ЛЕКЦИЯ 1

ПРЕДМЕТ, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ, МЕТОДЫ, БИР

Биология индивидуального развития (БИР) – наука, предметом которой является онтогенез ( onthos– сущее, genesis – развитие).

Онтогенез – индивидуальное развитие особи, вся совокупность преобразований от зарождения (оплодотворения яйцеклетки, начала самостоятельной жизни вегетативного органа, деление материнской одноклеточной особи) до конца жизни (смерть или новое деление). Понятие «онтогенез» введено Э. Геккелем в 1866 году.

Начало разработки проблем БИР – 70-80-е годы XIX века, когда на основе успехов сравнительной и эволюционной эмбриологии зародились методы и основные тенденции современной биологии развития.

В начале XX века создан фундамент всех тех областей экспериментальной эмбриологии, цитологии, генетики, биохимии, иммунологии, которые легли в основу БИР. В дальнейшем объединению этих наук способствовал бурный прогресс молекулярной биологии.

Так как БИР по сути своей является синтетической наукой, возникают трудности в определении ее целей, задач и методов.

Главная цель БИР – создание единой теории ОГ и разработка способов управления им.

БИР использует все известные общие научные методы: описательный, сравнительный, экспериментальный, системный, и каждый из них имеет свои задачи.

Общие методы БИР

1. Описательный (анализ) – метод научного исследования, сутью которого является разложение предмета на составные части.

2. Сравнительный (синтез фактов) – соединение полученных при анализе частей в нечто целое: рождение новых гипотез, теорий и законов.

3. Экспериментальный (анализ и «опытный синтез») – проверка теоретических построений в эксперименте.

4. Системный (анализ и синтез с использованием фактов и закономерностей, установленных в смежных областях знаний) – обобщение не на уровне отдельных наук, а на общенаучном).

ОПИСАТЕЛЬНЫЙ МЕТОД

На начальном этапе существования эмбриологии это был единственный метод изучения развития живых организмов (описательная эмбриология). Исследователей интересовало, прежде всего, как идет развитие.

С достижениями описательного метода в области эмбриологии вы довольно подробно знакомились в курсе зоологии. Например, явление «извращения» зародышевых пластов у губок, появление зачатка мезодермы у гребневиков, участие в формировании тела взрослого червя как ларвальных, так и постларвальных сегментов у кольчецов, сворачивание нервной трубки у позвоночных, развитие зародышевых оболочек у амниот и так далее – всю эту важнейшую информацию невозможно получить иначе, как путем тщательного наблюдения и подробного описания происходящих процессов.

В настоящее время сформировалось ошибочное убеждение в том, что описательный метод утратил свою актуальность и является неким анахронизмом, свидетельствующим о недостаточном развитии науки, которая его использует. На самом деле это не так, хотя бы в связи с громадным видовым разнообразием животного царства. На сегодняшний день изучено развитие лишь ничтожной части видов животных, и обобщения, сделанные на основе имеющихся данных, возможно далеко не соответствуют реальной картине. Так, широко распространено представление о том, что типичные сперматозоиды обязательно являются жгутиковыми, однако накапливающиеся данные позволяют в этом усомниться (в частности, у некоторых видов мормировых рыб из Нила недавно обнаружены амебоидные сперматозоиды). Таким образом, роль описательного метода ни в коей мере не утрачена и на современном этапе развития БИР, так как его основная задача – получение новых фактов, описание развития как можно большего числа видов животных (причем не только в масштабах целого организма, но и на клеточном и молекулярном уровнях), в обозримом будущем недостижима.

Сравнительный метод

Накопив достаточное количество фактов, можно приступать к их сравнению, причем делать это, как сравнивая развитие ныне существующих видов, так и в рамках разных временных периодов. Сравнительный метод используется сравнительно-эволюционной эмбриологией. Ее задачи:

– изучение онтогенеза больших систематических групп животных с использованием сравнительного принципа;

– обобщение данных систематики и выявление общих черт в развитии всех организмов, разработка на их основе новых понятий и законов;

– разработка моделей, описывающих эмбриональное развитие больших групп организмов и объясняющих их сходство во взрослом состоянии;

– синтез идей эмбриологии и теории эволюции, разработка концепций о путях развития животного мира.

