Чудо  - Рациональность - Наука - Духовность

Клуб Исследователь - главная страница

ЖИЗНЕННЫЙ ПУТЬ - это путь исследователя, постигающего тайны мироздания

tmpCA8-1.jpg

 

Библиотека

Наука и технологии

 

Главная

 

Наука и технологии

Наш сайт доступен на 52 языках

 

 

 

НОВОЕ В ЖИЗНИ, НАУКЕ, ТЕХНИКЕ

ПОДПИСНАЯ  НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ СЕРИЯ

БИОЛОГИЯ

1/1990

Издается ежемесячно с 1967 г.

Г. Н. Чернов,

кандидат биологических наук

ЗАКОНЫ

ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ

БИОЛОГИИ

Издательство «Знание» Москва 1990

ББК28.0

449

ЧЕРНОВ Геннадий Николаевич •— кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ВНИИСЭНТИ Минмедпро-ма СССР — исследует развитие биотехнологии за рубежом. К теме настоящей брошюры имеют отношение работы автора «Н. П. Кренке и его теория старения и омоложения» и «Био­технология в рамках системно-исторического подхода».

На 2-й стороне обложки рисунки: / — вид Земли из космоса (по мотивам публикации «Greenpeace»); 2 — гнездо ворона. Самец приносит пищу самке, не покидающей насиживаемого зимой яйца (из иллюстраций В. Курдова к сочинениям Ви­талия Бианки); 3 — возрастная кривая (по Н. П. Кренке); 4 — кроманьонец на охоте (по Пьеру Лорану); 5 — схема клонирования клеток (из книги Р. В. Петрова «Иммуноло­гия»); 6 — схема направленной эволюции (по А. Н. Север-иову)

Чернов Г. Н.

449       Законы теоретической биологии. — М.: Знание, 1990. — 64 с. — (Новое в жизни,   науке, технике. Сер. «Биология»; № 1). ISBN 5-07-000742-4 15 к.

Рассматриваются основные теоретические обобщения, к которым пришла биологическая наука на пути своего развития от Карла Линнея до настоящего времени. Популярно излагая эти обобщения, автор придал им форму двенадцати законов теоретической биологии.

1901000000

ISBN 5-07-000742-4

ББК 28.0

©   Чернов Г. Н., 1990 г.

 

 

Введение

Для того, чтобы выяснить и показать, что такое жизнь, мы должны исследовать все формы жизни и изобразить их в их взаим­ной связи.

Ф. ЭНГЕЛЬС

акон как теоретический компонент нау­ки представляет собой научное обобще­ние, кратко и точно выражающее суще­ственные стороны, отношения и связи ис­следуемых явлений, предметов и систем. В этой брошюре сформулированы за­коны организации и развития живой ма­терии, составляющие основное    теорети­ческое содержание общей биологии.    Автор отнюдь не претендует на открытие этих законов. Речь идет об их кристаллизации из той суммы выводов и обобщений, к которым пришла наука к настоящему времени. Правиль­нее всего назвать проведенную работу научной кодифи­кацией  (приведением в систему)  законов теоретической биологии.

Важнейшие факты и обобщения, составившие предмет нашего анализа, получены на основе различных экспе­риментальных, описательных и теоретических методой познания живой природы. Поэтому представленная здесь теоретическая биология не результат одних лишь умо­зрений: в ней отражена методологическая система био­логических наук в целом. Однако сама кодификация за­конов представляет чисто теоретическую задачу, решае­мую с помощью системно-исторического анализа. Цель этого анализа, являющегося одной из граней материали­стической диалектики, состоит в том, чтобы выявить ре­альную структуру исследуемой системы (в нашем слу­чае — системы законов), взаимодействие ее элементов и их связь с системой в целом, показать целостность си­стемы, определить этапы, направления, факторы и перс­пективы ее развития. Представленная система законов приближает нас к указанной здесь цели, хотя и остав­ляет много нерешенных вопросов.

Составляя систему законов, автор стремился придать ей следующие свойства.

1. Атрибутивность   (приданность    определенно-

му объекту). Система законов теоретической биологин исходя из определения ее предмета должна принадле­жать общей биологии, т. е. носить общебиологический, а не частный или чисто философский характер. Это требо­вание было удовлетворено путем отбора общебиологиче­ских научных концепций, положенных в основу описан­ных законов.

2.  Доказательность.    В отличие от    гипотезы, т. е. предположения, научный закон представляет собой локазанное обобщение. Именно обобщения, доказанные всем ходом развития науки и многократно подтвержден­ные исследованиями различных ученых, вошли в сфор­мулированную здесь систему законов теоретической био­логии.  Гипотезы, предположения,  сколь важных вопро­сов они ни касались бы, остались за пределами этой сис­темы, не исчерпывающей, таким образом,    всей суммы теоретических обобщений в данной области.

3.  Лаконичность.  Теоретическая биология долж­на  быть достаточно  компактной;  в  ней  нет места  для подробного рассмотрения деталей,  которыми столь  бо­гаты биологические науки. Для выполнения этого тре­бования автор стремился к краткости, конспективности изложения.

4.  Системность.     В  своей  совокупности  законы теоретической биологии должны представлять собой це­лостную научную систему, а не набор разрозненных ис­тин. Выполнение этого требования базируется на един­стве биологической формы движения материи — единст­ве, обусловленном общностью происхождения и систем­ной организацией живого. Целостный    характер    пред­ставленного комплекса законов подтверждается логиче­ской связью между ними. Здесь особенно важно подчер­кнуть фундаментальное значение законов, вошедших в раздел «Биологическая эволюция».  Выраженный в них принцип историзма    и    органической   целесообразности входит в  мотивировочную часть или    подразумевается при изложении, по существу, всех других законов тео­ретической биологии и, следовательно, объединяет их в единое целое.

