- •В.М.Найдыш Концепции современного естествознания
- •Предисловие
- •Введение Естествознание как отрасль научного познания
- •B.I.Понятие культуры
- •В.2. Материальная и духовная культура
- •В.З. Наука как компонент духовной культуры
- •В.4. Проблема культур в науке: от конфронтации к сотрудничеству
- •В.5. Структура естественно-научного познания
- •Часть первая Основные исторические периоды развития естествознания
- •1. Накопление рациональных знаний в системе первобытного сознания
- •1.1. Повседневное, стихийно-эмпирическое знание
- •1.2. Зарождение счета
- •1.3. Мифология
- •2. Наука в цивилизациях древности
- •2.1. Становление цивилизации
- •2.1.1. Неолитическая революция
- •2.1.2. Рационализация форм деятельности и общения
- •2.1.3. Разделение труда и развитие духовной культуры
- •2.1.4. Возникновение письменности
- •2.1.5.«Культурное пространство» древневосточных цивилизаций
- •2.2. Развитие рациональных знаний в эпоху классообразования цивилизаций Древнего Востока
- •2.2.1. От Мифа к Логосу (Науке)
- •2.2.2. Географические знания.
- •2.2.3. Биологические, медицинские и химические знания
- •2.2.4. Астрономические знания
- •2.2.5. Математические знания
- •3. Создание первой естественно-научной картины мира в древнегреческой культуре
- •3.1.Культурно-исторические особенности древнегреческой цивилизации
- •3.2. От Хаоса к Космосу
- •3.3. Категория субстанции
- •3.4. Мир как число
- •3.4.1. Пифагорейский союз
- •3.4.2. Математические и естественно-научные достижения пифагореизма
- •3.5. Формирование первых естественно-научных программ
- •3.5.1. Великое открытие элеатов
- •3.5.2. Атомистическая программа
- •3.5.3. Математическая программа
- •3.6. Физика и космология Аристотеля
- •3.6.1. Учение Аристотеля о материи и форме
- •3.6.2. Космология Аристотеля
- •3.6.3. Основные представления аристотелевской механики
- •3.7. Естествознание эллинистически-римского периода
- •3.7.1. Культура эллинизма
- •3.7.2. Александрийская математическая школа
- •3.7.3. Развитие теоретической и прикладной механики
- •3.8. Развитие древнегреческой астрономии
- •3. 8.1. Становление математической астрономии
- •3.8.2. Геоцентрическая система Птолемея
- •3.9. Античные воззрения на органический мир
- •3. 9.1. Античные толкования проблемы происхождения и развития живого
- •3.9. 2. Биологические воззрения Аристотеля
- •3. 9.3. Накопление рациональных биологических знаний в античности
- •3.9.4. Античные представления о происхождении человека
- •3.10. Упадок античной науки
- •4. Естествознание в эпоху средневековья
- •4.1. Особенности средневековой духовной культуры
- •4.1.1. Доминирование ценностного над познавательным
- •4. 1.2. Отношение к познанию природы
- •4.1.3. Особенности познавательной деятельности
- •4.2. Естественно-научные достижения средневековой арабской культуры
- •4.2.1. Математические достижения
- •4.2.2. Физика и астрономия
- •4.3. Становление науки в средневековой Европе
- •4.4. Физические идеи средневековья
- •4.5. Алхимия как феномен средневековой культуры
- •4.6. Религиозная трактовка происхождения человека
- •4.7. Историческое значение средневекового познания
- •5. Познание природы в эпоху возрождения
- •5.1. Ренессанская мировоззренческая революция
- •5.2. Зарождение научной биологии
- •5.3. Коперниканская революция
- •5.3.1. Гелиоцентрическая система мира
- •5.3.2. Дж. Бруно: мировоззренческие выводы из коперниканизма
- •6. Научная революция XVII в.: возникновение классической механики
- •6.1. И. Кеплер: от поисков гармонии мира к открытию тайны планетных орбит
- •6.2. Формирование непосредственных предпосылок классической механики как первой фундаментальной естественно-научной теории
- •6.2.1. Г. Галилей: разработка понятий и принципов «земной динамики»
- •6.2.2. Картезианская физика
- •6.2.3. Новые идеи в динамике Солнечной системы
- •6.3. Ньютонианская революция
- •6.3.1. Создание теории тяготения
- •6.3.2. Корпускулярная теория света
- •6.3.3. Космология Ньютона
- •6.4. Изучение магнитных и электрических явлений в XVII в.
