2833.Западная философия от истоков до наших дней. Книга 4. От романтизма до н

В 1923 г. решена аналогичная проблема относительно испускания электронами гамма-лучей (эффект Комптона). Изучение структуры атома начато Томсоном (1856—1940) в 1897 г. с открытия электрона, заряд которого был определен в 1911 г. Р. Милликеном (1868—1953). Были предложены две различные модели. Согласно первой (Перрен), атом состоит из ядра, вокруг которого вращаются электроны (1901). Согласно второй (Кельвин), в положительно заряженном атоме электроны находятся в условиях равновесия (1902). Мы перед лицом двух соперничающих теорий — ядерной и неядерной. Первая теория победила благодаря историческому эксперименту Резерфор­ да (1871—1937) с пучком частиц (ядер гелия) и тончайшей золотой пластинкой.

Ситуацию с электронами попытался прояснить Н. Бор (1885— 1962). Он предположил, что электроны вращаются по круговым орбитам, рассчитываемым согласно законам энергетического кван­ тования, и атомы принимают и испускают энергию с помощью электронов, прыгающих с одной орбиты на другую. Эта модель была усовершенствована Зоммерфельдом (1868—1951).

Первые подтверждения и частичные фальсификации были по­ лучены из спектроскопии. Однако опыты Штерна и Герлаха укре­ пили теорию Бора. Ясно, что эти идеи не могут не контрастировать с идеями Максвелла для макроскопических явлений. Но сам Н. Бор в 1916 г. во избежание потенциального противоречия предложил считать теорию Максвелла статическим описанием поведения большого числа элементарных компонентов. Это первая формулировка «принципа соответствия», ключевого для понимания и применения квантовой теории. Ситуация не слишком отличалась от характерной для прошлого века попытки преодолеть разрыв между макроскопической термодинамикой и микроскопической классической механикой.

В 1924 г. Луи де Бройль предположил, что каждой электро­ магнитной волне соответствует частица, и наоборот, любой частице с массой покоя пи, и скоростью v соответствует волна длиной X = h/m (0). Так было положено начало волновой механике. Основы­ ваясь на все более широкой экспериментальной базе, Бор предложил рассматривать каждый феномен в двух аспектах — корпускулярном и волновом, считая оба истинными и взаимодополняющими. Прин­ цип дополнительности был сформулирован В. Гейзенбергом (1901— 1976), установившим точные пределы возможно одновременного определения величин, относящихся к двум дополнительным аспек­ там. Из принципа дополнительности следовало, например, что нель­ зя одновременно и точно определить импульс и координаты части­ цы. Волновая механика была систематизирована Шрёдингером (1887-1961) и М. Борном (1882-1960).

В книге «Логика научного открытия» Поппер, характеризуя этот тип концепций, заметил, что он накладывает принципиальные ог­ раничения на возможности научного познания (подобно пределу, налагаемому скоростью света). Стало очевидным, что движение вперед теперь невозможно, если не поставить задачу выхода за пределы достигнутых рубежей. Для физической теории настал пери­ од «нормальной» науки, хотя скорее с двумя парадигмами, чем с одной.

3.БИОЛОГИЯ ПОСЛЕ ДАРВИНА

3.1.Неодарвинизм: Всйсман и де Фриз

От Дарвина мы узнали, что: 1) виды не неизменны, ибо они эволюционируют, давая постепенно начало различным видам; 2) ос­ новной механизм эволюции видов — естественный отбор. Среда провоцирует индивидуальные различия, делая ненужными индиви­ ды с неблагоприятными признаками, поощряя более жизнеспособ­ ные особи, побеждающие в «борьбе за существование». Ясно, что отбор эффективен, если индивидуальные различия подлежат пере­ даче и наследованию. В противном случае теория Дарвина вряд ли возникла бы. Однако если особи одного вида различны, то возникает два вопроса: 1) Каковы причины индивидуальных различий? 2) Если различия наследуются, то как они передаются?

