VII. Современные концепции биологии

В настоящее время в комплекс биологических наук входит множество частных биологических дисциплин, которые структурируются по нескольким основаниям:

• по объектам исследования в биологии выделяют вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию, антропологию и др.;

• по свойствам и проявлениям живого выделяют: морфологию – науку о строении живых организмов; физиологию – науку о функционировании живых организмов; молекулярную биологию – науку о микроструктуре живых тканей в клетке; генетику – науку о наследственности и изменчивости; экологию – науку об образе жизни растений, животных и человека в их взаимосвязи с окружающей средой и др.;

• по уровню организации исследуемых живых объектов выделяются: анатомия – наука о макроскопическом строении организмов; гистология – наука о строении тканей организма; цитология – наука о строении живой клетки и т.д.

В отличие от физики и химии биология еще не имеет собственной научной картины мира, но позволяет определиться с основными структурными уровнями жизни. Как правило, выделяют: атомарный, молекулярный, клеточный, тканевой, органный, онтогенетический (организменный), популяционный, видовой, биоценотический, биогеоценотический, биосферный уровни. По аналогии со структурой неживой природы можно выделить четыре основных уровня исследования жизни.

1. Молекулярно-генетический уровень – уровень белков, нуклеиновых кислот и связанных с ними процессов, на котором элементарными структурными единицами являются гены. На этом уровне исследуются механизмы передачи генной информации, наследственности, изменчивости, а также процессы эволюции и вопросы происхождения и сущности жизни.

2. Онтогенетический уровень – на этом уровне изучается жизнедеятельность отдельных биологических индивидов (прокариотов и эукариотов). Под онтогенезом понимают саморегулирующуюся иерархическую систему, определяющую согласованную реализацию наследственных признаков и функций, осуществляемых в пределах автономной живой особи.

3. Популяционно-биоценотический уровень – это надорганизменный уровень жизни, подразумевающий, что особи в природе не изолированы друг от друга, а объединены в различные биосистемы. Важнейшими такими системами являются:

- популяция – совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других особей своего вида. Сам вид существует только через популяции, представляющие генетически закрытые системы;

• биоценоз – сообщество организмов разных видов, населяющих определенную территорию. Биоценозы состоят из нескольких популяций.

4. Биосферный уровень – это надорганизменный уровень биогеоценозов живого вещества и биосферы земли. Биогеоценоз (экосистема) – взаимообусловленный комплекс живых и абиотических (неживых) компонентов, связанных между собой веществом и энергией. Живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов планеты, включая человека) и преобразованная им окружающая среда называется биосферой.

Современную научную картину мира во многом определяет глобальный эволюционизм, исторически сформировавшийся в биологии. Современная трактовка эволюции в биологии отождествляется с синтетической теорией эволюции (естественный отбор и генетика).

В работах Р. Фишера, Дж. Б. С. Холдейна, Н. П. Дубинина и др., с использованием генетических законов и математических методов была поставлена задача объяснения микроэволюции, т.е. элементарных процессов, приводящих к возникновению нового вида, и были получены первые результаты ее решения. Обобщения этих результатов и увязка их с достигнутыми успехами в понимании макроэволюции (эволюции, приводящей к изменению родов, отрядов), выполненные Дж. Хаксли, Ф. Добжанским, Н. В. Тимофеевым-Ресовским и др., позволили, обогатив дарвиновское учение новыми идеями, создать синтетическую теорию эволюции (СТЭ). Основные положения классической СТЭ перечислены ниже.

1. Каждый биологический вид имеет сложную, иерархическую структуру. Основная структурная единица вида – популяция.

2. Замкнутость и целостность вида поддерживаются его репродуктивной изоляцией: особи одного вида могут скрещиваться и давать потомство, особи разных видов - как правило, нет. При скрещивании происходит комбинирование генов родительских особей, благодаря чему внутри вида поддерживается общий поток генов.

3. Генофонд вида постоянно пополняется новыми генами, возникающими в результате мутации.

