Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

"ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ БИОЛОГИИ

И БИОФИЗИКИ"

Учебное пособие

Красноярск

2008

УДК

Учебное пособие «История и методология биологии и биофизики» / Кратасюк В.А., Суковатая И.Е., Немцева Е.В., Есимбекова Е.Н., Свидерская И.В. , Красноярск, СФУ, 2008, 613 стр.

Авторы:

Кратасюк В.А., Суковатая И.Е., Немцева Е.В., Есимбекова Е.Н., Свидерская И.В., Сапожников В.А., Барцев С.И., Межевикин В.В., Сетков Н.А., Пахарькова Н.В.

Организационно-методические указания по освоению дисциплины «История и методология биологии и биофизики» разработаны специалистами Сибирского федерального университета и Института биофизики СО РАН.

Указания составлены в соответствии с проектом Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования 3-го поколения.

В организационно-методических указания по освоению дисциплины «История и методология биологии и биофизики» описана последовательность действий студента, фактически сценарий изучения курса, в котором даются рекомендации по порядку изучения разделов и тем и работе над ними, в том числе и при самостоятельном освоении курса.

Предназначено для очного, очно-заочного и заочного обучения студентов, том числе с применением дистанционных образовательных технологий, по направлениям подготовки магистров 010701.68 – физика и дипломированных специалистов (интегрированный магистр) - 010701.65 – физика, 010708.65 – биохимическая физика.

Введение

Дисциплина "История и методология биологии и биофизики" играет объединяющую и централизующую роль в системе биологических и физических дисциплин, составляющих основное содержание современной биофизики. Этот курс призван также установить взаимосвязь между естественнонаучными и гуманитарными предметами, помочь студентам, выполняющим свою научную работу, овладеть методологией научного творчества.

В рамках методологической части курса дается развернутое определение биофизики, характеризующее специфику и место этой науки среди других естественных наук, рассматриваются важнейшие понятия и модели, используемые в главных биологических и физических дисциплинах, и их отражение в системе подходов и методов, используемых в биофизике. Методология биофизики не является разделом философии и по сути дела не имеет прямого отношения к последней, это часть биологии и физики, соотнесенная с общей методологией естествознания. При этом биофизика не является простой суммой биологии и физики, а имеет свою хорошо развитую методологию.

Основная задача исторической части курса состоит в том, чтобы представить формирование биофизических понятий на основе исторического развития биологии, физики и химии и во времени, и в пространстве (кроме истории здесь подразумевается и ее "география"). Последовательная смена естественнонаучных представлений о мире, создание картины мира – эти центральные стержневые темы – основывается на фактах, датах, именах, представленных в истории биологии. Одной из целей курса является тщательный подбор фактического материала, стремление к отражению лишь капитальных обстоятельств истории, включение только тех данных, которые необходимы для убедительного изложения основных идей. В то же время обстоятельно представлены биографии величайших биофизиков, биологов и физиков прошлых веков и настоящего времени, тех, кто определил магистральные направления развития науки. Для того, чтобы их имена и заслуги, биографические сведения запомнились студентам им представляется возможность самостоятельно подготовить презентации о великих ученых, провести исторический анализ отдельных отраслей биофизики и биологии вплоть до современности для понимания неразрывной связи прошлого и настоящего науки и практической ценности предмета. Презентации и новые материалы, подготовленные студентами, будут способствовать постоянному расширению и совершенствованию курса.

Главное место в курсе (по значимости и по объему) занимает история биологии и биофизики. Изложение вопросов истории и методологии опирается на конкретные факты и обобщения, которые рассматриваются через призму современных представлений. Каждому образованному естествоиспытателю, инженеру, преподавателю, конечно же, необходимо знать основные исторические факты, относящиеся к области его деятельности. Однако биофизика находится в этом отношении в особой позиции. Индуктивный, эмпирический характер этой науки неизбежно приводит к сосуществованию в ней весьма различных, а иногда и исключающих друг друга теоретических представлений, причем появление новых, более строгих подходов далеко не всегда отменяет активное использование старых упрощенных моделей. Историческая картина рождения, расцвета и девальвации научных концепций в биологии, физике и химии очень помогает разобраться в сложном конгломерате воззрений, сосуществующих в современной науке.

Дисциплина «История и методология биологии и биофизики»» относится к циклу М.3. - профессиональный цикл, профильная (вариативная) часть, по направлению «010700 физика» укрупненной группы «010000 физико-математические науки» и имеет своей целью расширить и углубить знания студентов по вопросам истории и методологии науки вообще, и биологии и биофизики, в частности, обучить из научному проектированию и научному методу.

Задачи изучения дисциплины заключаются в освоении научной методологии биологии и биофизики, рассмотрении с позиций методологии науки всех периодов развития биологии и биофизики:

• от протознания к естественной истории (от первобытного общества к эпохе Возрождения);

• от естественной истории к современной биологии (биология Нового времени до середины XIX в.) ;

• становление и развитие современной биологии (с середины XIX в. до начала XXI в.).

Изучение дисциплины направлено на подготовку выпускника в области основ естественнонаучных знаний, получение высшего углубленного профессионального образования, позволяющего выпускнику успешно работать в избранной сфере деятельности, обладать следующими универсальными и предметно-специализированными компетенциями, способствующими его социальной мобильности и устойчивости на рынке труда:

а) универсальными:

– углубленными научными компетенциями (УНК): углубленные знания в области математики и естественных наук (УНК-1);

- системными компетенциями (СК): способность порождать новые идеи (креативность) (СК-1);

б) профессиональными:

– углубленными профессиональными компетенциями (в соответствии с видами деятельности) (УПК), а именно:

1). научно-исследовательская деятельность: свободное владение фундаментальными разделами физики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач в соответствии со своей магистерской программой по биологии и биофизике (УПК-1);

2). способность использовать знания современных проблем биологии и физики, новейших достижений в своей научно-исследовательской деятельности (УПК-3);

– профессионально-профилированными компетенциями:

1). способность самостоятельно ставить конкретные задачи научных исследований в области биологии и физики в соответствии с профилем магистерской программы по биофизике и решать их с помощью современной аппаратуры, оборудования и информационных технологий с использованием новейшего отечественного и зарубежного опыта (ППК-1);

2). способность и готовность применять на практике навыки составления и оформления научно-технической документации, научных отчетов, обзоров, докладов и статей в соответствии с профилем магистерской программы по биофизике (ППК-2).

Для успешного освоения предлагаемого курса в полном объеме необходимо предварительное изучение курсов «Биология», «Биохимия», «Молекулярная биология и генная инженерия», «Физиология человека и животных», «Физико-химические методы анализа биологических объектов», «Регуляция метаболизма», «Биофизика», «Биофизика наземных и водных экосистем», «Математическая биофизика», «Физико-химические механизмы ферментативного катализа», «Фотобиофизика», «Биофизика популяций», «Биофизика сложных систем», «Физические принципы биологической эволюции». Курс «История и методология биологии и биофизики» служит основой для освоения студентами таких дисциплин как «Современные проблемы биофизики», «Избранные главы биофизики» и др., а также в подготовке дипломных работ и магистерских диссертаций по биологии и биофизике. Курс готовит магистрантов к поступлению в аспирантуру, так как одним из условий успешного завершения аспирантуры является сдача кандидатского экзамена по курсу «История и философия науки».

Глава 1. Методология биологии и биофизики

1.1. Предмет и основные задачи курса истории науки

История биологии отражает процесс последовательного накопления знаний об органическом мире и его развитии, о законах органической жизни и способах управления биологическими процессами в интересах человека. Отсюда вытекает тесная связь истории биологии как отрасли знания с самой биологией. Но в отличие от науки биологии, где главным является результат, история науки должна раскрыть не только результат, но и процесс получения новых знаний, то есть исследовать пути и логику накопления знаний об органическом мире, процессы зарождения, развития и преобразования теорий и методов биологии, место и роль этих теорий, гипотез и методов в истории познания биологических явлений и закономерностей. Биологию как науку нельзя свести к простой сумме составляющих ее отраслей, также как и история биологии не может быть сведена к сумме историй развития этих отраслей. История биологии все дальше отходит от простого описания событий и фактов (хотя изучение конкретных фактов остается в ней, как и в любой другой науке, основой, исходным пунктом) и все больше становится формой критического анализа путей и методов познания жизни, своеобразной формой научной критики, значение которой в нашу эпоху бурного развития науки становится особенно велико. Этим история науки служит современности, и этим объясняется все возрастающий интерес среди биологов всего мира к истории биологии.