Все эти задачи могут быть сведены к важнейшей – установление причин развития. Таким образом, сравнительный метод позволяет ставить вопрос: почему идет развитие ?

До появления сравнительного метода господствовал теологический (гр. theos – бог) принцип объяснения причин развития: развитие определяется божественным промыслом, т.е. сверхестественной причиной. Следующие вопросы отпадали сами собой: пути господни непостижимы для смертных.

В начале становления сравнительного метода причину развития стали искать в естественном ходе вещей. Утвердился телеологический (гр. teleos – цель) принцип: развитие органа объясняется функцией, которую он будет выполнять в будущем. Объяснения типа «орган существует (или развивается) для того, чтобы….» изобилуют и в современных учебниках. Для телеологического принципа характерна следующая особенность отношений между причиной и следствием: причина идет после следствия: настоящее детерминировано (предопределено) будущим.

Затем он сменился филогенетическим принципом: развитие идет согласно плану строения организма, который сформировался в ходе длительной эволюции. Временные отношения между причиной и следствием здесь принципиально иные: настоящее (и будущее) детерминированы крайне отдаленным прошлым. Результатом господства филогенетического принципа стал глубокий теоретический кризис, который способствовал становлению в эмбриологии экспериментального метода. (Достижения сравнительно-эволюционной эмбриологии и причины теоретического тупика изучаются самостоятельно при подготовке конспектов).

Экспериментальный метод

В БИР представлен экспериментальной эмбриологией, которая зародилась в 70-80-е годы XIX века. Основоположники экспериментальной эмбриологии, видя невозможность с помощью филогенетического принципа установить причины развития (причиной онтогенеза объявлялся филогенез, а его причины оставались загадкой), ограничились поиском непосредственных, ближайших причин развития, то есть занялись его механизмами. В рамках экспериментального метода, прежде всего, немецкая школа эмбриологов (В. Гис, В, Ру и др.) стала использовать принцип причинно-следственных связей = механистического детерминизма = каузально-аналитический (от лат. causa – причина), применение которого уже привело к значительному совершенствованию неорганические науки (физику и химию). Его суть: будущее детерминировано настоящим, а оно – прошлым. Развитие стало рассматриваться как цепь причин и следствий, при этом причина всегда возникает раньше следствия.

Выяснение непосредственных причин развития происходило в рамках экспериментов, в ходе которых зародыши либо помещались в строго контролируемые условия с изменением одного или нескольких параметров, либо подвергались строго дозируемым манипуляциям, например, частичному или полному разрушению, а затем наблюдали, как это скажется на процессе развития. Такое экспериментальное расчленение системы на причинно­­-следственные блоки характерно и для неорганических наук. Эти эксперименты легко воспроизводились в лабораторных условиях, во многих (но не во всех) случаях их результаты отличались устойчивой воспроизводимостью, что сближало эмбриологические эксперименты с физическими и химическими. Направление, которое применяло этот принцип, стало именоваться механикой развития. Зародыш рассматривался как некий механизм, который реагирует на те или иные воздействия строго определенным, предсказуемым образом, как это делает любая механическая система. (Более подробно познакомиться с механикой развития следует самостоятельно при подготовке конспектов).

В настоящее время этот метод является в эмбриологии господствующим. Выделяют две большие группы исследователей: классических эмбриологов-микрохирургов, с работ которых и началась механика развития, и эмбриологов-молекулярных биологов, которые используют самые современные методы исследования процессов онтогенеза.

В рамках экспериментального метода получены выдающиеся результаты, имеющие фундаментальное значение не только для БИР, но и для всей биологии в целом. К ним относятся, например, открытие явлений эмбриональной регуляции Дришем (способность зародыша компенсировать отсутствующую часть и развиваться в норме) и эмбриональной индукции Шпеманом (влияние одних частей зародыша на другие), масштаб которых соответствует открытию законов Ньютона в физике.

Разработан целый спектр разнообразных частных методов, которые позволяют решать не только теоретические, но и важнейшие прикладные задачи БИР.

ЧАСТНЫЕ МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЭМБРИОЛОГИИ