2. Астрономические знания

Открытие в 1846 году восьмой планеты Солнечной системы можно назвать триумфом ньютоновской теории и картины мира (Нептун). Наличие этой планеты, её положение в определенное время было вычислено математически по возмущениям, которые она вызывала в движении планеты Уран. Её, независимо друг от друга, обнаружили Адамс и Леверье.

Исследуя долгое время, движение Меркурия, Леверье в 1859 г. установил, что скорость, с которой перигелий (точка орбиты планеты, ближайшая к Солнцу) обращается вокруг Солнца, несколько больше теоретически предсказанной (а именно на 38˝, по современным данным 43˝ в столетие). Такая высокая скорость перемещения не объяснялась классической теорией. Лишь в ХХ в. объяснение нашлось с помощью общей теории относительности, что доказало не совершенство ньютоновской механики. Кроме того, согласно гравитационному закону, при его применении к бесконечной вселенной следует, что в каждой точке пространства сила тяготения должна быть бесконечной, а значит, приводит к всеобщему коллапсу. Согласно фотометрического закона, бесконечное количество звезд (в бесконечном пространстве), яркость которых не зависит от расстояния, должно привести к сплошному свечению всего неба с яркостью Солнца. Попытки решить эти парадоксы в рамках классической механики были формальными, сопровождались введением дополнительных искусственных ограничений на соотношение масс и размеров космических систем.

Важным событием было и возникновение астрофизики. Открытие закона сохранения энергии поставило вопрос о физическом источнике энергии Солнца и звезд. Майер предложил гипотезу о разогреве Солнца за счет падения на него метеоритов. После открытия спектрального анализа Кирхгофом и Бунзеном в 1859 г. появилась возможность определять химический состав звезд. В 1861 г. Кирхгоф определил химический состав солнечной и звездных атмосфер. Для объяснения энергии звезд Кельвин и Гельмгольц выдвинули идею их гравитационного сжатия, т.к. при сжатии должна выделяться значительная энергия. Однако если придерживаться этой гипотезы, то нужно признать, что Солнце моложе Земли (тогда возраст звезд всего лишь несколько миллионов, а не миллиардов лет).

Таким образом, астрофизика зашла в тупик. Нужны были новые физические представления, которые появились с возникновением релятивистской и квантовой физики.

3. Биологические знания

Процесс утверждения эволюционной теории Дарвина, которая представляла синтез биологических знаний и опыта практической селекции, протекал в борьбе различных мнений, взглядов, мировоззрений.

Против теории естественного отбора ополчились сторонники креационистских воззрений и естествоиспытатели. Более того, в дарвиновском учении выделилось 3 самостоятельных направления. Первое – ортодоксальный дарвинизм, признавал отбор единственным движущим фактором эволюции (Уоллес, Грей, Паультон). Второе – геккелевский дарвинизм- (Геккель) признавало в качестве факторов эволюции естественный отбор и упражнение - неупражнение органов. Третье – неодарвинизм, отрицал наследование приобретенных признаков, а принцип отбора распространял на соревнование между особями и клетками. Вокруг роли, содержания и интерпретации принципов дарвинизма шла острая борьба. Особенно, это касалось естественного отбора:

1)может ли он, выполняя функцию отсева нежизнеспособных особей, наряду со стабилизирующей, выполнять и творческую роль?;

2)каким образом благоприятные признаки выживших особей сохраняются в потомстве и не пропадают при скрещивании тех, кто носит эти признаки с теми, кто несет иные признаки?

Объяснение эмпирических аномалий и вплетение их в систему дарвинизма воплотилось в развитии филогенетического направления (Геккель). Оно было ориентировано на установление родственных связей между видами, на поиски переходных форм и предковых видов, на анализ генезиса крупных таксонов, изучение происхождения органов и т.д. Общая задача состояла в создании «филогенетического древа» растений и животных на основе данных сравнительной анатомии, палеонтологии и сравнительной эмбриологии.

В рамках этого направления были вскрыть: биогенетический закон, согласно которому онтогенез, это краткое и сжатое повторение филогенеза (Геккель, Мечников), закон необратимости эволюции (Долло), закон более ранней закладки в онтогенезе прогрессивных органов (Менерт), закон эволюции органов путем смены функций (Дорн).

Обобщение принципов эволюционной теории проявилось в формировании комплекса эволюционной биологии (эв.морфология, палеонтология, эмбриология, историческая биогеография). Среди важных исследований в этом направлении выделяется работа Вагнера, который высказал мысль, что для возникновения нового вида необходима еще и пространственная изоляция.

Завершение утверждения принципов дарвинизма произошло лишь в начале ХХ в., когда сформировалась синтетическая теория эволюции, собравшая в единое дарвинизм, генетику и экологию.

Становление генетики

Представления о наследственности складывались еще в эпоху античности, но вопрос о её природе находился в ведении эмбриологии, в которой до ХVII в. господствовали фантастические представления.

Во II половине ХVIII в. был установлении пол у растений, открыта искусственная гибридизация и опыление растений, появилась методика гибридизации. Кельрейтер, изучавший процессы оплодотворения и гибридизации, открыл явление гетерозиса, которое он не мог объяснить. Но, тем не менее, опыты по гибридизации позволили опровергнуть концепцию преформизма.

Во II половине ХVIII – начале ХIХ в. наследственность представлялась как свойство, зависящее от количественного соотношения отцовских и материнских компонентов. Позднее стали складываться предпосылки учения о наследственности и изменчивости:

• выделение объекта генетики

• создание клеточной теории – философской идеей, которая привела к открытию клетки, была идея единства растительного и животного миров;

Трудность состояла в том, что растительные и животные клетки, а также клетки разных тканей животных мало похожи. Сходным и легко различимым элементом всех клеток является ядро. Мысль об этом сформулировал Шлейден, опираясь на нее, Шванн разработал основные положения теории.

Сажрэ первым стал исследовать отдельные признаки скрещивающихся при гибридизации растений и пришел к выводу, что признаки родителей в гибриде перераспределяются. Именно он выделил генетику как учение наследственности и зародил научную генетику.

К важным открытиям того периода относятся:

• описание митотического деления клеток и особенностей поведения хромосом (Чистяков, Страсбургер);

• установление, что первичное ядро зародышевой клетки возникает путем слияния ядер половых клеток (Гертвиг, Фоль);

• открытие продольного разделения хромосом и его закономерностей (Флеминг);

• установление того, что в половых клетках содержится половинный набор хромосом (Ван Бенеден);

• описание мейоза и редукции числа хромосом (Беляев, Гертвиг);

• хромосомная теория наследственности (Вейсман, Гертвиг, Страсбургер)

Важным событием также является формулирование Менделем его законов. Открытие закономерностей расщепления признаков показало, что возникающие у организмов рецессивные мутации не исчезают, а сохраняются в гетерозиготном состоянии. Это устранило одно из самых серьезных возражений против дарвиновской теории эволюции. Но новаторство Менделя не было оценено