5.  Историчность.  Законы науки в ходе ее разви­тия могут изменяться, сохраняя при этом свою самотож­дественность, определяемую сохранением  их историчес­кой основы. Поэтому во многих случаях мы вправе ото-

'

ждествлять в качестве одного и того же закона теорети­ческие выводы, сделанные в прошлом, с их современ­ной формулировкой, т. е. исходную идею с ее после­дующим развитием. Предлагаемые автором формули­ровки законов и их система в целом в соответствии с принципом историзма не могут претендовать на оконча­тельность. Правомерны и иные варианты построения за­конов теоретической биологии. Однако автор считает, что научная значимость всех изложенных здесь обобще­ний, как бы стары ни были их истоки, столь велика, что вне их построение современной теоретической биологии как целостной системы знаний вряд ли возможно.

6. Номинативность. Чтобы подчеркнуть при­оритет и роль выдающихся ученых в формировании представленных здесь обобщений, чтобы упростить ссыл­ки на эти обобщения, а также в дидактических целях, автор решился присвоить каждому из приведенных здесь законов имена ученых, с которыми эти обобщения связывают. Номинативность, именованность законов способствует их утверждению в науке в этом качестве, и это обстоятельство, естественно, тоже служило аргу­ментом в пользу принятого решения.

Основные обобщения теоретической биологии сведе­ны здесь в 12 законов, относящихся к 6 ее областям.

Система   органического   мира

ассматривая мир живых организ­мов, населяющих Землю, можно убе­диться, что он представляет собой две иерархические системы: таксономиче­скую и геобиологическую.

Изучение органического мира как таксономической системы — задача биологической систематики, опираю­щейся на всестороннее познание орга­низмов и систематических групп (таксонов). Представ-ление этой системы в историческом, эволюционном пла­не (а именно при этом она и может быть вполне поня­та) требует, чтобы систематика использовала данные палеонтологии, эмбриологии, эволюционной морфологии и физиологии. Наиболее общие теоретические выводи этой группы биологических наук представлены здесь в

законе единства и многообразия жизни, или законе Сент-Илера.

Исследование органического мира как геобиологиче­ской системы — задача наук геобиологического комп­лекса, в который входят биогеография, биологическое почвоведение, гидробиология, биогеоценология, биогео­химия. Обобщение основных выводов этих наук содер­жится в законе глобальности жизни, или первом законе Вернадского.

Указанные две иерархические системы (таксономиче­ская и геобиологическая) так или иначе взаимосвязаны на многих уровнях и смыкаются на уровне видовых по­пуляций. Этот уровень организации живого принадле­жит как к той, так и к другой из указанных систем. По­этому объединение двух названных законов в общие рамки отражает реальные взаимосвязи, анализ которых может составить содержание специальных исследований.

После этих кратких замечаний мы переходим непо­средственно к рассмотрению законов, составляющих ос­новное содержание данного раздела. Рассмотрение каж­дого закона начинается с его тезисной формулировки, после чего будут приведены необходимые разъяснения и комментарии. Этот порядок изложения принят и в по­следующих разделах.

 

 

 

Закон единства и многообразия жизни, или закон Сент-Илера

1.  Жизнь на Земле представлена огромным мно­гообразием органических форм  различной степени сложности — от вирусов до человека. Все это мно­гообразие формирует естественную    таксономичес­кую систему, состоящую из иерархических групп — таксонов различного ранга.

2.  Единство органических форм    проявляется и пределах каждой таксономической группы любого ранга и живого мира в   целом   соответствующими чертами сходства их организации.

3.  Сходство строения и функций разных органи­ческих форм обусловлено общностью их происхож­дения    (гомология),    параллелизмом     адаптивном ("приспособительной) эволюции в сходных условиях среды (аналогия), а также действием номогенети-ческого (греч. «номос» — закон)  компонента    эво­люции (помология), определяющего закономерный

характер распространения среди живых форм при­знаков, не связанных с адаптациями и с единством происхождения. Соотношение этих факторов в раз­ных конкретных случаях сходства может быть раз­личным, вплоть до нулевого значения того или ино­го из них.

4. В многообразии органических форм отража­ется историческая последовательность их возникно­вения и развития от простого к сложному, многооб­разие условий эволюции, ее дивергентный (расхо­дящийся) и адаптивный (приспособительный) ха­рактер, разнонаправленность мутационного процес­са.

Отдельное растение рассматривается в систематике как принадлежащее к ряду таксонов последовательна соподчиненных рангов, среди которых основной — вид. Главные ранги ботанических таксонов в восходящем пи-рядке следующие: вид, род, семейство, порядок, класс, отдел, царство. Внутри вида могут быть выделены геог­рафические подвиды, морфологические разновидности, экотипы, у культурных растений — сорта и т. п. В от­дельных случаях вводятся промежуточные таксоны, та­кие, например, как надсемейство, подкласс и т. п. Ана­логичным образом строится классификация животных, в которой отделу соответствует тип, порядку— отряд, а сорту — порода.

Иерархический принцип построения систем растений и животных последовательно применил Линней. Важ­ным этапом в дальнейшем развитии систематики было со­здание теории типов, благодаря которой в науку был введен этот таксон высокого ранга. Представление о ти­пе и единстве строения животных в пределах этого так­сона было выдвинуто Кювье, использовавшим собствен­ные наблюдения и результаты исследований Сент-Иле­ра. Эмбриологическое обоснование представлений о ти­пе принадлежит К- М. Бэру. Заслуга Этьена Жоффруа Сент-Илера (1772—1844) состоит в том, что он первым выступил против установления метафизических перего­родок между типами и с эволюционных позиций подо­шел к пониманию единства и многообразия органичес­ких форм.

Конкретные фактические данные о единстве и много­образии органического мира в пределах царств живой природы содержатся в курсах ботаники, зоологии, иик-

робиологии и вирусологии. Здесь же мы коснемся толь­ко систематики самих этих высших таксонов, т. е. царств живой природы, поскольку этот вопрос относится непо­средственно к общей биологии и обычно остается в тени.

Автор этих строк считает, что классификация биоло­гических царств должна опираться на структурно-мор­фологические критерии, и различает в связи с этим сле­дующие основные формы организации живой материи: 1) ацеллюлярную, 2) квазицеллюлярную, 3) протоцел-люлярную, 4) моноцеллюлярную, 5) полицеллюлярную (целлюла — клетка).

Ацеллюлярная (неклеточная) организация ха­рактерна для вирусов, их гипотетических аналогов, оби­тавших в первичном бульоне, а также коацерватных белковых капель, постулированных А. И. Опариным в его теории происхождения жизни. Эта смешанная груп­па биологических объектов составляет царство прото-бнонтов.

Квазицеллюлярная (как бы клеточная) орга­низация характерна для микоплазм — мельчайших бак­терий, не имеющих оболочки. Подобная группа организ­мов могла возникнуть от различных протобионтов, об­разовавших в результате прогрессивной эволюции пере­ходное царство археобионтов. Естественную модель, а возможно, и реликт археобионтов представляет класс микоплазм.

Протоцеллюлярная (первичноклеточная) орга­низация присуща настоящим бактериям и характерна также для архебактерий и цианобактерий (синезеленых водорослей). Она возникла на основе археобионтов в ре­зультате образования у некоторых из них клеточной обо­лочки и увеличения размера клетки. Эта группа образу­ет царство протокариотов, или бактерий.

Надцарство эукариотов, характеризующееся м о н о-н полицеллюлярной (одно- и многоклеточной) ор­ганизацией, возникло в результате симбиотической эво­люции различных представителей протокариотов, кото­рая привела к образованию царства зоофитоидов, вклю­чающего низших эукариотов. Царства высших рас­тений и многоклеточных животных произошли от его различных подцарств.

Таким образом, предлагаемая нами гипотетическая схема охватывает все известные в науке формы органи­зации живой материи, связанные филогенетическим род-

8

ством и представляющие единую систему последователь­ного усложнения структурно-морфологической организа­ции биологических объектов. Подробнее этот вопрос рас­смотрен в последнем разделе брошюры.

Существенным проявлением закона единства и мно­гообразия жизни следует считать некоторые особенности индивидуального развития организмов. Прежде всего такие, как сходство зародышей у представителей отда­ленных систематических групп и явление рекапитуля­ции, т. е. повторение в онтогенезе черт организации да­леких предков. Проявления сходства организации жи­вых форм, основанного на гомологии и аналогии, т. е. на единстве происхождения и на адаптивной эволюции в сходных условиях среды, детально исследованы на раз­личных представителях животного и растительного царств.

Параллелизм изменчивости был установлен в законе гомологических рядов Н. И. Вавиловым. Например, у разных видов пшеницы отмечаются такие сходные при­знаки, как наличие и отсутствие остей в колосе, его опу-щенность или неопущенность, белая и красная окраска зерна и т. п. В этих чертах сходства видов проявляется гомология их генетического аппарата. Гомология в так­сонах высокого уровня наблюдается, например, в сход­ных чертах расположения, строения и эмбрионального развития конечностей у животных различных классов позвоночных, в сходстве закладки и дифференциации зародышевых листков у животных различных типов.

Наглядный пример аналогии и аналогичной измен­чивости — черты внешнего сходства китообразных с ры­бами, возникшего вследствие эволюции тех и других в водной среде. В данном случае сходство обусловлено именно адаптацией, а не единством происхождения. Сходство в изменении зубного аппарата в процессе эво­люции парно- и непарнокопытных, исследованное В. О. Ковалевским, опирается одновременно на гомологию н аналогию.

Что же касаетс^ помологии, помологической измен­чивости, или номогенетического компонента эволюции, то это явление нередко отрицается. Нам представляется, однако, что многие таксономические признаки, особенно в низших царствах живой природы, обусловлены явле­ниями помологии, т. е. не связаны ни с единством проис-

9

хождения, ни с адаптациями. К примерам помологии, по-видимому, следует отнести и такую фундаментальную особенность живого, как универсальность кода генетиче­ской информации.

Заканчивая на этом рассмотрение закона Сент-Иле-ра, отметим, что по сравнению с исходной идеей совре­менное содержание этого закона отличается более яс­ным истолкованием факторов, определивших единство и многообразие жизни. Анализом этих факторов зани­мается эволюционное учение. В этом выражается нераз­рывная связь закона Сент-Илера с законами биологи­ческой эволюции.

Закон глобальности жизни, или первый закон Вернадского

1.  Благодаря способности живых    форм к раз­множению и расселению жизнь на Земле распрост­ранена всюду, где есть условия для ее существова­ния. Органический мир образует тонкую планетар­ную оболочку биомассы живых организмов и среды их обитания — биосферу, обусловившую геологиче­скую историю земной  коры,  эволюцию    растений, животных, микроорганизмов,    появление и сущест­вование человека. Структура биосферы определяет­ся динамикой формирования и развития ее геобио­логических компонентов — биогеоценозов, природ­ных зон и ландшафтов,   биогеографических облас­тей, растительных формаций.

2.  Биосфера тесно   взаимодействует с атмосфе­рой, гидросферой и литосферой,   обусловливая    и\ эволюцию, обеспечивая перемещение и круговорот веществ и энергии на планете.

3.  Биологический круговорот веществ на Земле определяется взаимодействием растений, животных и микроорганизмов, глобальная роль которых обус­ловлена особенностями   их отношений с окружаю­щей средой.

4.  Зеленые растения обеспечивают наличие мо­лекулярного кислорода в атмосфере   Земли и вы­полняют космическую роль как аккумуляторы све­товой энергии Солнца, осуществляя первичный био­синтез органических веществ на Земле. Растения— исходное звено трофических    (пищевых)    цепей   и биоценозах.

10

5.  Биосферная роль животных, образующих на­ряду с другими биологическими компонентами эко­систем так называемые   экологические  пирамиды, связана главным образом с их участием в биогео­ценозах   в   качестве   промежуточных   и   высших звеньев пищевых цепей,   определяющих перемеще­ние веществ и энергии в биосфере. Твердые остат­ки ископаемых животных входят в состав осадоч­ных пород.

6.  Глобальная роль микроорганизмов   проявля­ется в таких процессах, как минерализация органи­ческих веществ, образование ряда горных    пород, почвообразование, а также в патогенном действии на другие организмы.

Понимание жизни как глобального явления можно считать одним из исходных моментов ее теоретического осмысления. Однако вскрытие конкретных проявлений жизни в глобальном масштабе, выяснение роли отдель­ных групп организмов в формировании природных зол и ландшафтов, в геологическом развитии земной коры, в перемещении и круговороте веществ на нашей плане­те потребовало проведения длительных и углубленных исследований. В ходе этих исследований возникли и по­лучили развитие представления о биоценозах и экосис­темах различного уровня. Была разработана широкая концепция биосферы как определяющего фактора гео­логической истории Земли. Эта концепция, выдвинутая Владимиром Ивановичем Вернадским (1863—1945), — основное ядро закона глобальности жизни.

В глобальном масштабе биомасса нашей планеты очень невелика, составляет лишь 1/6000000 массы зем­ного шара. Однако по масштабам своего воздействия биомасса одна из самых могущественных геохимичес­ких сил планеты. Формирование и стабилизация газо­вого состава атмосферы — результат жизни. Химичес­кий состав гидросферы в значительной степени также обусловлен процессами жизнедеятельности организмов. Почва — продукт жизнедеятельности и область наивыс­шей активности живого вещества. Осадочные породы Земли — это биогенные породы, создания живого ве­щества. Гранитная оболочка Земли образовалась за счег переплавления осадочных пород. По Вернадскому, гра­ниты — это «былые биосферы». Органический мир охва­тывает своим влиянием всю химию земной коры, опре-

11деляя геохимическую историю почти всех элементов Пе­риодической таблицы Д. И. Менделеева.

При посредстве организмов осуществляется также преобразование на поверхности планеты энергии сол­нечной радиации и ее накопление в форме химической энергии различных органических веществ. Суммарная годовая продукция фотосинтеза па Земле составляет 42—46 млрд. т органического углерода. Фотосинтезирую-щие организмы — зеленые растения и некоторые бакте­рии — осуществляют превращение неорганических ве­ществ — С02, Н2О, соединений азота, фосфора, серы в органические вещества. Одновременно они вовлекают и биологический круговорот веществ многие другие эле­менты.

Группа зеленых растений по ее роли в биологическо-.i круговороте получила название продуцентов органиче­ского вещества. Группа консументов (потребителей) ор­ганического вещества представлена в основном живот­ными. Наконец, третья группа организмов (бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы, другие микро­организмы) разрушает и минерализует органические ве­щества. Представителей этой группы называют редуцен­тами. Взаимодействие продуцентов, консументов и реду­центов определяет биологический, или биотический, кру­говорот веществ. В этом круговороте, во взаимодействии синтеза и деструкции органического вещества на Земле состоит одно из важнейших проявлений жизни.

Биосфера подразделяется на природные зоны, а те, в свою очередь, на природные ландшафты. В пределах одного природного ландшафта имеется множество био­геоценозов, научные представления о которых разрабо­тал В. Н. Сукачев. Каждый биогеоценоз связан с опреде­ленным участком земной поверхности. Компонентами биогеоценоза являются определенные материальные те­ла: живые и косные. К живым компонентам относятся конкретные популяции продуцентов, консументов и ре­дуцентов, а к косным — атмосфера, вода, горная поро­да, почва, вернее, ее неживая часть. Связь между компо­нентами биогеоценоза покоится на обмене веществ и энергии между ними. Биогеоценоз представляет собой противоречивое и динамичное единство входящих в него компонентов.

Помимо компонентов, выделяют факторы биогеоцено-12

 

зов: климат, рельеф, время. Они не вносят в биогеоце­ноз ни веществ, ни энергии, но оказывают на него раз­ностороннее влияние. Смена (сукцессия) биогеоценозов может происходить в результате их саморазвития и под действием внешних факторов. В соответствии с характе­ром этих факторов различают климатогенные, геомор-фогенные, зоогенные и фитогенные сукцессии.

