Биология в современном естествознании

Содержание
Введение…………………………………………………………..2
I. Биология в современном естествознании
1. Разные подходы при изучении живых систем…………….3
2. Традиционная или натуралистическая биология………....8
3. Физико – химическая биология…………………………….9
4. Эволюционная биология: становление, содержание, задачи………………………………………………………..13
II. Поиск системы в мире живого
1. Великие биологические открытия 17-го века……………..16
2. Механический материализм и витализм…………………..18
3. Система живого по Линнею………………………………..21
III. Пространство и время: от обыденных представлений к научным
1. О пространстве и времени………………………………….24
2. Конечность и бесконечность пространства и времени или как начиналась Вселенная………………………………….28
3. Масштабы расстояний и временных интервалов во Вселенной……………………………………………………30
Заключение ...

Содержание
Введение…………………………………………………………..2
I. Биология в современном естествознании
1. Разные подходы при изучении живых систем…………….3
2. Традиционная или натуралистическая биология………....8
3. Физико – химическая биология…………………………….9
4. Эволюционная биология: становление, содержание, задачи………………………………………………………..13
II. Поиск системы в мире живого
1. Великие биологические открытия 17-го века……………..16
2. Механический материализм и витализм…………………..18
3. Система живого по Линнею………………………………..21
III. Пространство и время: от обыденных представлений к научным
1. О пространстве и времени………………………………….24
2. Конечность и бесконечность пространства и времени или как начиналась Вселенная………………………………….28
3. Масштабы расстояний и временных интервалов во Вселенной……………………………………………………30
Заключение……………………………………………………….36
Список литературы………………………………………………37

Содержание
Введение…………………………………………………………..2
I. Биология в современном естествознании
1. Разные подходы при изучении живых систем…………….3
2. Традиционная или натуралистическая биология………....8
3. Физико – химическая биология…………………………….9
4. Эволюционная биология: становление, содержание, задачи………………………………………………………..13
II. Поиск системы в мире живого
1. Великие биологические открытия 17-го века……………..16
2. Механический материализм и витализм…………………..18
3. Система живого по Линнею………………………………..21
III. Пространство и время: от обыденных представлений к научным
1. О пространстве и времени………………………………….24
2. Конечность и бесконечность пространства и времени или как начиналась Вселенная………………………………….28
3. Масштабы расстояний и временных интервалов во Вселенной……………………………………………………30
Заключение ……………………………………………………….36
Список литературы………………………………………………37

Изучение клетки (и организма как клеточной системы) стало той логической (и методологической) линией развития биологии, которая привела к возможности построения подлинной теоретической биологии и соответственно к глубокой перестройке структуры этой науки. Редукционизм, понимаемый как методический прием исследования, привел к созданию "биологических универсалий", которые стали использоваться для проверки или адаптации к современным данным всех основных положений биологии, включая таксономию и проблемы биологической эволюции1.
В процессе этой перестройки важнейшая, а иногда и решающая роль принадлежала биологической химии, а затем тому комплексу развившихся на ее основе наук, которые ныне получили название физико-химической биологии.
Эти обстоятельства в определенной мере уже историческиобусловили особое положение биологической химии в системе биологических наук да и всего естествознания в целом. Внедрение методов химии в биологию содействовало тому, что формирующаяся биохимия оказалась среди биологических наук наилучшим образом подготовленной для проникновения в тайны функционирования клетки. Именно благодаря этому она превратилась из "служанки физиологии" в самостоятельную, методологически необычайно важную область биологии. В поисках ответа на вопрос, как функционирует клетка, биохимия определила цитологию и первой проникла в мир субклеточных образований. Прогресс генетики также на определенном этапе зависел от развития биохимических методик и концепций.
Эта линия развития, связанная с углублением редукционного направления в биологии, не привела к забвению идеи целостности клетки и организма. Развитие фундаментальной идеи единства мира живого, воплотившейся в клеточной теории, продолжалось методами биохимии и реализовывалось в химических дефинициях. Биохимия вместе с развивающейся классической генетикой преобразили биологический эксперимент (можно даже сказать, что эти науки породили биологический эксперимент в его завершенной форме). Однако биологи, в том числе и генетики, не сразу научились "химически мыслить". Внедрение химической дискретности в континуальный строй биологических образов явилось далеко не прямолинейным процессом, формы которого исторически были весьма разнообразны. В результате сложилась ситуация, в которой решение ряда фундаментальных проблем биологии (и генетики в частности) оказалось возможным лишь на биохимической основе1.
Путь к решению фундаментальных проблем биологии, связанных с передачей и реализацией в процессе индивидуального развития биологической информации, открыла молекулярная биология. Ее "центральная догма" оказалась наиболее важным универсальным принципом, сформулированным в биологии после учения Ч.Дарвина. Осознание всей огромной совокупности возможных следствий из этого положения на какое-то (очень короткое) время даже создало впечатление, что возможности нового направления исчерпаны и речь может идти лишь об уточнении деталей. Однако именно здесь наметился принципиальный методический и методологический поворот: произошло стремительное расширение используемых для решения возникающих проблем методик, исследования стали комплексными. Наступила эра физико-химической биологии, комплекса наук (биологической и биоорганической химии, молекулярной биологии, биофизики, частично молекулярной генетики и вирусологии и т.д.), использующего идеи и методы физики, химии и математики для изучения живой материи в едином, необычайно продуктивном методологическом сплаве. Характер проблем, стоящих перед физико-химической биологией, указывает на рост их общебиологической значимости. По Ю.А.Овчинникову, "не противопоставление одного уровня организации живой материи другому, не возведение одного звена в абсолют, а рассмотрение простого и сложного, частного и целого в их связи и единстве и является подлинным мировоззрением физико-химической биологии, ее принципом, ее кредо".
Таким образом, развитие биологической химии привело к формированию новой области науки о мире живого - физико-химической биологии, области сложной структуры со специфическим методическим аппаратом, опирающейся на обширный, новый по своему характеру эмпирический материал, строящей свое собственное, принципиально новое теоретическое основание. Эта область способствует также и построению новых теоретических концепций в биологии (начиная от биологии развития и кончая геносистематикой, не говоря уже о генетике) и обладает четким механизмом практического использования полученных результатов (через биотехнологию, инженерную энзимологию, генетическую инженерию и т.п.). Изменился характер чисто биохимической составляющей данной области -- ее феноменологическая основа к изучению процессов обмена веществ прибавила изучение соотношения структуры и функции определяющих эти процессы биологически активных соединений. В недрах биохимических (точнее - молекулярно-биологических) исследований были сформулированы новые фундаментальные принципы, имеющие значение не только для биологии, но и для химии: принцип передачи информации на уровне молекул и принцип регуляции процессов биосинтеза и обмена веществ. Это был первый пример транслокации фундаментальных идей из области биологии в область химии - "химизация биологии" дополнилась "биологизацией химии".
Возникновение новой области науки изменило структуру современной биологии - она приобрела ясно различимые проблемные очертания. Сложное иерархическое соподчинение уровней организации структур живой природы служит сейчас, скорее, для осознания системного единства экспериментально изучаемого мира живого, нежели для классификационного дробления. Биологическая наука оказалась разделенной на два логических комплекса наук. Объектом одного из них является одиночный организм (вплоть до деталей строения составляющих его клеток), другого - сообщества организмов (популяции, биоценозы и т.п.)1.
Первоначально полагали, что лишь генетика может выполнить объединяющие функции среди биологических наук. Однако реально мост между этими системами начал расширяться за счет возможностей и интегративных тенденций физико-химической биологии. Развитие последней уже сейчас распространяется на анализ исторического развития организмов (через эволюционную биохимию, геносистематику и филогенетику), изучение судеб популяций (через молекулярную генетику и генетическую инженерию) и даже биогеоценозов (через биохимию насекомых, например, и химическую экологию).
4. Эволюционная биология: становление, содержание, задачи
Эволюция в широком смысле этого слова обозначает постепенное изменение сложных систем во времени. Говорят об эволюции звезд и галактик, ландшафтов и биоценозов, языков и общественных систем. В этой главе мы будем рассматривать эволюцию живых организмов или биологическую эволюцию.
Биологическая эволюция – это наследственное изменение свойств и признаков живых организмов в ряду поколений. В ходе биологической эволюции достигается и постоянно поддерживается согласование между свойствами живых организмов и условиями среды, в которой они живут. Поскольку условия постоянно меняются, в том числе и в результате жизненной активности самих организмов, а выживают и размножаются только те особи, которые наилучшим образом приспособлены к жизни в измененных условиях среды, то свойства и признаки живых существ постоянно меняются. Условия жизни на Земле бесконечно разнообразны, поэтому приспособление организмов к жизни в этих разных условиях породило в ходе эволюции фантастическое разнообразие жизненных форм.
Эволюционная биология - это наука, которая изучает, как происходила и происходит эволюция, исследует механизмы, закономерности и пути эволюции1. Выдающийся биолог Феодосий Добржанский сказал: «Биология приобретает смысл только в свете эволюции». Эволюционная биология дает ключ к пониманию принципов, по которым устроена жизнь на Земле. Базируясь на знании эволюционной истории живых организмов и понимании процессов, которые определяют их наследственные изменения и приспособление друг к другу и окружающей среде, эволюционная биология дает объяснение всем биологическим явлениям: от молекулярных до биосферных. Она объясняет, как и почему ныне живущие организмы, включая нас самих, стали такими, какие они сейчас. Эволюционная биология внесла фундаментальный вклад в понимание того, как устроен мир вокруг нас и какое место мы занимаем в этом мире.
Идеи, методы и подходы эволюционной биологии внесли и продолжают вносить фундаментальный вклад во многие отрасли биологии, такие как генетика, молекулярная биология и биология развития, физиология, экология, а также в геологию, палеонтологию, медицину, сельскохозяйственные науки, психологию, антропологию, информатику и другие науки.
Понимание механизмов эволюции чрезвычайно важно для разработки методов сохранения фауны и флоры. Без анализа механизмов эволюции популяций исчезающих видов невозможна разработка эффективных методов их сохранения в природе. Изучение и сравнение геномов различных видов позволяет выделять гены, которые могут оказаться полезными для повышения продуктивности культивируемых растений и домашних животных. Тот же подход используется для выделения и картирования генов, вызывающих наследственные болезни человека. Методы и принципы эволюционной биологии позволяют установить механизмы появления и распространения инфекционных болезней, анализировать эволюцию устойчивости патогенных бактерий и вирусов к лекарственным средствам.
Эволюционная биология, как и любая другая наука, прошла длинный и извилистый путь развития. Возникали и проверялись различные гипотезы. Большинство гипотез не выдерживало проверки фактами, и лишь немногие из них становились теориями, неизбежно меняясь при этом. Ошибки и заблуждения науки столь же поучительны, как и ее победы, и знать их необходимо, хотя бы для того, чтобы не повторять их вновь и вновь.
Предпосылки эволюционизма. Среди мыслителей античности и средневековья господствовала идея о неизменности видов. По мере развития науки стали накапливаться данные, противоречащие этой идее неизменности видов. Были найдены ископаемые останки древних животных и растений, сходных с современными, но в то же время отличающихся от них по многим особенностям строения. Это могло свидетельствовать о том, что современные виды – это измененные потомки давно вымерших видов. Обнаружилось удивительное сходство в строении и в особенностях индивидуального развития разных видов животных. Это сходство указывало на то, что разные виды в далеком прошлом имели общих предков.
Разработанная великим шведским ученым Карлом Линнеем система живой природы была построена по принципу сходства, но она имела иерархическую структуру и наводила на мысль о родстве между близкими видами живых организмов. Анализируя эти факты, ученые приходили к выводу об изменяемости видов. Такие взгляды высказывали в XVIII в. и в начале XIX в. Ж. Бюффон, В. Гете, К. Бэр, Эразм Дарвин — дед Чарльза Дарвина и др. Однако ни один из этих ученых не предложил удовлетворительного объяснения, почему и как менялись виды.
II. Поиск системы в мире живого
1. Великие биологические открытия 17-го века
Естественное воззрение на происхождение многообразия мира положило начало научному объяснению многих явлений природы и общества. На этой основе возникли первые теории о происхождении Солнечной системы и Земли, гипотеза о строении вещества. И естественно, представление о материи углубляется. Ещё в V веке до н.э. возникла идея об атомном строении материи. В XVII веке она становится господствующей.
Материя мыслится в виде совокупности абсолютно плотных, неделимых частиц - атомов, совершающих механическое движение в пустоте. Исходя из этого, И. Ньютон ввёл в физику понятие массы, сформулировал закон всемирного тяготения и основные законы динамики.
На основе данного понятия об атоме появилась молекулярно-кинетическая теория теплоты. В химии атомистические представления привели к открытию закона постоянства, к периодической системе элементов Менделеева1.
Концепции происхождения жизни. Вначале в науке вообще не существовало проблемы возникновения жизни, потому что учеными античного мира допускалась возможность постоянного зарождения живого из неживого. Великий Аристотель (4-ый в. до Р.Х.) не сомневался в самозарождении лягушек.
Философ Плотин в 3-ем веке до новой эры утверждал, что живые существа самозарождаются в земле в процессе гниения. Эта идея самопроизвольного зарождения организмов, видимо, представлялась многим поколениям наших далеких предков очень убедительной, так как просуществовала, не меняясь, долгие века, вплоть до 17-го века.
Идея происхождения жизни по принципу «живое – от живого». В 17-ом веке опыты тосканского врача Франческо Реди показали, что без мух черви в гниющем мясе не обнаружатся, а если прокипятить органические растворы, то микроорганизмы в них вообще зарождаться не смогут.
В 17 в. появилось дуалистическое учение, проводившее резкую грань между телами неживой природы и живыми существами. Я. Б. Ван Гельмонт создал учение об «археях» — духовных началах, регулирующих деятельность органов тела.
2. Механический материализм и витализм
Витализм (от лат. vitalis — жизненный, животворный, живой), идеалистическое течение в биологии, допускающее наличие в организмах особой нематериальной жизненной силы.
Витализм берёт начало от первобытного анимизма — представления об одушевлённости всех тел природы. Элементы Витализм обнаруживаются в представлениях величайших мыслителей античности: Платона — о бессмертной душе (психее) и Аристотеля — об особой нематериальной силе «энтелехии», управляющей явлениями живой природы. После эпохи Возрождения идея одушевлённости неживых тел уступила место механическому пониманию явлений как неорганического так и органического мира1.
В 17 в. появилось дуалистическое учение, проводившее резкую грань между телами неживой природы и живыми существами. Я. Б. Ван Гельмонт создал учение об «археях» — духовных началах, регулирующих деятельность органов тела.
Более детально эту виталистическую концепцию развил в начале 18 в. немецкий врач Г. Шталь, полагавший, что жизнью организмов управляет душа, которая и обеспечивает их целесообразное устройство. В начале 19 в. отмечалось возрождение виталистической идеи как реакция на упрощённые механистические представления французских материалистов 18 в. (Д. Дидро, Ж. Ламетри и др.).
Нематериальное начало жизни немецкий анатом И. Ф. Блуменбах называл формативным стремлением, немецкий естествоиспытатель Г. Р. Тревиранус — жизненной силой (vis vitalis — отсюда и название всего направления). Виталистические взгляды немецкого физиолога И. Мюллера, приписывавшего живым существам творческую силу, которая обусловливает их единство и гармонию.
Во 2-й половине 19 в. вульгарный механистический материализм снова сменился волной Витализм, названного тогда неовитализмом. Его вдохновителем был немецкий биолог Х. Дриш, считавший, что сущность жизненных явлений составляет так называемая энтелехия (нечто, в самом себе несущее цель), которая действует вне времени и пространства и непознаваема.
Существование непознаваемых жизненных факторов допускали и другие виталисты, называя их «жизненной энергией», «жизненным порывом», «доминантой». Отказываясь от объяснения жизненных явлений, Витализм демонстрирует бессилие идеализма в решении вопроса о сущности жизни, её происхождении и развитии.
Источником возрождающихся время от времени виталистических воззрений является неудовлетворённость виталистов механистическими объяснениями жизненных явлений и неспособность применять для этих объяснений методологию диалектического материализма.
Критикуя недостатки толкования сущности жизни и главных свойств живого механистического материализмом, Витализм, по существу, сам не выходит за рамки метафизической, механистической методологии. Утверждая несводимость жизни к совокупности химических, физических и механических явлений, Витализм абсолютизирует качественное своеобразие жизненных явлений, привлекая для его объяснения вымышленные нематериальные факторы1.
Для Витализма характерно игнорирование исторического метода (например, отрицание Х. Дришем и его последователями теории Ч. Дарвина; телефиналистической трактовки эволюции современными идеалистами). Виталисты всегда использовали для обоснования своей позиции нерешённость тех или иных проблем (например, предполагавшуюся невозможность синтеза органических веществ вне организма и т.п.).
По мере того как те или иные особенности живого получали научное, материалистическое объяснение, Витализм апеллировал к другим, ещё не изученным областям. Витализм идеалистически истолковывал не только природу живых организмов вообще, но и природу сознания.
После победы эволюционных представлений в биологии Витализм проникает и в эту область в форме различных антидарвинистских концепций эволюции, например психоламаркизм, творческая эволюция (французский философ А. Бергсон) и др.
3. Система живого по Линнею
Карл Линней, шведский физиолог, был профессором медицины в университете города Упсала. Он заведовал большим ботаническим садом, который был нужен университету для проведения научных исследований. Люди присылали ему растения и семена со всего света для выращивания в ботаническом саду. Именно благодаря интенсивному изучению этой огромной коллекции растений Карл Линней сумел решить задачу систематизации всех живых существ — сегодня ее назвали бы задачей таксономии (систематики). Можно сказать, что он придумал категории для популярной в Америке викторины «Двадцать вопросов», в которой первым делом спрашивают, относится ли предмет к животным, растениям или минералам. В системе Линнея действительно все относится либо к животным, либо к растениям, либо к неживой природе (минералам)1.
Чтобы легче понять принцип систематизации, представьте, что вы хотите классифицировать все дома в мире. Можно начать с того, что дома в Европе, например, больше похожи друг на друга, чем на дома в Северной Америке, поэтому на первом, самом грубом уровне классификации необходимо указать континент, где расположено здание. На уровне каждого континента можно пойти дальше, отметив, что дома в одной стране (например, во Франции) больше похожи друг на друга, чем на дома в другой стране (например, в Норвегии). Таким образом, вторым уровнем классификации будет страна. Можно продолжать в том же роде, рассматривая последовательно уровень страны, уровень города и уровень улицы. Номер дома на конкретной улице будет той конечной ячейкой, куда можно поместить искомый объект. Значит, каждый дом будет полностью классифицирован, если для него будут указаны континент, страна, город, улица и номер дома.
Линней заметил, что подобным образом можно классифицировать живые существа в соответствии с их характеристиками. Человек, например, больше похож на белку, чем на гремучую змею, и больше похож на гремучую змею, чем на сосну. Проделав те же рассуждения, что и в случае домов, можно построить систему классификации, в которой каждое живое существо получит свое уникальное место.
Именно так и сделали последователи Карла Линнея. На начальном уровне все живые существа делятся на пять царств — растения, животные, грибы и два царства одноклеточных организмов (безъядерных и содержащих в ядре ДНК). Далее каждое царство делится на типы. Например, в нервную систему человека входит длинный спиной мозг, образующийся из хорды. Это относит нас к типу хордовых. У большинства животных, обладающих спинным мозгом, он расположен внутри позвоночника. Эта большая группа хордовых называется подтипом позвоночных. Человек относится к этому подтипу. Наличие позвоночника — критерий, по которому позвоночные животные отличаются от беспозвоночных, то есть не имеющих позвоночного хребта (к ним относятся, например, крабы).