исчерпания исходного сырья. Но в хаосе химических реакций произвольно возникали и закреплялись реакции циклических типов, обладавшие способностью к самоподдержанию в неких замкнутых циклах при поступлении энергии извне и эффективном обмене веществом с окружающей средой. Органическая химия знает примеры реакций такого типа. Их отбор и выживание следует рассматривать как возможный качественный скачок, создавший предпосылки для перехода от химической к биохимической эволюции. Вместе с отбором и совершенствованием комплексов циклических реакций происходили отбор и совершенствование участвующих в этих реакциях органических молекул.

Непременным условием успешного протекания химической эволюции служит допущение, что одновременно с отбором циклических реакций происходила самосборка из липидов оболочек и перегородок мембранного типа, способных отделить объемы с упорядоченными реакциями от неорганизованной окружающей среды, не лишая их возможности обмена реагентами. В лабораторных экспериментах, имитирующих состояние гидросферы и атмосферы молодой Земли, получено подтверждение того, что скопление липидов в водоеме при определенной ихконцентрации и соответствующих внешних условиях демонстрирует типичный процесс самоорганизации, осуществляя самосборку микрооболочек. Напрашивается еще одно смелое допущение, что каким-то образом процесс самосборки оболочек и процесс отбора циклических реакций определенного типа объединились и привели к появлению неравновесных, отделенных от окружающей среды самоподдерживающихся образований, которые стали предшественниками простейшей клетки.

В последние годы предпринимаются попытки на основе теоретического анализа и лабораторных экспериментов воспроизвести модель протекания химической эволюции на поверхности только что сформировавшейся молодой планеты.

В одной из таких моделей предполагается, что ранняя Земля первоначально была холодным телом, окруженным разреженной восстановительной атмосферой- смесью мётана, аммиака и паров воды при общем давлении не более 1-10 мм рт. ст. Температура поверхности достигала примерно - 50°С, так что вода ледяным покровом окружала литосферу. Под действием солнечных и космических частиц, проникавших сквозь разреженную атмосферу, происходила ее ионизация:

атмосфера находилась в состоянии холодной плазмы. Это предположение является ключевым для данной модели, так как плазма в ней рассматривается в качестве основного поставщика энергии для зарождения и поддержания химической эволюции.

Атмосфера ранней Земли была насыщена электричеством, в ней вспыхивали частые разряды. Серией лабораторных экспериментов, в которых имитировались первичная атмосфера и электрические разряды, установлено, что в таких условиях шло быстрое одновременное синтезирование разнообразных органических соединений, в том числе и весьма сложного состава. Эти соединения представляли собой подходящее сырье, из которого на следующей стадии эволюции могли образовываться пептиды, липиды и углеводы.

Низкая температура, поверхности и холодная атмосферная плазма создавали условия для успешного протекания процессов полимеризации. Возникшие биополимеры стали предшественниками тех, из которых затем строилась жизнь. Их образование протекало в атмосфере, откуда они выпадали на ледяной покров Земли, накапливаясь в нем. В условиях гигантского естественного холодильника они 'хорошо сохранялись до лучших времен. Это также подтверждено лабораторными экспериментами.

Радиоактивный разогрев недр Земли пробудил тектоническую деятельность, заработали вулканы. Выделение газов уплотнило атмосферу, отодвинув границу ионизации в ее верхние слои. Растаял ледяной покров, образовав первичные водоемы. Размораживание активизировало химическую деятельность накопленных биополимеров, липидов, углеводов. Как показали эксперименты, в процессе размораживания липиды претерпевали самосборку, образуя в водоеме стабильные “калиброванные” микросферы диаметром от 10 до 50 мкм. Ранее такие сферы наблюдал А.И. Опарин, он их назвал коацерватными каплями и придавал им важнейшее значение в переходе от неживой природы к предшественнице живой клетки.

Предполагается, что самосборка мембранных липидных оболочек с заключенными в них биополимерами - важный шаг в переходе от химических смесей к организованным системам. Именно во внутренних полостях капель,

куда извне могли выборочно проникать молекулы, началась эволюция от химических реакций к биохимическим, а переход к простейшей клетке произошел в форме скачка, характерного для самоорганизации вещества.

8.6. Основополагающие жизненные системы

Переход от неживого к живому осуществился после того, как на базе предшественников возникли и развились зачатки двух основополагающих жизненных систем: системы обмена вещества и системы воспроизводства материальных основ живой клетки. Как это произошло - пока трудно даже предполагать. Мы наблюдаем конечный результат произошедшего скачка, создавшего живую клетку, и последовавшую затем биохимическую эволюцию. В современных организмах обе жизненные системы достигли высочайшего уровня "совершенства. Следы древнего процесса, Приведшего к появлению подобных шедевров, затеряны. Однако физико-химическая основа таких систем одна и та же у всех земных организмов независимо от степени их. сложности. Это обстоятельство рассматривается как указание на то, что дерево жизни выросло из одного черенка - праматери живой клетки.

Назначение обмена веществ - поддерживать уровень упорядоченности организма и его частей. Задача решается путем отбора извне таких веществ, которые после соответствующей их переработки в организме обеспечивали бы протекание синтеза соединений. С другой стороны, эта система выводит из организма все, что не может быть им утилизовано или что появляется как шлак от процессов жизнедеятельности. Система обмена предстает цепью тончайшим образом взаимосогласованных биохимических реакций синтеза и расщепления белковых тел. Лучшие наши химические производства 'могут только завидовать тому, как экономна, надежно и филигранно точно осуществляет природа функцию обмена у всех своих созданий - от простейшей клетки до высших организмов.

Назначение белков в организме - служить катализаторами для протекающих, биохимических реакций, а также выполнять функции клеточных структурных элементов. Белки - это длинные цепочки аминокислот, удерживающихся пептидными связями. Поэтому белки называют также полипептидами. Из огромного числа известных органической химии аминокислот для образования животных и растительных белков природа использовала 20 типов. Разнообразие белков определяется не только входящими в их состав различными аминокислотами, но и последовательностью аминокислот в пептидных цепочках. Более того, при полной идентичности состава и последовательности аминокислот различия в пространственной структуре молекул белков ведут к различию их физико-химических свойств. Это явление называют изомерией. Характерно, что белки живого происхождения имеют одинаковую изомерию, в то время как белки абиогенного происхождения содержат примерно равные количества молекул любой из двух возможных пространственных структур.

Система воспроизведения содержит в закодированном виде полную информацию, необходимую для построения из запасенного клеткой органического материала нужного в данный момент времени белка. Она же ведает механизмом извлечения и реализации соответствующей программной информации. Свои функции система воспроизведения осуществляет посредством полимерных соединений - полинуклеидов. Здесь ключевая роль принадлежит дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) и рибонуклеиновой кислоте (РНК). Первая является хранительницей генетической информации, заложенной в последовательности оснований вдоль цепи ДНК. Вторая способна "считать" хранимую в ДНК информацию, переносить ее в среду, содержащую необходимые для синтеза белка исходные материалы, и строить из них нужные белковые молекулы.

24 апреля 1953 г. официально зафиксирован колоссальный прорыв науки в познании структуры живой материи. В этот день была опубликована статья двух ученых - англичанина Ф. Крика (р. 1916) и американца Дж. Уотсона (р. 1928), раскрывающая структуру носителя наследственности всего живого на Земле - ДНК. Появление этой статьи заявило миру о том, что величайшая тайна природы - зашифрованная программа наследственности - перестала быть тайной.

В последнее время в изучении механизмов работы системы воспроизведения достигнуты крупные успехи. Многое прояснилось, открылись перспективы дальнейших исследований. Но остается вопрос: как могли в ходе химической эволюции сложиться из неживого вещества такие высокоупорядоченные, тонко подогнанные системы, какими предстают перед нами системы обмена веществ и воспроизведения. Время для получения ответа на этот вопрос, видимо, еще не настало. История появления и развития биосферы не менее удивительна, чем история, возникновения и развития Вселенной. В рамках нового научного мировоззрения стало ясно: жизнь на Земле есть системное общепланетное явление, корни которого уходят в историю Вселенной.

8.7. Наследственный аппарат и генная инженерия

Накануне открытия Уотсона и Крика видные биологи считали, что вторгнуться в наследственный аппарат, а тем более манипулировать с ним наука будет в состоянии лишь в XXI в. Так порой непредсказуемы в науке ее основополагающие открытия, дающие человечеству совершенно новые возможности и в познании, и в практике. Но здесь в дело вступили предельная четкость строения ДНК, ее некапризный характер, которые в соединении с неистощаемой выдумкой исследователей породили новый вид исследования: генную инженерию - искусство манипулирования этой удивительной молекулой.

ДНК оказалась двойной спиралью, связанной двумя "базовыми парами": тимин-аденин и цитозин-гуанин. Число этих пар, например, у человека грандиозно: одни исследователи считали, что их 3 млрд., другие - больше 3,5 млрд.

Перед наукой открылась возможность не только изучать наследственный материал, но и влиять на саму наследственность: "оперировать" ДНК, сращивать участки генов далеких друг от друга животных или растений иначе говоря, творить неизвестных природе химер, подобных тем, которых с такой фантазией когда-то изображал на своих полотнах известный художник И. Босх.

Первым с помощью генной инженерии был получен инсулин, затем интерферон, потом гормон роста. Позже сумели изменить наследственность свиньи, чтобы она не наращивала столько жира, коровы - чтобы ее молоко не скисало Так быстро... Благодаря вмешательству человека в конструкцию ДНК были улучшены или изменены качества десятков животных и растений.

Но неожиданно генная инженерия предоставила возможность решать задачи, казалось бы, совсем далекие и от сельскохозяйственных полей, и от ферм, и от нужд человеческого здоровья.

Стареет ли наследственный аппарат? Мать, отец, ребенок - современники. Сохранится ли действенность генного анализа, когда речь зайдет об ушедших из жизни людях? Лабораторные исследования подтверждают силу анализа даже в том Случае, если ДНК принадлежат весьма далеким друг от друга поколениям.

История недавно предоставила возможность проверить это. Необходимо было определить, кому принадлежат скелеты, найденные в захоронении под Екатеринбургом. Царской ли семье, расстрелянной в этом городе в 191,8 г.? Или слепой случай собрал в одну могилу такое же число мужских и женских останков? Ведь в годы гражданской войны погибли многие миллионы...

Образцы останков были отправлены в Англию, в центр судебно-медицинской экспертизы, - там уже накоплен большой опыт генного анализа.

Из костной ткани исследователи выделили молекулы-ДНК и провели анализ. С точностью 99% установлено: в исследуемой группе находятся останки отца, матери и их трех дочерей.

Но может быть, это не царская семья? Следовательно, надо было доказать родство этих останков с членами английского королевского дома, с которым Романовы связаны довольно близкими родственными узами. В частности, муж ныне здравствующей королевы Англии принц Филипп – внучатый племянник русской императрицы Александры Федоровны (его мать доводилась племянницей последней русской царицы).

Анализ подтвердил родство погибших с английским королевским домом. Генеральный директор службы судебно-медицинской экспертизы британского Министерства внутренних, дел госпожа Джанет Томпсон официально объявила: "Найденные под Екатеринбургом останки принадлежат царской семье Романовых".

Есть чудеса, которые мы наблюдаем ежедневно и ежечасно. Одно из них - неповторимая индивидуальность каждого живущего на Земле человека. Большинство людей ее просто не замечают. Поэтов она вдохновляет и удивляет. "Не сравнивай - живущий несравним", - писал О. Мандельштам. Ученым же долгое время не удавалось найти ключ к этой загадке.

Известно, что вся информация о строении и развитии живого организма "записана" в его геноме - совокупности генов. Считается, что внутри одного вида геномные различия очень незначительны. Это значит, что ген, например, окраски глаз у человека отличается от гена окраски глаз у кролика, но у разных людей этот ген устроен одинаково и состоит из одинаковых последовательностей ДНК.

Генетиков всего мира интересуют сейчас прикладные аспекты генетической дактилоскопии. Обсуждаются вопросы паспортизации по отпечаткам ДНК преступников-рецидивистов, введения в картотеки следственных органов данных об отпечатках ДНК наряду с описанием внешности, особых примет, отпечатков пальцев.