Наука, история науки и науковедение – сильно различающиеся между собой по предмету исследования науки.

Современные историко-научные и науковедческие исследования словно поставили своей целью раскрыть глубину замечательной метафоры Лазаря Карно: “Науки подобны величественной реке, по течению которой легко следовать после того, как оно приобретает известную правильность; но если хотят проследить реку до ее истока, то его нигде не находят, потому что его нигде нет, в известном смысле источник рассеян по всей поверхности земли.”

Попробуем рассмотреть предмет и задачи истории биологии.

1. Источником формирования новых научных теорий является столкновение старых теорий с новым фактическим материалом, и потому одной из основных задач курса является задача отобрать из всего колоссального многообразия фактов, имен и событий то, что характеризует магистральную линию развития науки о жизни и одновременно раскрывает характер и уровень конкретных биологических знаний и представлений определенной эпохи, т.е. фактический материал, которым располагала та или иная эпоха и на основе которого складывались, развивались и преобразовывались ведущие концепции биологии.

На рисунке 1.1 представлена схема общего хода развития науки, на которой плоскости а, б, в, г и т.д. отражают последовательные ступени ее развития. После того, как в данной науке сложились определенные методы исследования и создана теория, обобщившая и систематизировавшая накопленные факты, эти методы или теория находят довольно широкое применение в различных областях науки и практики. По мере накопления новых данных на каком-то участке этой плоскости, большей частью в результате обнаружения фактов, не укладывающихся в рамки существующей теории, начинает возникать новое направление поиска и происходит скачок, переход к изучению явления с новой стороны, в новом аспекте. Как правило, такой скачок осуществляется тогда, когда открывается новый метод исследования. Это, так сказать, ароморфозы в развитии науки, узловые моменты в ее истории, знаменующие революционные преобразования в ней и переход исследований в новую плоскость, на новый уровень. Затем известное время продолжается изучение новых объектов с помощью прежних методов и теорий и расширение сферы их применения в практике, что отражено в схеме продолжением плоскостей а, б, в, г после возникновения точек скачка А, Б, В, Г. Изучение истории биологии показывает, что длительность периодов плавного развития до очередного скачка, чем ближе мы приближаемся к нашему времени, сокращается. Тот путь, который выражается в предложенной схеме плоскостями а, б, в, г может быть назван экстенсивным, а выраженный линиями подъема А, Б, В, Г - интенсивным.

Рис. 1.1. Схема общего хода развития науки [3]: а, б, в, г - экстенсивный путь развития науки; А, Б, В, Г - интенсивный путь развития науки.

Общая схема развития науки реализуется в концепции каждой из моделей европейской науки: донаучной, греческой, схоластической (характерной для эпохи средневековья), механистической (время создания классической физики), статистической (время создания основных классических наук), системной (концепция модели сводится к существованию единственно правильного решения) и, наконец, современная диатропическая модель, которая предполагает существование нескольких отличающихся взглядов на решение проблемы и множественность правильных решений).

Второй задачей курса является рассмотрение теории и истории познания, то есть раскрытие логики развития, закономерностей прогресса знаний, понимание того как, благодаря чему были достигнуты успехи биологической науки.

Курс предполагает также раскрытие исторической обусловленности основных этапов развития биологии, ее достижений.

И здесь необходимо рассмотреть факторы, определяющие развитие науки вообще. Среди них важнейшими являются:

а). Потребности общественного производства и производственная деятельность людей, стимулирующая их к познанию.

б). Влияние социальных условий, то есть политические и идеологические условия в обществе, культурно-исторические традиции, интеллектуальный климат и т.п. Знание социальных условий очень важно для понимания особенностей развития науки в той или иной стране в ту или иную эпоху, при этом следует учитывать, что упомянутые факторы являются производными от материальных условий жизни общества, развития общественного производства.

Один из разделов истории биологии имеет дело с ролью личности ученого, чертами его характера и неповторимого психологического склада, своеобразием исследовательских подходов, мотивацией творчества, соотнесением личности ученого с результатами его творческой деятельности. На стыке истории науки и психологии зародилась специальная отрасль исследования – психология науки.

В судьбе ученого интересно все – как он выбирал цель исследования, что он превозмогал в себе, с кем сотрудничал, что читал, каковы его способы анализа и острота интуиции, какие вопросы он задавал себе, природе, людям, как он ошибался и как он шел к открытию и каким стал миг его торжества. Известный в нашей стране и за рубежом академик Н. Семенов писал: «У настоящего ученого занятие наукой является непреодолимой потребностью, более того, подлинной страстью, которая всегда романтична».

Наиболее революционизирующими моментами в развитии науки является возникновение новых методов исследования, с которыми всегда сопряжено появление новых концепций и взглядов, интенсификация исследований в новых научных направлениях, переход к новой, более высокой ступени познания.

Можно привести множество примеров из разных областей биологии. Например, изобретение микроскопа открыло новый мир живых существ. Следующей ступенью было открытие методов окраски препаратов и серийных срезов, затем прижизненная окраска и прижизненное наблюдение, наконец, принципиально новый метод – электронная микроскопия. Каждый из этих методов знаменовал собой последовательные ступени углубления знаний о микроорганизмах и микроскопических, а затем ультрамикроскопических структурах в организме. Параллельно расширялось применение прежних методов к изучению все новых объектов.

Подобный пример можно привести из эмбриологии животных. Разработка Х.И. Пандером и К. М. Бэром метода наблюдения за развитием куриного эмбриона привела к открытию зародышевых листков, установлению того факта, что развитие идет путем дифференциации более простых закладок, а применение К.Бэром сравнительного метода позволило ему сформулировать учение об основных типах развития. Все это подняло эмбриологию на новую ступень, создало предпосылки для возникновения сравнительной эмбриологии. Следующим шагом было появление сравнительной и эволюционной эмбриологии в результате применения А.О. Ковалевским и И.И. Мечниковым эволюционного принципа (исторического метода) в эмбриологии. Однако и после возникновения этого направления многие эмбриологи еще долгое время руководствовались методом К.Бэра, распространяя его на новые объекты. Следующую страницу в развитии эмбриологии открыло применение в ней экспериментального метода, а в самое последнее время – метода меченых атомов.

Глубокое воздействие эволюционной теории Ч.Дарвина на всю биологию определилось утверждением в ней исторического метода изучения биологических явлений.

Хорошо известны слова К.А.Тимирязева о том, что всеми своими достижениями физиология XIX в. обязана применением к изучению явлений жизни физических и химических методов исследования.

Примерно с середины 40-х годов прошлого века начали быстро накапливаться данные о биохимических основах жизни. Наука стала проникать в область химических и физических процессов, протекающих в организме на молекулярном уровне. Начался бурный рост новых отраслей науки, стоящих на грани биологии, физики и химии, таких как биохимия, биофизика, радиобиология. Возникла молекулярная биология, которая теперь и преобразовывает все отрасли биологической науки.

Таким образом, если создание нового научного метода, как правило, связано с возникновением новых теоретических представлений, то открытие принципиально нового научного метода, в свою очередь, всегда вызывает перестройку установившихся теоретических представлений, а новая теория становится исходным пунктом пересмотра накопленного наукой материала, в том числе ее методов, и в этом смысле играет роль инструмента углубления знания (рис.1.1)

Следующей задачей курса «История и методология биологии» является изучение формирования научных представлений в определенной историческо-культурной среде. Наука была во все времена важнейшей компонентой социальной и культурной жизни. В свою очередь историческо-культурная среда существенно влияет на развитие науки, что подтверждают примеры открытий, относящихся к разным историческим примерам открытий. Влияние историко-культурной среды тесно связано с национальными особенностями развития науки в разных регионах и странах.