- •7. Естествознание XVIII -первой половины XIX в.
- •7.1. Общая характеристика развития физики
- •7.1.1. Становление основных отраслей классической физики
- •7.1.2. Принцип дальнодействия
- •7.1.3. Теория теплорода
- •7.1.4. Развитие учения об электричестве и магнетизме в XVIII в.
- •7.1.5. Физика первой половины XIX в.: общая характеристика
- •7.1.6. Волновая теория света
- •7.1.7. Проблема эфира
- •7.1.8. Возникновение полевой концепции
- •7.1.9. Закон сохранения и превращения энергии
- •7.1.10. Концепции пространства и времени
- •7.1.11. Методологические установки классической физики (конец XVII - начало XX вв.)
- •7.2. Развитие астрономической картины мира
- •7.2.1. Создание внегалактической астрономии
- •7.2.2. Формирование идеи развития природы
- •7.2.3. Идея развития в астрономии
- •7.2.4. Космогония и. Канта
- •7.2.5. Методологические установки классической астрономии
- •7.3. Возникновение и развитие научной химии
- •7.3.1. От алхимии к научной химии
- •7. 3.2. Лавуазье: революция в химии
- •7.3.3. Победа атомно-молекулярного учения
- •7.4. Биология
- •7.4.1. Образы, идеи, принципы и понятия биологии XVIII в.
- •7.4.2. От концепций трансформации видов к идее эволюции
- •7.4.3. Ламаркизм
- •7.4.4. Катастрофизм
- •7.4.5. Униформизм. Актуалистический метод
- •7.4.6. Дарвиновская революция
- •7.4.7. Методологические установки классической биологии
- •8. Естествознание второй половины XIX в.: на пути к новой научной революции
- •8.1.Физика
- •8.1.1. Основные черты
- •8.1.2. От возникновения термодинамики к статистической физике: изучение необратимых систем
- •8.1.3. Развитие представлений о пространстве и времени
- •8.1.4. Теория электромагнитного поля
- •8.1.5. Великие открытия
- •8.1.6. Кризис в физике на рубеже веков
- •8.2.Астрономия
- •8.2.1. Триумф ньютоновской астрономии и... Первая брешь в ней
- •8.2.2. Формирование астрофизики: проблема внутреннего строения звезд
- •8.3. Биология
- •8.3.1. Утверждение теории эволюции ч. Дарвина
- •8.3.2. Становление учения о наследственности (генетики)
- •Часть вторая
- •9.1.2. Создание а. Эйнштейном специальной теории относительности
- •9.2. Создание и развитие общей теории относительности
- •9.2.1. Принципы и понятия эйнштейновской теории гравитации
- •9.2.2. Экспериментальная проверка общей теории относительности
- •9.2 3. Современное состояние теории гравитациии ее роль в физике
- •9.3. Возникновение и развитие квантовой физики
- •9.3.1. Гипотеза квантов
- •9.3.2. Теория атома и. Бора. Принцип соответствия
- •9.3.3. Создание нерелятивистской квантовой механики
- •9.3.4. Проблема интерпретации квантовой механики. Принцип дополнительности
- •9.4. Методологические установки неклассической физики
- •10. Мир элементарных частиц
- •10.1. Фундаментальные физические взаимодействия
- •10.1.1. Гравитация
- •10.1.2. Электромагнетизм
- •10.1.3. Слабое взаимодействие
- •10.1.4. Сильное взаимодействие
- •10.1.5. Проблема единства физики
- •10.2. Классификация элементарных частиц
- •10.2.1. Характеристики субатомных частиц
- •10.2.2. Лептоны
- •L0.2.3.Адроны
- •10.2.4. Частицы - переносчики взаимодействий
- •10.3. Теории элементарных частиц
- •10.3.1. Квантовая электродинамика
- •10.3.2. Теория кварков
- •10.3.3. Теория электрослабого взаимодействия
- •10.3.4. Квантовая хромодинамика
- •10.3.5. На пути к Великому объединению
- •Современная астрономическая картина мира
- •11. Особенности астрономии XX в.
- •11.1. Изменения способа познания в астрономии хх в.