4. Помимо мутаций, генофонд популяции может изменяться благодаря колебаниям численности особей, приводящих к генетическому дрейфу.

5. Изменение генофонда вида благодаря мутациям и колебаниям численности - чисто случайный, ненаправленный процесс. Единственный направляющий фактор эволюции – естественный отбор.

6. Существуют различные формы отбора. Движущий отбор возникает вследствие изменения внешних условий и поощряет отклонения от нормы в определенном направлении. Разрывающий (дизруптивный) отбор возникает, когда особи с отклонениями от нормы как в одну, так и в другую сторону оказываются лучше приспособленными, чем особи со средними характеристиками. Стабилизирующий отбор отсевает отклонения от найденной в ходе эволюции оптимальной формы.

7. Наименьшая структурная единица живого, которая может эволюционировать, - популяция (а не особь). В качестве элементарного эволюционного процесса рассматривается не изменение анатомии и физиологии живого организма, а изменение генного состава популяции.

8. Эволюция носит дивергентный характер, т.е. в отличие от большинства организмов каждый вид происходит от единственного предкового вида. Сам же он может стать предком нескольких разных видов.

9. Макроэволюция, т. е. возникновение родов, отрядов и классов идет лишь путем микроэволюции – путем возникновения новых видов.

10. Эволюция непредсказуема и не имеет какой-либо конечной цели (нетелеологична).

Современная биосфера является результатом длительной эволюции всего органического мира и неживой природы нашей планеты. Для В. И. Вернадского было очевидным, что биосфера под влиянием разумной человеческой деятельности переходит в качественно новое состояние. Это новое состояние биосферы, преобразованной человеческой мыслью и трудом, он назвал ноосферой. Ее характеристикой является поддержание глобального равновесия системы на основе оптимального сочетания социально-исторических и естественно-природных законов. Из стихийного формирования ноосферы человечество должно осознать задачи и сознательно выработать стратегию и тактику ее дальнейшего развития. Вернадский сформулировал необходимые предпосылки для создания ноосферы:

1. Человечество стало единым целым;

2. Преобразование средств связи и обмена информацией;

3. Реальное равенство людей как необходимое условие ноосферы;

4. Поднятие общего уровня жизни и влияние народных масс на ход государственных и общественных дел;

5. Развитие энергетики, открытие и использование новых видов энергии для подъема уровня жизни;

6. Исключение войн из жизни общества.

Таким образом, ноосферу следует рассматривать как высшую стадию развития биосферы, связанную с возникновением и развитием в ней человеческого общества, которое, познавая законы природы, становится крупнейшей планетарной силой, превосходящей по своим масштабам все известные геологические процессы.

Доказанный феномен космической и биологической эволюции, на первый взгляд, случайный, вынуждает многих ученых спрашивать себя о последних основаниях эволюционного ортогенеза, об условиях его возможности, о причинах и цели биогенеза и, прежде всего, о целях и способах существования антропогенеза.

Было замечено, что если бы начальные условия были несколько иными и, в первую очередь, если бы физические константы не подверглись тщательному «отбору» или имели слегка иные параметры, то жизнь не смогла бы возникнуть, или погибла бы, или, во всяком случае, не привела бы в своем развитии к появлению человека.

Вся эта совокупность проблем обозначается одним родовым названием: антропный принцип, - термином, введенным в 1974 г. Б.Картером. Он заметил, что естественная структура космических объектов функционирует на основании определенных физических констант. Их значимость настолько велика, что случайная вариация в них, даже небольшая, повлекла бы за собой огромные изменения в структуре космического целого. В результате стало бы невозможным развитие форм жизни, а значит, и человека, независимо от способностей таких форм приспосабливаться к условиям среды. Это значит, что биологическая структура зависит от универсальной космологической ситуации; другими словами, что жизнь возникла и существует благодаря постоянной и сложнейшей комбинации природных констант. Только такая комбинация обеспечивает саму возможность наличия биологической структуры во Вселенной.