Известны примеры «прививки» западно-европейской традиции экспериментальных исследований развивающимся странам. Самая главная проблема при этом связана с незнанием успеха такой «пересадки». Различаются и возможности науки в различных регионах мира. Для культуры и общества, связавших свой путь развития с научно-техническим прогрессом, наука – важнейшая компонента социальной и культурной жизни. Для многих стран Азии и Африки, Латинской Америки вопрос о необходимости перенесения научной традиции в контекст национальной культуры, ''прививка'' западно-европейской традиции экспериментального исследования природы, критического рационального мышления, к автохтонным культурным традициям – это вопрос сложный, болезненный и ответственный. Но даже если государственные и общественные деятели данных регионов признают это перенесение и заимствование необходимым, встает вопрос о принципиальной возможности такой пересадки, такой культурной прививки.

Рассмотрение ''филиации'' научных идей в истории науки было принято дополнять историей социальных институтов науки – историей деятельности научных школ, обществ и учреждений, т.е. восстановлением определенного ''организационного'' контекста, в рамках которого порождались эти идеи.

Мало-помалу все более актуальным становилось исследование формирования национальных научных сообществ, а также культурной среды, в которой функционируют научные сообщества и порождаются определенные научные представления. Можно даже сказать, что некоторые направления современной истории науки и науковедения занимались и занимаются изучением окружающей науку ''среды'', а следовательно, - ''экологией науки''.

Мы используем словосочетание ''экология науки'' в несколько метаморфическом смысле, однако ныне широко распространенный термин ''экология'' позволяет достаточно точно и емко определить тот круг представлений, в рамках которых легко указать на новые исследовательские программы для истории науки и науковедения в целом.

Термин “экология культуры” ввел Д.С. Лихачев: “Экологию нельзя ограничивать только задачами сохранения природной биологической среды. Для жизни человека не менее важна среда, созданная культурой его предков и им самим. Сохранение культурной среды – задача не менее существенная, чем сохранение окружающей природы… Убить человека биологически может несоблюдение законов биологической эволюции, убить человека нравственно может несоблюдение законов экологии культурной.”

Петров М.К. писал: “Специфика текущего момента состоит в том, что до недавнего времени вопрос о возникновении науки волновал только малочисленную группу специалистов по истории и социологии науки. Теперь же это вопрос иного ранга. Многие страны, не имевшие ранее науки в наличном наборе социальных институтов, стараются сегодня привить ее на своей почве, видят в этом одно из условий перехода из “развивающегося” в “развитое” состояние. В процессе таких попыток накапливаются огромные массивы информации о строительстве науки и трудностях такого строительства, о том, что именно строится, как оно сочленяется в целое.”

Что может принести прививка например американской науки в какой-либо из стран Африки? Прививка науки осуществляется в процессе образования в рамках классических университетов, когда преподаватель является активно работающим ученым, и в общении со студентом невольно делает такую «прививку».

Можно обсудить вопрос является ли образование в университетах «прививкой науки студентам». При этом возникает масса методологических вопросов. На каком курсе имеет смысл студенту начинать заниматься научными исследованиями. Существуют 2 точки зрения. Одни считают, что для успешного включения в науку студенту необходимо получить сначала базовые знания на 1, 2 курсах, и только на 3 курсе приступить к выполнению первых научных исследований. Другие считают, что ранняя ориентация на научные исследования повышает мотивацию у студентов младших курсов для получения базовых знаний. Кроме того, возникает вопрос профессиональной ориентации. Понятно, что не всякий человек расположен к занятиям наукой и очень важно понять, какие из студентов предрасположены к научной работе.

Важно подчеркнуть, что появление науки как особого института – показатель социального и культурного развития всего общества. Экология науки – это изучение культурной среды, в которой формируется и живет ученый, изучение явных и неявных правил (предпочтений) выбора будущих профессий, традиций пользования книгами и др. источниками информации; это реконструкция явных или неявных представлений о смысле жизни, об отношениях с людьми – вне круга профессиональных обязанностей и с коллегами, определенное понимание общения, видение долга и ответственности человека перед людьми и обществом.