Далеко не всякая смена биогеоценозов сопровожда­ется возникновением новых видов. Новые биогеоценозы могут формироваться за счет существующих видов. Од­нако процессы эволюции живых форм, коль скоро они происходят, определяются эволюцией биосферы и ее со­ставных геобиологических элементов. В свою очередь, структура биосферы и конкретный характер ее элемен­тов зависят от биологической эволюции живых форм, выражающейся в процессах видообразования. В тесном взаимодействии геобиологической и таксономической систем органического мира протекает эволюция жизни на Земле. Одним из факторов этой эволюции стал чело­век, в наше время взглянувший на биосферу из космоса (см. рис. 1 на обороте обложки). Вопрос о многоплано­вом воздействии человека на биосферу будет рассмотрен в разделе «Человек и жизнь планеты». Но прежде чем переходить к этой теме, нам надлежит рассмотреть ряд чисто биологических законов, среди которых, как уже отмечалось, центральное место занимают законы биоло­гической эволюции.

Биологическая   эволюция

теории биологической эволюции мож­но выделить 3 основных раздела: до­казательства эволюции, теорию эле­ментарных механизмов эволюции и учение о путях и направлениях эволю­ционного процесса. Основополагаю­щее значение для теории биологичес­кой эволюции имеет дарвинизм. Под этим названием в историю науки вошло учение Чарлза Дарвина (1809—1882) о происхождении видов путем ес­тественного отбора. Проблематика и основное содержа­ние дарвинизма нашли отражение в этом разделе в виде двух законов, в которых сделана попытка сформулиро-

13

вать самое важное из г/ого, что и как объяснил Дарвин в своем эволюционном учении.

Рассматриваемые здесь обобщения — закон Аристо­теля и закон Дарвина — представляют неразрывное единство, хотя первый из них восходит к античной нау­ке, а второй был открыт только в XIX в.

Закон органической целесообразности, или закон Аристотеля

1.  Чем глубже и разностороннее изучает наука живые формы, тем полнее раскрывается их целесо­образность, т. е. целенаправленный,    гармоничный, как бы разумный характер их организации,    инди­видуального развития и отношения с окружающей средой. Органическая целесообразность   раскрыва­ется в процессе познания биологической роли кон­кретных особенностей живых форм.

2.  Целесообразность присуща всем видам. Она выражается в тонком взаимном соответствии струк­тур и назначения биологических   объектов, в при­способленности живых форм к условиям жизни, в естественной целенаправленности особенностей ин­дивидуального развития,  в  приспособительном ха­рактере форм существования и поведения биологи­ческих видов.

3.  Органическая     целесообразность,      ставшая предметом  анализа  античной  науки  и служившая основанием  для  телеологических    и    религиозных истолкований живой природы, получила    материа­листическое объяснение в учении Дарвина о твор­ческой роли естественного отбора,   проявляющейся в  адаптивном  характере биологической  эволюции.

Такова современная формулировка тех обобщений, истоки которых восходят к Аристотелю, выдвинувшему представления о целевых причинах.

Изучение конкретных проявлений органической целе­сообразности одна из важнейших задач биологии. Выяс­нив, для чего служит та или иная особенность исследуе­мого биологического объекта, в чем биологическое зна­чение этой особенности, мы благодаря эволюционной теории Дарвина приближаемся к ответу на вопрос, по­чему и каким образом она возникла. Рассмотрим про­явления органической целесообразности на примерах, относящихся к различным областям биологии.

В области цитологии яркий, наглядный пример орга­нической целесообразности — деление клеток у расте­ний и животных. Механизмы эквационного (митоз) и ре­дукционного (мейоз) деления обусловливают постоянст­во числа хромосом в клетках данного вида растений или животных. Удвоение диплоидного набора в митозе обеспечивает сохранение постоянства числа хромосом в делящихся соматических клетках. Гаплоидизация хро­мосомного набора при образовании половых клеток и восстановление его при образовании зиготы в результа­те слияния половых клеток обеспечивают сохранение числа хромосом при половом размножении. Отклонения от нормы, приводящие к полиплоидизации клеток, т. е. к умножению числа хромосом против нормального, от­секаются стабилизирующим действием естественного от­бора или служат условием генетического обособления, изоляции полиплоидной формы с возможным превраще­нием ее в новый вид. При этом в действие вновь вступа­ют цитогенетические механизмы, обусловливающие со­хранение хромосомного набора, но уже на новом, поли­плоидном, уровне.

В процессе индивидуального развития многоклеточ­ного организма происходит образование клеток, тканей и органов различного функционального назначения. Со­ответствие этих структур их назначению, их взаимодей­ствие в процессе развития и функционирования организ­ма — характерные проявления органической целесооб­разности.

Обширную область примеров органической целесооб­разности представляют приспособления для размноже­ния и распространения живых форм. Назовем некоторые из них. Например, споры бактерий обладают высокой устойчивостью к неблагоприятным условиям среды. Цветковые растения приспособлены к перекрестному опылению, в частности с помощью насекомых. Плоды и семена ряда растений приспособлены к распространению с помощью животных. Половые инстинкты и инстинкты заботы о потомстве характерны для животных самого различного уровня организации (см. рис. 2 на обороте обложки). Строение икры и яиц обеспечивает развитие животных в соответствующей среде. Молочные железы обеспечивают полноценное питание потомства у млеко­питающих.

Характерную группу   приспособлений   представляют

15

инстинкты насекомых, ведущих общественный образ жизни, таких, например, как пчелы, с их разделением функций между различными особями семьи. Здесь же следует напомнить о групповых формах поведения в стаях и семейных группах птиц и зверей.

Появление ряда приспособительных особенностей было связано с выходом растений и животных из вод­ной среды на сушу. Способность семенных растений, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих к размножению вне водной среды связана с глубокими морфофизиоло-гическими изменениями в организации. Здесь следует указать на формирование у растений таких органов, как цветок, семя, плод, а у животных — зародышевых обо­лочек, характерных для высших позвоночных, а также новых типов кожного покрова и теплокровности птиц и млекопитающих. Все это следует характеризовать ка,; проявления органической целесообразности, обеспечив­шие расцвет на Земле представителей высших групп животного и растительного мира.

Весьма показательный пример органической целесо­образности — защитная маскирующая окраска, распро­страненная среди многих беспозвоночных и всех классов позвоночных животных. Другие виды защитных приспо­соблений — устрашающая окраска и мимикрия, т. е. уподобление по внешнему виду ядовитым животным или несъедобным частям растений.

Наряду с пассивными средствами защиты в живот­ном мире распространены активные средства защиты о г хищников: клыки кабана, рога буйвола и т. п. У хищни­ков вся организация и инстинкты несут на себе черты приспособления к добыче пищи.

Борьба за существование в органическом мире, про­являющаяся в противодействии неблагоприятным факто­рам окружающей среды (биотическим и абиотическим), привела и к такому распространенному приспособлению, как соответствие коэффициента размножения степени ис-требляемости живых форм. Чем выше процент гибели особей данного вида, тем выше его коэффициент размно­жения.

В настоящее время совершенно очевидно, что адап­тации возникают в результате процесса биологической эволюции. При этом нетрудно прийти к выводу, что эво­люционная древность и длительность формирования раз­личных адаптации той или иной живой формы различ-

15

ны. Любой вид несет в себе наряду с очень древними адаптациями относительно новые, наряду с очень слож­ными, возникновение которых можно объяснить лишь весьма длительным эволюционным процессом, — срав­нительно простые, сформировавшиеся за более короткое время.

Органическая целесообразность при всем ее обще­биологическом значении относительна. Это выражается в том, что в любой популяции степень приспособленно­сти разных особей по конкретным адаптациям различ­на. Кроме того, при изменении условий отдельные при­способительные особенности прекращают быть таковы­ми, и эволюция может пойти в новом направлении. Осо­бенно ярко относительность целесообразности проявля­ется при массовом вымирании видов.

Закон органической целесообразности, как уже отме­чалось, неразрывно связан с законом естественного от­бора. Эта связь обусловлена тем, что органическая це­лесообразность представляет собой следствие естествен­ного отбора. В свою очередь, естественный отбор осу­ществляется благодаря относительности органической целесообразности, неоднородности популяции по степе­ни приспособленности ее особей и генетических линий к конкретным факторам среды.

Закон естественного отбора, или закон Дарвина

1.  Состав  каждой  видовой популяции благода­ря процессу наследственной изменчивости генетиче­ски неоднороден. Эта неоднородность   может   про­явиться в неодинаковой приспособленности различ­ных особей и соответственно их   потомства к конк-. ретным условиям среды.

2.  В  условиях  борьбы за  существование  более приспособленные особи имеют больше шансов вы­жить и,  как правило, дают более многочисленное потомство. Благодаря этому из поколения в поко­ление приспособительные    наследственные измене­ния могут нарастать, а их носители все более доми­нировать среди особей популяции.

3.   Наследственность, изменчивость и  естествен­ный отбор, т. е. преимущественное сохранение в ря­ду поколений    более    приспособленных,    являются элементарными факторами биологической    эволю-

17

цни. Естественный отбор определяет ее направлен­ный, адаптивный характер.

4. В меняющихся в пространстве и времени био­геоценозах под действием естественного отбора на­следственных изменений, усиленного географичес­кой, экологической и генетической изоляцией раз­личных популяций вида, происходит процесс их дивергенции (расхождения), приводящий к образо­ванию новых качественно обособленных видов. Но­вые виды могут дать начало новым родам, роды — семействам и т. д.

5 В относительно стабильных условиях естест­венный отбор проявляет стабилизирующий эффект, который выражается в закреплении и сохранении генетических особенностей популяции и в огражде­нии ее от неблагоприятных наследственных уклоне­ний. Стабилизирующий эффект естественного отбо­ра объясняет сохранение относительного постоянст­ва видов на протяжении длительных периодов вре­мени.

Факторы, обусловливающие биологическую эволю­цию, ее адаптивный характер и качественную обособлен­ность видов, а также таксонов более высокого ранга, были открыты Дарвином в значительной мере путем теоретического анализа механизма искусственного отбо­ра и экстраполяции полученных выводов на процессы, протекающие в дикой природе. Таким образом, искусст­венный отбор послужил Дарвину как бы моделью есте­ственного отбора.

При создании сортов культурных растений и пород домашних животных в основе направленного процесса формообразования лежат, как показал Дарвин, три фак­тора: наследственность, изменчивость и искусственный отбор, т. е. сохранение и воспроизведение особей и раз­новидностей, все более отвечающих целям человека. Под совокупным действием этих факторов образуются новые сорта и породы, различающиеся между собой в итоге ди­вергенции иногда даже более значительно, чем природ­ные виды. При этом характер новообразований, закреп­ляемых в поколениях под действием отбора, отвечает целям селекционера.