8.8. Эволюция биосферы и генетическое родство

Развитие биосферы предстает как чередование этапов эволюции, прерываемых скачкообразными переходами в качественно новые состояния. В целом при этом образовывались все, более сложные и упорядоченные формы живого вещества. В истории биосферы, как мы ее знаем, бывали зигзаги, временные остановки прогрессивного развития, но они никогда не переходили в стадию деградации, поворота движения вспять. Достаточно взглянуть на перечень важнейших вех в истории развития биосферы, чтобы убедиться в этом:

• появление простейших клеток-прокариотов;

• появление значительно более высокоорганизованных 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 как центра сбора, переработки, хранения информации и управления на ее основе функционированием и поведением организмов;

• формирование разума как высшей формы деятельности мозга;

• образование социальной общности людей - носителей разума. Вершиной направленного развития биосферы стало появление в ней человека, открывшего эру становления на Земле разума. В истории Земли был период чисто геологической эволюции, его сменил период геолого-биологической эволюции, а с появлением человека открылся период психогенеза - духовной эволюции. Рождение разума знаменует собой ни с чем не сравнимый качественный переход к новой стадии развития мира.

Интересно проследить, как в наши дни общие физические представления, в том числе и представления теории самоорганизации, прилагаются к разработке проблемы образования и развития многоклеточных организмов. Одна из загадок этого процесса - как из единственной зародышевой клетки развивается многообразие типов специализированных клеток, как эти клетки узнают, где, в каком локальном участке пространства они должны расположиться, какими путями передается подобная “строительная” информация среди вновь образующихся клеток. У человека, например, насчитывается более 200 разновидностей специализированных клеток. Предполагается, что каждая из вновь образующихся делением клеток зародыша содержит в своих хромосомах весь набор генетических программ возможного развития. Специализация клетки происходит после того, как она получает сигнал, включающий одну из имеющихся программ. Правильное включение программ позволяет голове зародыша сформироваться впереди, а не позади туловища, лапам (рукам) - на положенных местах, а внутренним органам - в положенных для них частях туловища.

Предполагается, что архитектура многоклеточного организма задается им самим. Самоорганизующаяся совокупность делящихся клеток вырабатывает пространственную информацию, включающую в каждой локальной точке пространства конкретную генетическую программу развития" появляющихся там клеток. Ансамбль клеток создает некое морфогенетическое поле, служащее носителем пространственной информации. Поле образуется выделяемыми клетками химическими реагентами (морфогенами), а команда на включение той или иной программы развития клеток в данном месте содержится в пространственных перепадах концентрации реагентов. Сложность и уникальность биологических структур есть результат “сложного” отклика на “простые” управленческие факторы. Пространственный план задается неоднородным распределением физических параметров, влияющих на динамику внутриклеточных "процессов... он возникает именно как продукт коллективного процесса самоорганизации, выражающегося в спонтанном возникновении диссипативных структур.

Как уже отмечалось выше, механизм эволюции определен Ч. Дарвином в его классической триаде: наследственность, изменчивость, естественный отбор. Достижения генетики, молекулярной биологии, общие положения теории самоорганизации потребовали пересмотра основ дарвиновской теории эволюции. Изменчивость в классической триаде предполагает случайное возникновение наследуемого изменения признака, подвергающегося затем действию естественного отбора, беспощадно отбраковывающего все то, что не приспособлено к условиям существования объекта. По современным понятиям минимальной, элементарной единицей эволюции биосферы считается не особь, а популяция - совокупность индивидов одного вида, способных скрещиваться между собой. Закрепление признака означает, что частота его появления в популяции превышает некоторый пороговый уровень. Дарвиновская изменчивость теперь связывается с мутациями, спонтанно возникающими в генном наследственном аппарате (геноме). Мутировавший ген создает у особи новый признак. Если он полезен для популяции, то закрепляется в ней. Эффективность мутировавшего гена определяется частотой возникновения в популяции признака, связанного с этим геном. Изложенные представления позволили сформировать синтез классического дарвинизма с новейшими достижениями генетики, получивший название синтетической теории эволюции. Но и такой синтез не решил всех трудностей классической теории эволюции.

Многочисленные факты, полученные в наши дни, позволяют все более уверенно, говорить о направленном характере биологической эволюции, о ее “канализировании”. Кроме того, отмечается ускорение эволюции со временем. Известны многочисленные примеры того, что направленно возникают новые свойства, новые поведения реакции, и их невозможно объяснить в рамках классической триады. Поэтому одним из направлений поиска стало выяснение тех факторов и механизмов, которые создают “канализацию” и ускорение биологической эволюции. При этом обращают внимание на следующие обстоятельства: 1) не всякая мутация гена вызывает изменчивость связанного с ним признака; 2) существует механизм стабилизации генома и даже реставрации поврежденных его участков; 3) известны случаи изменения признака без мутации гена, такие события вызываются внезапными изменениями положения так называемых скачущих генов, они не занимают в хромосоме раз и навсегда заданного места и могут неожиданно менять свое расположение в ней (скачущие гены составляют до 10% генома); 4) мутации и перемещения скачущих генов не совсем случайны; предполагается, что изменения генома на самом деле регулируются и управляются пока неизвестным нам механизмом.

Таким образом, изменчивость генома можно рассматривать как один из факторов направленной биологической эволюции. Другим фактором можно считать вирусы. В последнее время становится все более очевидной роль вирусов как переносчиков генетической информации от одного вида к другому- Эта идея объясняет важную особенность жизни: ее генетико-информационное единство, которое вместе с единой химической основой и историческим единством характеризует живой мир как непрерывно обогащающуюся систему. Новые научные данные показывают, однако, что естественный отбор - не единственный движущий фактор эволюции.

К сказанному остается добавить, что эволюционный процесс в биосфере носит многоуровневый характер. В разное время эволюция протекала и продолжает протекать в наши дни на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях, на уровне органов, организмов, популяций, биоценозов. Различаясь на каждом из этих уровней, процессы эволюции сливаются в единый процесс развития биосферы.

8.9. Человек — феномен природы

С биологической точки зрения появление человека разумного - вполне ординарное событие. Но человек - носитель разума, мысли - это особый феномен природы.

Изменение биологического состояния, приведшее к пробуждению мысли, не просто соответствует критической точке, пройденной индивидом или даже видом. Будучи более обширным, это изменение затрагивает саму жизнь в ее органической целостности, и, следовательно, это знаменует собой трансформацию, затрагивающую состояние всей планеты.

На протяжении 1-2 млрд. лет в биосфере шел направленный процесс развития, и он никогда не поворачивал вспять. В ходе такого процесса сформировался мозг, материальная основа разума. Элементы разумного поведения проявляют высшие животные и некоторые птицы. Но полноценное проявление разума в биосфере присуще только человеку, так как лишь в его социальном сообществе сформировалась, а затем с ускорением во времени развивалась коллективная память, названная В.И. Вернадским научной мыслью.

Научная мысль - это созданный человеком разумньм на определенной стадии его развития независимый от отдельной особи коллективный аппарат сбора, накопления, обобщения и хранения знания. И только человек в состоянии использовать этот аппарат для решения своих практических проблем. Научная мысль в сочетании с трудовой деятельностью человека стала великой геологической силой, способной преобразовать биосферу.

Научная мысль как проявление живого вещества по существу не может быть обратимым явлением — она может остановиться в своем движении, но, раз создавшись и проявившись в эволюции биосферы, она несет в себе возможность неограниченного развития в ходе времени

- так писал В.И. Вернадский.

Преимущество человека перед другими высшими животными должно быть закреплено в материальном носителе разума - в мозге. Чем же мозг человека отличается, например, от мозга своих ближайших родственников - приматов? Как это ни покажется странным, но сравнительно недавно специалисты не могли, обнаружить принципиальных различий в строении мозга человека и шимпанзе. Выделить такие отличия удалось только на новом уровне понимания строения и функционирования мозга, достигнутого в последние 30-40 лет. Выяснено, что простейшей структурной единицей мозга служит не нервная клетка (нейрон), как считалось раньше, а структурный ансамбль таких клеток со сложными, но фиксированными разветвлениями взаимосвязей. Один ансамбль обычно управляет (или анализирует) одним процессом или одной функцией организма.

Эволюция мозга, его усложнение идет не только и не столько за счет количественного роста нервных клеток, хотя такой рост имеет место, сколько за счет растущей организованности, упорядоченности как отдельных структурных ансамблей, так и центров, объединяющих отдельные функции в сложные поведенческие реакции. Новообразования мозга никогда не создают изолированных “молодежных” ансамблей. Структурные единицы развиваются в форме вертикальных колонок, включающих как клетки древних отделов мозга, расположенных в нижних пластах, так и клетки более молодых образовании, располагающихся над этими пластами. Количественное увеличение ансамблей происходит главным образом путем перестройки старых отделов и использования освобождающихся нервных клеток, а качественные изменения инициируются усложнением связей, увеличением их числа и широтой охвата связями клеток всего структурного ансамбля.

Структурные ансамбли мозга человека и приматов, ведающие такими функциями; как зрение, слух, двигательные реакции ног и тела с многими другими, практически не различаются между собой. Существенные отличия выявлены в размерах и связях структурных ансамблей, ведающих у человека речью и двигательными реакциями рук, особенно кистей, чем определяется способность человека к трудовой деятельности. Выделяются у человека лобные доли, которые согласно сложившимся представлениям осуществляют интеграцию различных функций мозга в целенаправленные поведенческие реакции, а также участвуют в ассоциативных и обобщающих мыслительных процессах. У человека рекордная для животного мира относительная площадь лобных долей мозга, достигающая 25%. Комментарии здесь излишни.

Отметим еще одно характерное обстоятельство. Строение ансамблей нервных клеток, их связи в мозгу программируются генетическим аппаратом. Развитость речевых и двигательно-трудовых структурных ансамблей мозга человека наследуется детьми от родителей. Но наследуется не речь и не трудовые навыки как таковые, а лишь потенциальная возможность их последующего приобретения. Генетические возможности реализуются только при условии, что с раннего детства конкретный ребенок воспитывается и обучается в сообществе людей, в постоянном общении с ними. Сказка Киплинга о маленьком Маугли, воспитанном волками и другими благородными животными джунглей, а затем, уже зрелым юношей, вновь вернувшимся в “человеческую стаю” - это только красивая сказка. Редкие реальные случаи подобного рода показывают, что человеческое дитя, силой обстоятельств вырванное из людского сообщества и выжившее в джунглях, вернувшись через много лет к людям, уже никогда в полной мере не сможет овладеть речью, приобрести достаточно сложнее трудовые навыки, необходимые для сознательной деятельности. Генетический потенциал ограничен во времени жесткими возрастными рамками. Если сроки пропущены, потенциал гаснет, а человек остается на уровне того же примата.

В истории человечества немало примеров, показывающих, что не только отдельная личность, но и целые сообщества людей обязаны вести непрекращающуюся борьбу за овладение, сохранение и приумножение того, что выделяет людей из животного мира. Малейшее ослабление усилий или, что еще хуже, сознательное пробуждение в людях низменных начал в ущерб разуму с поразительной быстротой ведут к потере культурных завоеваний, к возрождению дикости и агрессивности даже в условиях технической развитости.

8.10. Трансформация биосферы в ноосферу

Появление научной мысли в биосфере в перспективе неизбежно полностью ее видоизменяет. В сочетании с трудовой деятельностью человека мысль становится неведомой до этого геологической силой, способной преобразовать вместе с биосферой весь поверхностный слой Земли. Носитель земного разума - человек - с нарастающим во времени темпом воздействует на биосферу, активно захватывая все занимаемое ею пространство, окультуривая флору и фауну, меняя облик земной поверхности. По убеждению В.И. Вернадского, преобразование биосферы грядет неизбежно и необратимо. Такая точка зрения была высказана в начале 30-х годов и со скептицизмом воспринята научным сообществом тех лет. Так во что же преобразуется биосфера и что такое преобразование несет человеку, являющемуся неотъемлемой составной частью этой же биосферы? B.И.. Вернадский назвал трансформированную биосферу ноосферой.

Мысль появилась в биосфере через человека разумного (Homo sapiens), но ее проявление не случайно, к нему вела вся предшествовавшая эволюция биосферы на протяжении нескольких миллиардов лет.