- •11.2. Новая астрономическая революция
- •11.3. Солнечная система
- •11.3.1. Планеты и их спутники
- •11.3.2. Строение планет
- •11.3.3. Происхождение планет
- •11.3.4. Химический состав вещества во Вселенной
- •11.4. Звезды
- •11.4.1. Звезда - газовый шар
- •11.4.2. Эволюция звезд: звезды от их «рождения» до «смерти»
- •11.5. Острова Вселенной: галактики
- •11.5.1. Общее представление о галактиках и их изучении
- •11.5.2. Наша Галактика - звездный дом человечества
- •11.5.3. Межзвездная среда
- •11.5.4. Понятие Метагалактики
- •11.6. Вселенная в целом
- •11.6.1. Особенности современной космологии
- •11.7. Эволюция Вселенной
- •11.7.1. Модель горячей Вселенной
- •11.7.2. Большой Взрыв: инфляционная модель
- •11.7.3. Первые секунды Вселенной
- •11.7.4. От первых минут Вселенной до образования звезд и галактик
- •11.7.5. Образование тяжелых химических элементов
- •11.7.6. Сценарии будущего Вселенной
- •11.8. Жизнь и разум во Вселенной: проблема внеземных цивилизаций
- •11.8.1. Понятие внеземных цивилизаций. Вопрос об их возможной распространенности
- •11.8.2. Типы контактов с внеземными цивилизациями
- •11.8.3. Поиски внеземных цивилизаций
- •11.9. Методологические остановки «неклассической» астрономии XX в.
- •Современная биологическая картина мира
- •12. Особенности биологии XX в.
- •12.1. Век генетики
- •12.1.1. Хромосомная теория наследственности
- •12.1.2. Создание синтетической теории эволюции
- •12.1.3. Революция в молекулярной, биологии
- •12.1.4. Методологические установки современной биологии
- •13. Мир живого
- •13.1. Особенности живых систем
- •13.1.1. Существенные черты живых систем
- •13.1.2. Основные уровни организации живого
- •13.2. Возникновение жизни на Земле
- •13.2.1. Развитие представлений о происхождении жизни
- •13.2.2. Возникновение жизни
- •13.3. Развитие органического мира
- •13.3.1. Основные этапы геологической истории Земли
- •Геологические эры Земли:
- •13.3.2. Начальные этапы эволюции жизни
- •13.3.3. Образование царства растений и царства животных
- •13.3.4. Завоевание суши
- •13.3.5. Основные пути эволюции наземных растений
- •13.3.6. Пути эволюции животных
- •14. Возникновение человека и общества (антропосоциогенез)
- •14.1. Естествознание XVII— первой половины xiXв. О происхождении человека
- •14.2. Предпосылки антропосоциогенеза
- •14.2.1. Абиотические предпосылки
- •14.2.2. Биологические предпосылки
- •14.3. Возникновение труда
- •14.3.1. «Человек умелый»
- •14.3.2. Развитие древнейшей техники человека
- •14.4. Становление социальных отношений
- •14.4.1. Биологические предпосылки социальных отношений
- •14.4.2. Возникновение разделения труда
- •14.5. Генезис сознания и языка.
- •14.5.1. Раскрытие тайны происхождения сознания
- •14.5.2. Генезис языка
- •Часть третья естествознание на порогеXxIв.
- •15. Теория самоорганизации (синергетика)
- •15.1. От моделирования простых систем к моделированию сложных
- •15.2. Характеристики самоорганизующихся систем
- •15.2.1. Открытость
- •15.2.2. Нелинейность
- •15.2.3. Диссипативность
- •15.3. Закономерности самоорганизации
- •16. Глобальный эволюционизм
- •17. На пути к постнеклассической науке XXI в.