Дарвин объяснял механизм наследования приобретенных свойств воздействием среды. Ламарк, как известно, видел внутреннюю тенден­ цию к совершенствованию. Последнюю точку зрения защищал швей­ царец Карл Вильгельм фон Нёгели (1817—1891) своей теорией ортоге­ неза (разновидность греческого понятия энтелехии), в разговоре о психохимическом аналоге инерционной механической силы.

Немецкий зоолог Август Вейсман (1834—1914), представитель неодарвинизма, отверг идею наследуемости приобретенных свойств. В подтверждение своей концепции он отрезал хвосты у новорожден­ ных мышей нескольких поколений. Затем рождались новые мышата с обычными хвостами, вопреки теории наследования приобретен­ ных черт. Эти и другие опыты подтвердили гипотезу, что не среда на самом деле, а внутренние органические факторы ответственны за наследственную информацию. В «Очерке о наследственности и свя­ занных с ней биологических вопросах» (1892) Вейсман отделил понятие гермоплазмы, ответственной за наследование, от понятия телесной плазмы. Гермоплазма — наиболее ответственная часть организма, она определяет формы и характеристики телесной плазмы. Тело

находится на службе гермоплазмы, делая ее способной к репродук­ ции. В этом причина того, почему некоторые соматические мутации не наследуются.

Вейсман, отталкиваясь от сложных аргументов, попытался объ­ яснить источник изменчивости. Половое размножение, по его мне­ нию, объединяет два генотипа. Это явление как источник изменчи­ вости было названо амфимиксисом. (Позднее генетика воспримет теорию Вейсмана в том ее разделе, который касается комбинации популяционных генов в момент оплодотворения.)

Голландский ботаник Гуго де Фриз (1848—1935) провел наблю­ дения над декоративным растением Oenothera lamarckiana. Помимо «нормальных» особей, он обнаружил популяцию особей, сильно отличающуюся от нормальных как высотой (от карликовых до гигантов), так и формой листьев. Де Фриз получил «странные» растения с отклонениями, которые, как оказалось, передаются по наследству. Эволюционная теория получила подтверждение: вид репродуцирует не только нормальные особи, но и, очевидным обра­ зом, ненормальные (от 1 до 2%). Эти вариации де Фриз назвал мутациями.

Дарвин связывал отбор с минимальными изменениями. Де Фриз внес коррективы: эволюция не лишена скачков. Любой вид способен на определенном этапе к мутациям, особи могут заметно отдаляться друг от друга и от нормы. Отбор воздействует на этот мутационный материал, и особи эволюционируют по-разному в несхожих средах. Вклад де Фриза в науку можно охарактеризовать двумя тезисами: 1) вариативность (изменчивость) не зависит от среды; 2) отбор действует на внешние изменения, или мутации, способствуя появ­ лению новых черт.

Тем не менее эволюционная теория, хотя и обогащенная идеями Вейсмана и де Фриза, должна была вернуться к нерешенным про­ блемам: как возникают изменения? Каким образом они репродуци­ руются? Ответ на эти вопросы в начале нашего столетия дала новая наука — генетика

3.2. Открытие хромосом и новое открытие законов Менделя

Генетика, занятая механизмами биологического наследования, возникла внутри эволюционной теории. Известно, что уже в 1866 г. Мендель сформулировал фундаментальные законы генетики. Он передал результаты своих исследований Негели, который не осознал всей их важности. Мендель скрестил и искусственно вырастил высокую и низкую культуры зеленого сладкого горошка, получив семена только высоких растений. Соотношение выхода высоких к низким растениям, полученным из этих семян, составило 3 к 1%.

Из низких растений далее получились только низкие особи. Из полученных высоких растений 25% от их общего числа производили только высоких потомков, а из остальных 75% — 50% высоких и 25% низких особей. Эго первый закон Менделя — закон сегрегации. Если скрещивать растения или животных, различающихся более чем парой признаков, можно получить всевозможные комбинации. Вто­ рой закон Менделя — закон независимости наследования.

В конце XIX—начале XX веков о законах Менделя вновь вспом­ нили. Немец Вальтер Флемминг (1843—1945) при помощи хромати­ ны (окрашивающего состава) обнаружил внутри клеточного ядра нитеобразные хромосомы. Ему удалось пронаблюдать процесс деле­ ния клетки (митоз), когда каждая хромосома производит свою копию. Флемминг опубликовал полученные результаты в 1882 г. Эти цитологические исследования продолжил бельгиец Эдвард ван Бенеден (1846—1910). Он доказал постоянство набора хромосом у каждого вида животных и растений: 46 (23 пары) хромосом у чело­ века, 20 (10 пар) — у кукурузы, 12 (6 пар) — у мухи, 8 (4 пары) — у дрозофилы (муха — герой генетики). Каждая пара хромосом со­ стоит из материнской и отцовской хромосомы. Бенеден, кроме того, обнаружил, что в формировании половых клеток (яйцеклетки и сперматозоида) разделению хромосом не предшествует их удвоение. Если бы этот процесс (мейоз) не происходил, то каждый новой индивид, начинающийся с объединения двух клеток, должен был бы иметь двойной набор хромосом.

Когда были открыты эти хромосомные процессы, законы Мен­ деля и все предыдущие догадки предстали в удивительно разумной гармонии. Американец Уолтер Сеттон (1876—1916) заметил, что хромосомы выглядят как наследственные факторы Менделя. У каж­ дой клетки есть фиксированное число пар хромосом, и у каждой есть способность передавать наследственные признаки от одной клетки к другой. Новый организм образуется от слияния яйцевой материнской клетки и сперматозоида с отцовским набором хромо­ сом. Эти сочетания хромосом дают возможность каждому поколе­ нию усилить некоторы е рецессивные черты и ослабить доминантные. Все новые комбинации приводят к изменениям свойств, используемым затем в процессе естественного отбора.

3.3. Гены внутри хромосом

Между 1910-м и 1920 гг. американский зоолог Томас Морган (1866—1945) показал, что внутри клеточного ядра упорядочены гены. В виде большой молекулы полинуклеотида эти частицы несут наследственную информацию. Репродуцируя себя, они сохраняют собственную индивидуальность и независимость от других генов, а значит, и способность к самым различным комбинациям.

Морган провел серию опытов с drosophila melanogaster, насеко­ мым, обладающим только четырьмя парами хромосом и имеющим период созревания от яйца до взрослого состояния 12 дней. Опыты показали, что признаки, наследуемые вместе, иногда все же разде­ ляются. Морган объяснил это тем, что хромосома содержит гены, т. е. разделена на определенные характерные фрагменты, что позво­ ляет ей затем обменяться с похожим фрагментом другой хромосомы.

В 1927 г. Герман Йозеф Мюллер, ученик Моргана, сделал сенса­ ционное открытие. Бомбардируя гамма-лучами гаметы (спермато­ зоиды и яйца животных, зернышки цветочной пыльцы и семяпочки растений), он получил огромное число мутаций. Суть открытия состояла в том, что был указан путь исследования гена.

К началу Второй мировой войны генетика установила: 1. Гены отвечают за наследственные черты; 2. Гены находятся в линейном порядке в хромосоме; 3. По числу и качеству для каждого вида хромосомный набор — величина постоянная; 4. Несмотря на постоянство, эти структуры способны к изменениям; 5. Изменения, или мутации, разделяются по трем категориям: генные (переход от одного гена к аллельному состоянию), хромосомные (структурные вариации внутри одной хромосомы) и геномные (вариации с числом хромосом).

Следующей сенсацией стало открытие генетического кода — еще одно блестящее достижение человеческого разума в познании развития жизни. Если эволюционная теория помогла понять исто­ рию жизни, то не менее важно было понять сам источник жизни. Старый спор: жизнь исходит от материи или же «все живое изначально живо»? Рождается ли организм (например, бактерия) спонтанным образом? Правда, открытие фильтрабильного вируса (ultra virus) представляется серьезным шагом к абиогенезу.