Помимо искусственного методического отбора, Дар­вин раскрыл форму искусственного бессознательного от­бора. Методический отбор составляет основу сознатель-

18

ной деятельности селекционера. В бессознательном от­боре проявляется неосознанная селекционная деятель­ность человека, оставляющего для воспроизведения луч­ших особей и лучшие разновидности. Бессознательный отбор действовал еще в период одомашнивания диких животных и окультуривания диких растений и продол­жался тысячелетия до появления методического отбора. Таким образом, человек издавна осуществлял селекци­онную деятельность, не сознавая ее эволюционных по­следствий.

Аналогом искусственного отбора в дикой природе яв­ляется естественный отбор, т. е. сохранение более при­способленных особей, их преобладание в воспроизведе­нии и умножении потомства. Предпосылку естествеиноги отбора, его селекционное начало Дарвин увидел в борь­бе за существование, с которой сталкиваются особи лю­бой популяции. Именно естественный отбор обеспечива­ет адаптивный характер эволюции, так как механизм его действия состоит в сохранении более приспособлен­ных. Что же касается двух других элементарных факто­ров эволюции — наследственности и изменчивости, то и они свойственны всем живым формам.

Указав на глубокую аналогию искусственного отбо­ра с процессами, неизбежно происходящими в дикой природе, Дарвин тем самым убедительно обосновал свою теорию происхождения видов путем естественного отбо­ра. Свои доказательства Дарвин подкрепил богатейшим фактическим материалом по изменчивости растений и животных. Кроме того, он провел обширные опыты, ка­сающиеся перекрестного опыления и самоопыления у растений, а также опыты с насекомоядными растениями. Эти исследования на примере конкретных приспособле­ний послужили дополнительным аргументом в пользу теории естественного отбора.

Не будет преувеличением утверждать, что учение Дарвина навсегда останется краеугольным камнем тео­ретической биологии, поскольку оно затрагивает практи­чески все ее основные разделы и дает системно-истори­ческую трактовку биологической формы движения мате­рии.

В ходе дальнейшего развития биологической науки были углублены представления Дарвина о механизме видообразования. Было установлено, что элементарный

19

объект этого процесса — популяция, т. е. группа осо­бей одного вида. Выявлены особенности аллопатричес-кого и симпатрического видообразования, т. е. видообра­зования с географической изоляцией и без нее. Показа­на роль комбинационной, т. е. возникающей при гибри­дизации, изменчивости и полиплоидии в процессах видо­образования. Раскрыта природа наследственности и из­менчивости, развиты представления о генотипе и фено­типе, мутационной и модификационной изменчивости, доминантных и рецессивных признаках. В настоящее время все эти представления входят в арсенал эволюци­онной теории, детализируя ее аспекты, касающиеся на­следственности и изменчивости.

Большое значение для развития эволюционной тео­рии имели исследования, позволившие углубить пред­ставления об эволюции онтогенеза и тем самым преодо­леть возникшую после Дарвина ограниченность трактов­ки эволюционной роли изменчивости в узких рамках противопоставления одних ее форм другим, без учета изменения организма как целого.

Заканчивая раздел, посвященный биологической эво­люции, следует остановиться на вопросе о том, законо­мерен ли ее прогрессивный характер, вытекает ли он из сущности естественного отбора. Если иметь в виду био­логический (экологический) прогресс, то следует отме­тить, что он непосредственное следствие естественного отбора, соревнования за жизненное пространство, проис­ходящего в любых экосистемах. Морфофизиологический прогресс, усложнение организации живых форм в ходе эволюции — результат естественного отбора на фоне ус­ложнения биотических и абиотических условий среды, в которых Морфофизиологический прогресс дает особые преимущества. Таким образом, его причина — не отбор как таковой, а отбор, протекающий в определенных ус­ловиях.

Если возникновение таких условий было неизбежным в эволюции биосферы, то и Морфофизиологический про­гресс был неизбежен. Выход водных растений и живот­ных на сушу, смена влажного климата засушливым, го­рообразование, переход предков человека от древесного образа жизни к наземному, наступление и отступление ледников, формирование зон холодного и умеренного климата — все эти изменения были в истории Земли за-

кономерны. Следовательно, закономерны были и проте­кавшие под действием этих изменений биологические новообразования, в том числе и прогрессивные. Законо­мерным было и возникновение человека.

Представляется поэтому очевидным, что Морфофи­зиологический прогресс как основное направление исто­рического развития органических форм — закономерная особенность биологической эволюции на пути от возник­новения жизни до формирования человека, представляю­щего высший этап исторического развития живой при­роды.

Индивидуальное   развитие   организма

зучение индивидуального развития ор­ганизма — задача    эмбриологии, воз­растной физиологии,    биологии разви­тия, геронтологии. В настоящее время происходит     формирование      молеку­лярной биологии развития. Накоплен­ный в ней фактический материал слу­жит основанием для различных теоре­тических выводов. Однако    общебиологическая    теория индивидуального развития на уровне молекулярных за­кономерностей еще не сформулирована. Поэтому мы ог­раничимся общебиологическими законами индивидуаль­ного развития организма,    открытыми до    наступления эпохи молекулярных исследований.