- •Заключение Наука и будущее человечества Естествознание как революционизирующая сила цивилизации
- •Наука и квазинаучные формы духовной культуры
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Терминологический словарь
- •Именной указатель
- •Основные сокращения и обозначения
- •Соотношения между некоторыми физическими величинами
- •Содержание
- •1. Накопление рациональных знаний в системе первобытного сознания 12
- •2. Наука в цивилизациях древности 20
- •3. Создание первой естественно-научной картины мира в древнегреческой культуре 39
- •4. Естествознание в эпоху средневековья 64
- •5. Познание природы в эпоху возрождения 75
- •6. Научная революция XVII в.: возникновение классической механики 83
- •7. Естествознание XVIII -первой половины XIX в. 93
- •8. Естествознание второй половины XIX в.: на пути к новой научной революции 122
- •9. Научная революция в физике начала XX в.: возникновение релятивистской и квантовой физики 135
- •10. Мир элементарных частиц 149
- •11. Особенности астрономии XX в. 163
- •12. Особенности биологии XX в. 191
- •13. Мир живого 194
- •14. Возникновение человека и общества (антропосоциогенез) 209
- •15. Теория самоорганизации (синергетика) 224
- •16. Глобальный эволюционизм 228
- •17. На пути к постнеклассической науке XXI в. 229
8.3.2. Становление учения о наследственности (генетики)
Истоки знаний о наследственности весьма древние. Наследственность как одна из существенных характеристик живого известна очень давно, представления о ней складывались еще в эпоху античности. Долгое время вопрос о природе наследственности находился в ведении эмбриологии, в которой вплоть до XVII в. господствовали фантастические и полуфантастические представления.
Во второй половине XVIII в. учение о наследственности обогащается новыми данными — установлением пола у растений, искусственной гибридизацией и опылением растений, а также отработкой методики гибридизации. Одним из основоположников этого направления является И.Г. Кельрейтер, тщательно изучавший процессы оплодотворения и гибридизации. Он открыл явление гетерозиса — более мощного развития гибридов первого поколения, которое он не мог правильно объяснить. Опыты по искусственной гибридизации растений позволили опровергнуть концепцию преформизма. В этом отношении ботаника оказалась впереди зоологии.
Во второй половине XVIII — начале XIX в. наследственность рассматривалась как свойство, зависящее от количественного соотношения отцовских и материнских компонентов. Считалось, что наследственные признаки гибрида являются результатом взаимодействия отцовских и материнских компонентов, их борьбы между собой, а исход этой борьбы определяется количественным участием, долей того и другого. Так, например, Т.Э. Найт наблюдал доминирование признаков гибридов в опытах по искусственному скрещиванию рас гороха.
В первой половине XIX в. стали складываться непосредственные предпосылки учения о наследственности и изменчивости — генетики. Качественным рубежом здесь, по-видимому, оказались два события. Первое — создание клеточной теории. Старая (философская, идущая от XVIII в.) идея единства растительного и животного миров должна была получить конкретно-научное выражение в форме теории, которая базируется на том, что инвариантные характеристики органического мира должны иметь свое морфологическое выражение, проявляться в определенной структурной гомологии организмов. Второе событие — выделение объекта генетики, т.е. явлений наследственности как специфической черты живого, которую не следует растворять в множестве свойств индивидуального развития организма. Такой подход сформулирован у О. Сажрэ и в полной мере получил свое развитие в творчестве Г. Менделя.
Создание клеточной теории было важнейшим шагом на пути разработки научных воззрений на наследственность и изменчивость. Познание природы наследственности предполагало выяснение вопроса, что является универсальной единицей структурной организации растительного и животного миров. Ведь инвариантные характеристики органического мира должны иметь и свое структурное выражение. Фундаментальной философской идеей, которая привела к открытию клетки, была идея единства растительного и животного (миров; она пробивала себе дорогу в общественном сознании еще в XVII в., начиная с трудов Р. Декарта, Г.В. Лейбница, а позже — французских материалистов XVIII в., особенно Д. Дидро, Ж. Ламетри и др. Как четкий ориентир для биологических исследований она была сформулирована К.Ф. Вольфом, Л. Океном, Ж. Бюффоном, И.В. Гете, Э. Жоффруа Сент-Илером и др.
Следующий шаг на этом пути состоял в том, чтобы от общей идеи единства органического мира прийти к выводу, что такое единство должно иметь свое морфологическое выражение, проявляться в определенной структурной гомологии организмов. Именно в этом направлении работали многие ученые (П.Ж. Тюрпен, Я. Пуркине, Г. Валентина, А. Дютроше и др.), но только Т. Шванну удалось окончательно прояснить данный вопрос. Трудность состояла в том, что растительные и животные клетки, с одной стороны, а также клетки разных тканей животных — с другой, выглядят мало похожими друг на друга, если использовать те приборы, которые были в распоряжении биологов начала XIX в. Сходным и легко различимым элементом всех клеток является ядро. Мысль об этом сформулировал М. Шлейден. Опираясь на нее, Т. Шванн разработал основные положения своей клеточной теории. В основе ее лежало утверждение, что клеткообразование — универсальный принцип развития организма или, как писал Шванн, «всем отдельным элементарным частицам всех организмов свойствен один и тот же принцип развития» *. Таким образом, клетка была выделена как универсальная инвариантная единица строения организма.
* Шванн Т. Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений. М.; Л., 1939. С. 79.
Ближайшим следствием из основ клеточной теории стало представление, в соответствии с которым процесс клеткообразования регулируется каким-то единым, универсальным механизмом, за которым скрывается загадка наследственности и изменчивости. Указание на существование такого механизма, по сути, являлось первым шагом на пути выделения качественно своеобразной предметной области учения о природе наследственности. Другими словами, создание клеточной теории позволяло «выйти» на объект генетики.
Особое место в истории учения о наследственности занимает творчество О. Сажрэ. Заслуга его в том, что он первый в истории учения о наследственности начал исследовать не все, а лишь отдельные признаки скрещивающихся при гибридизации растений. На этой основе (изучая гибридизацию тыквенных) он приходит к выводу, что неверна старая точка зрения, будто признаки гибрида всегда есть нечто среднее между признаками родителей. Признаки в гибриде не сливаются, а перераспределяются. Сажрэ писал: «Итак, мне представляется в конце концов, что обычно сходство гибрида с обоими родителями заключается не в тесном слиянии различных свойственных им в отдельности признаков, а, скорее, в распределении, равном или неравном, этих признаков» *. Иначе говоря, он первым понял корпускулярный, дискретный характер наследственности и выделил наследственность как специфический объект познания, отличный от процесса индивидуального развития организма, разграничил предмет генетики (как учения о наследственности) от предмета эмбриологии и онтогенетики (как учений об индивидуальном развитии организма). С работ Сажрэ начинается собственно научная генетика.
* Мендель Г.. Нодэн Ш„ Сажрэ О. Избранные работы. М., 1968. С. 63.
Вторая половина XIX в. — период не только создания теории естественного отбора, но и особенно бурного развития других важнейших отраслей биологической науки — эмбриологии (К. Бэр), цитологии (М. Шлейден, Т. Шванн, Р. Вирхов, Г. Моль и др.), физиологии (Г. Гельмгольц, Э. Дюбуа-Реймон, К. Бернар); тогда же были заложены основы органической химии (Ф. Велер, Ю. Либих, М. Бертло), получены существенные результаты в области гибридизации и явлений наследственности (Ш, Нодэн, Г. Мендель) и др.
Среди важнейших открытий данного периода можно указать следующие: описание митотического деления клеток и особенностей поведения хромосом (И.Д. Чистяков, Э. Страсбургер и др., 1873— 1875); установление того, что первичное ядро зародышевой клетки возникает путем слияния ядер сперматозоидов и яйцеклетки (О. Гертвиг, Г. Фоль, 1875—1884); открытие продольного разделения хромосом и его закономерностей — образование веретена, расхождение хромосом к полюсам и проч. (В. Флемминг, 1888); установление закона постоянства числа хромосом для каждого вида (Т. Бовери, Э. Страсбургер, 1878); установление того, что в половых клетках содержится половинный набор хромосом по сравнению с соматическими клетками (Э. ван Бенеден, 1883); описание процесса майоза и объяснение механизма редукции числа хромосом (В. И. Беляев, О. Гертвиг, 1884) и др.
Важнейшим событием в генетике XIX в. было формулирование Г. Менделем его знаменитых законов. Развивая идеи, содержавшиеся в работах Сажрэ, Мендель рассматривал не наследуемость всех признаков организма сразу, а выделял наследуемость единичных, отдельных признаков, абстрагируя эти признаки от остальных, удачно применяя при этом вариационно-статистический метод, демонстрируя эвристическую мощь математического моделирования в биологии. Открытие Менделем закономерностей расщепления признаков показало, что возникающие у организмов рецессивные мутации не исчезают, а сохраняются в популяциях в гетерозиготном состоянии. Это устранило одно из самых серьезных возражений против дарвиновской теории эволюции, которое было высказано английским инженером Ф. Дженкином, утверждавшим, что величина полезного наследственного изменения, которое может возникать у любой особи, в последующих поколениях будет уменьшаться и постепенно приближаться к нулю.
Открытие Менделя опередило свое время. Новаторское значение открытых им законов наследственности не было оценено современниками: в сознании биологов еще не созрели необходимые предпосылки научного учения о наследственности; они сложились лишь в начале XX в.