Как бы то ни было, но с вирусами-паразитами нет пока оснований связывать источник жизни. В 1950-х гг. Г. Юри и С. Миллер показали формирование органических комплексов — аминокислот (основа молекул протеинов — базовых элементов протоплазмы). Через смесь воды, водорода, метана и аммиака Миллер пропускал электрический разряд высокой частоты. В ре­ зультате он получил сложные молекулы аминокислот. И хотя эксперимент недостаточен, чтобы понять проблему зарождения жизни, он приоткрывает завесу над этой тайной.

3.4. Генетический код

Долгое время наследственные механизмы были предметом вни­ мания генетиков, но природа молекул, переносящих информацию от одного индивида к другому, оставалась неведомой. Была известна

роль макромолекул протеина и нуклеиновых кислот в этом процессе. Однако только в 1944 г. сотрудником Нью-Йоркского института Рокфеллера Эйвери (О. Т. Avery, 1877—1955) были получены резуль­ таты, показавшие, что эту роль выполняют молекулы дезоксирибо­ нуклеиновой кислоты —ДНК. Было известно ранее, что ядра клеток животных, содержащих хромосомы (и, стало быть, гены), особенно богаты нуклеиновыми кислотами, в частности ДНК. Последние представляют собой полимеры, образованные из остатков фосфор­ ной кислоты, сахара (дезоксирибоза) с азотистого основания, т. е. аденина, гуанина, цитозина и тимина.

В начале пятидесятых годов вслед за Полингом, который раскрыл структуру протеина, спиралевидной (геликоидальной) макромолеку­ лы, образованной из различных комбинаций 20 аминокислот, уда­ лось понять молекулу ДНК как образованную из комбинаций 4 различных нуклеотидов. Каждый нуклеотид образован из остатков фосфорной кислоты, одной молекулы дезоксирибозы и одного из четырех азотистых оснований.

Были проведены химические и кристаллографические исследова­ ния, результаты которых обобщил Э. Чаргафф (Е. Chargaff, р. 1905), показавший комплементарность остатков тимина и адеина и остат­ ков цитозина и гуанина в пробах различных ДНК. Идея структури­ ровать молекулярные компоненты ДНК в форме двойной спирали с комплементарными взаимодействиями в азотистых основаниях взаимодополнительным образом — аденин-тимин, цитозин-гуанин

— разработана кембриджскими учеными Ф. Криком (F. Crick) и Дж. Уотсоном (J. Watson). Диффракцию х-лучей, необходимых для верификации модели, установил М. Уилкинс (М. Wilkins).

Модель двойной спирали состоит из двух полинуклеотидньгх цепей, структурные реквизиты которых — азотистые основания и водородные связи между ними. Эта их природа подтверждает про­ цесс дублирования, т. е. формирования двух двойных спиралей, начиная с одной, внутри которой отделяются две нити. В ДНК имеет место так называемая полуконсервативная репликация (повтор): каждое ответвление ДНК дает начало новой двойной спирали. Это подтвердили Мезелъсон (Meselson) и Шталь (Stahl).

Помимо ДНК есть другой тип нуклеиновой кислоты — рибонук­ леиновая, или РНК, содержащаяся, главным образом, в клеточной цитоплазме. Структура РНК имеет одну нить, но активность РНК имеет решающий характер, ибо вместе с ДНК она образует молеку­ лярную основу механизма генетической передачи. Раздел биологии, изучающий поведение молекул ДНК и РНК в процессе передачи генетической информации, называется молекулярной биологией.

В 1941 г. Дж. У. Бидл (G. W. Beadle) и Э. Л. Тейтем (Е. L. Tatum) исследовали формирование энзимов (ферментов). Поскольку эти протеины обладали тоже двойными спиралями и содержали азот, то

/

Р а зви т и е н а ук в X X $еке

/

вскоре выяснилась и последовательность аминокислот протеина. Проблема заключалась в том, как из алфавита с 4 буквами можно образовать группу, содержащую 20 букв. Комбинируя 4 оснрвания (2 х 2), они получили 16 комбинаций, а умножая 3 x 3 , получили 64 комбинации, более чем достаточные для кодирования триплет — 21 аминокислоты протеина. Так триплет азотистых оснований ко­ дирует аминокислоту.