Возникновение мысли открыло новую эру в развитии биосферы. Мысль стала мощнейшим геологическим фактором: как только сформировалось научное проявление мысли, оно стало строить и направлять техническую работу человека, переделывающую биосферу. Такое воздействие научной мысли на биосферу выявилось не сразу после появления в ней человека. Вначале, на протяжении многих тысяч человеческих поколений, никаких заметных изменений в биосфере не наблюдалось, но исподволь шло развитие научной мысли и накопление сил. Постепенно, используя свое интеллектуальное превосходство над остальными представителями животного мира, человек охватил своей, жизнью, своей культурой всю верхнюю оболочку планеты - в общем всю биосферу, всю связанную с жизнью область планеты. Развитие научной мысли привело к приручению животных, к созданию культурных растений. Человек стал менять окружающий его животный мир и создавать для себя новую, не бывшую никогда на планете живую природу.

Под влиянием научной мысли и человеческого труда на протяжении последних 5-7 тыс. лет начался и в нарастающем темпе продолжает происходить стихийный процесс видоизменения биосферы и ее перехода в качественно новое состояние - ноосферу. Под ноосферой Вернадский понимал не выделенный над биосферой "мыслящий пласт", а качественна новое состояние самой биосферы, ее очередную трансформацию в ходе эволюции. Известны и более ранние переходы биосферы в качественно новые состояния, сопровождавшиеся почти полной ее перестройкой. Но этот переход представляет собой нечто особенное, ни с чем не сравнимое.

На наших глазах биосфера резко меняется и едва ли может быть сомнение в том, что проявляющаяся этим путем ее перестройка научной мыслью через организованный человеческий труд не есть случайное явление, зависящее от воли человека, но есть стихийный природный процесс, корни которого лежат глубоко и подготавливались эволюционным процессом, длительность которого исчисляется сотнями миллионов лет... Создание ноосферы из биосферы есть природное явление, более глубокое и мощное в своей основе, чем человеческая история. Оно требует проявления человечества, как единого целого,

- писал В.И. Вернадский.

Развитие научной мысли резко ускорило свой темп в последние столетия. В настоящее время можно говорить о взрыве научного творчества, что непосредственно связано с переходом биосферы в ноосферу. Ноосфера как высокоорганизованное состояние биосферы может возникнуть и существовать при условии, что дальнейший процесс ее развития протекает сознательным путем, направляется и организуется научной мыслью. Это требует, с одной стороны, настолько высокого уровня развития науки, при котором такая задача становится ей посильной. С другой стороны, это ставит перед учеными задачу овладения в ближайшем будущем методами управления развитием биосферы и создания необходимых для этого средств.

Что же касается единства человечества, то оно составляет, важнейшее условие образования ноосферы. В.И. Вернадский считал, что независимо от деления людей по расовым и национальным признакам, единство человечества неизбежно сложится в ближайшее время вопреки всему тому, что мешает этому процессу.

Вопросы и темы для размышления

1. Каковы особенности традиционной биологии?

2. Назовите основные факторы эволюционной теории Дарвина.

3. Какие основные физические и химические методы применяются для исследования биологических объектов?

4. В чем сущность метода изотопных индикаторов?

5. Какие наблюдения позволили расшифровать молекулярное строение живой клетки?

6. В чем заключается основная идея мембранной теории?

7. Охарактеризуйте наиболее крупные достижения современной физико-химической биологии.

8. Что означают структурные уровни организации материи?

9. Дайте краткую характеристику биохимической эволюции.

10. Каков механизм образования органических веществ?

11. Каков механизм зарождения простейшей клетки?

12. Какие функции выполняет система обмена веществ?

13. Как реализуются функции системы воспроизводства?

14. Кто и когда впервые создал модель структуры ДНК?

15. Охарактеризуйте кратко генную инженерию и ее потенциальные возможности.

16. Назовите основные вехи в истории развития биосферы.

Тема 1. Проблемы современной эволюционной биологии.

Тема 2. Роль современных физико-химических методов в развитии биологии.

Тема 3. Характеристика структурных уровней материи.

Тема 4. Биохимическая эволюция и гипотезы о зарождении клетки

Тема 5. Системы обмена веществ и воспроизведения основ живой клетки.

Тема 6. Достижения генной инженерии.

Библиотека Гумер - Наука