В1955 г. удалось синтезировать РНК С. Очоа (S.Ochoa), в 1956 г.

А.Корнберг (A. Komberg) искусственным путем получил ДНК. Еще через 5 лет Ф. Жакоб (F. Jacob) и Ж. Моно (J. Monod) доказали, что РНК является передатчиком. Макромолекула РНК синтезируется на

ДНК (процесс транскрипции) и соединяется в рибосомы, субкле­ точные частицы цитоплазмы, где и происходит белковый синтез. Передатчик РНК есть своего рода пленка с записью трехчленного кода последовательности аминокислот. Эту «пленку» считывает ри­ босома, создающая протеин в последовательности, указанной моле­ кулой РНК.

В 1960-х гг. М. У. Ниренберг (М. W. Nirenberg) и Дж. Матгеи (J. N. Matthei) синтезировали молекулу РНК на одной основе урацила. Они получили процесс формирования полипептида, состоя­ щего из одной аминокислоты — полифенилаланина на основе трех­ членного урацил-урацил-урацила. Это открытие позволило найти ключ к генетическому коду почти так же, как Розеттский камень помог расшифровать египетские иероглифы. Ниренберг, Крик, Ко­ рана и другие выяснили значение всех 64 триплетов, образующих генетический код. Процесс передачи генетической информации от ДНК к РНК называется транскрипцией, а энзим (РНК-полимероза) катализирует синтез передатчика (РНК) по образцу ДНК. Синтез полипептидной цепочки, конкретизирующий информацию, посту­ пающую из ДНК, называется процессом перевода, трансляции.

В целом цепочку белкового синтеза кратко можно представить следующим образом:

ДНК транскрипция РНК трансляция полипепщц (белок).

Репликация ДНК и транскрипция РНК-передатчика возможны в силу соединения стереоспецифическим образом азотистых осно­ ваний: аденин «признает» тимин, а цитозин «признает» гуанин. Процесс трансляции происходит посредством соединительных век­ торов — молекул Т-РНК. Последние задерживаются на рибосоме и «прочитывают» передаваемый генетический код. Аминокислотная цепочка синтезируется на рибосоме с энзиматическим механизмом, необходимым для прочтения записанной информации в РНК.

Г л а в а т р и д ц а т ь восьмая

Критический рационализм Карла Поппера

1. ЖИЗНЬ И СОЧИНЕНИЯ

Карл Раймунд Поппер родился в Вене в 1902 г. Философию, математику и физику он изучал вместе с физиками Виртингером и Фуртвенглером и математиком Гансом Ганом. Работая в службе помощи подросткам при клинике Альфреда Адлера, он продолжал изучение истории музыки. В 1928 г. Поппер защитил диссертацию на тему «К вопросу о методе психологии мышления» у психолога Карла Бюлера. Несколько лет он преподавал математику и физику в начальной и средней школе. В это же время он написал статью по проблеме аксиоматики в геометрии. Фундаментальная работа

«Логика и рост научного знания» была написана в 1934—1935 гг. В 1937 г. Попперу как еврею пришлось эмигрировать в Новую Зеландию, где он начал преподавать в Кентерберийском универ­ ситетском колледже. Здесь были написаны работы «Нищета исто-

рицизма» и <гОткрытое общество и его враги»у опубликованные в 1945 г. В начале 1946 г. философ получил приглашение в Лондон­ скую школу экономики и переехал в Англию. Результаты своих исследований по философии науки Поппер опубликовал в двух­ томнике «Предположения и опровержения» (1963) и книге «Объек­ тивное познание» (1972). В 1974 г. вышли «Автобиография (Поиску нет конца)» и «Ответ моим критикам». В соавторстве с Дж. Эюслсом Поппер издал книгу «Личность и ее мозг» (1977). Член Коро­ левского общества, Поппер участвовал во множестве конгрессов и симпозиумов, объездил множество стран. Его книги переведены на двадцать языков. Скончался Карл Поппер в 1994 г.