В этом разделе представлен закон онтогенетического старения и обновления, или закон Кренке, трактующий вопрос о неизбежности старения и смерти и общебиоло­гическом характере процессов обновления, обеспечиваю­щих непрерывность жизни. Рассмотрим также закон це­лостности1 онтогенеза, или закон Дриша. Полиостью от-вергая витализм Дриша, мы по справедливости должны признать роль немецкого ученого в открытии этого за­кона. Постараемся дать ему материалистическое толко­вание, используя для этого современные представления о системно-регуляторных факторах развития организма. Одна из важных проблем индивидуального развития— проблема эволюции онтогенеза, или соотношения онто­генеза с филогенезом. Не касаясь существа этой пробле-

21

мы, подчеркнем ее значение как важного связующего звена между различными разделами теоретической био­логии,

Закон онтогенетического старения и обновления, или закон Кренке

1.  Жизнь любого организма   конечна   в   своей продолжительности. Продолжительность жизни оп­ределяется наследственностью и условиями сущест­вования организма.   Поступательное движение ор­ганизма к естественной смерти, к прекращению ин­дивидуального    существования    обусловлено    его старением, проявляющимся в ослаблении, угасании жизнедеятельности.

2.  Жизнь вида в отличие от жизни индивида по­тенциально не ограничена во времени и при неиз­менном сохранении благоприятных условий его су­ществования может продолжаться как угодно дол­го. Непрерывность жизни вида обеспечивается вос­произведением его особей. Поступательное   движе­ние к репродукции, процессы, обеспечивающие ре­продукцию,  составляют поэтому    важнейшую для вида сторону индивидуального развития организма.

3.  Эта сторона индивидуального развития обус­ловлена процессами обновления, протекающими  в организме. Основные проявления процессов обнов­ления — это новообразование живого вещества, де­ление клеток, морфогенез,   процессы   регенерации, оплодотворение.

4.  Процессы  обновления  противоположны  про­цессам старения.    Противоречивое   единство   этих процессов составляет основу индивидуального раз­вития организма. На восходящей ветви возрастной кривой преобладает обновление, на нисходящей — старение.

5.  Различные факторы среды могут способство­вать или противодействовать старению и соответст­венно противодействовать или    способствовать об­новлению. Поэтому в индивидуальном развитии ор­ганизма проявляется  неоднозначность его    кален­дарного и физиологического возраста.    Различные клетки, ткани и органы многоклеточного организма могут различаться по собственному возрасту, на ко-

22

торый накладывается также общий возраст орга­низма в момент их образования. Разновозрастность особенно ярко видна на метамерных органах расте­ний.

6. Возрастные изменения этих органов, отра­жающие взаимосвязь старения и обновления, про­являются в морфологических, физиологических и биохимических изменениях, носящих закономерный характер. Это дает возможность по соответствую­щим возрастным признакам выявлять предшест­вующие условия развития организма, прогнозиро­вать на ранних стадиях его скороспелость и другие наследственные особенности, обусловленные темпа­ми старения и обновления.

Закон онтогенетического старения и обновления представляет собой общебиологическую формулировку основых положений теории циклического старения и омоложения растений советского ботаника Николая Петровича Кренке (1892—1939). В этом законе мы за­ново изложили общебиологическое содержание концеп­ции Кренке, не отклоняясь, однако, от ее идейно-теоре­тической сути.

Закономерности возрастной изменчивости растений, выявленные Кренке путем применения разработанных им количественных методов морфологического анализа развития побега (см. возрастную кривую на рис. 3), объясняются исходя из диалектико-материалистическо-го понимания развития как непрерывного отмирания старого и возникновения нового. В основе теории Крен­ке лежит представление материалистической диалекти­ки, согласно которому, по словам Энгельса ', «отрицание жизни по существу содержится в самой жизни», и жизнь должна рассматриваться «в отношении со своим необхо­димым результатом, заключающемся в ней постоянно в зародыше, — смертью».

Существует около 200 гипотез о сущности старения. Многие из них представляют лишь исторический инте­рес. Например, гипотезы, сводящие процесс старения к самоотравлению организма, к израсходованию запаса ферментов или иных веществ. В настоящее время широ­ким признанием пользуются представления, согласно ко-.

1 Энгельс Ф. Диалектика природы. Маркс К. и Энгельс Ф /I Соч. — Т, 20. — С. 610.

23

 

торым в основе старения лежат молекулярные механиз­мы — деструкция (нарушение целостности) ДНК в про­цессе поступательного движения организма к естествен­ной смерти. Однако в соответствии с приведенным зако­ном, опирающимся на теорию Кренке, процесс старения сопряжен с процессом обновления. Поэтому процессу деструкции ДНК в онтогенезе должен противостоять со­измеримый с ним процесс репарации, восстановления ДНК.

Общебиологнческий характер закона онтогенетиче­ского старения и обновления заставляет сделать заклю­чение, что репарация ДНК под действием репарацион­ных ферментов представляет собой не частное явление. Она имеет фундаментальное значение в ходе индивиду­ального развития, обусловливая процессы обновления и задерживая старение организма.

В многоклеточном, особенно животном, организме процессы старения и обновления носят ярко выражен­ный системный характер. Они не исчерпываются измене­ниями в клетках, а в значительной степени обусловлены возрастными изменениями структурных элементов, со­ставляющих более высокие уровни организации живого (ткани, органы, организм в целом). В этом проявляется целостность онтогенеза.

Закон онтогенетического старения и обновления рас­крывает одну из важных сторон биологического содер­жания понятия времени, выражаемого, в частности, в продолжительности жизни индивида. В современной био­логии понятие времени имеет такое же фундаменталь­ное значение, что и в физике. Биохимические реакции, передача нервного возбуждения, ритм работы сердца, фазы и стадии индивидуального развития, смена биоце­нозов, этапы эволюции — любой процесс, происходящий в живой природе на молекулярном и клеточном уров­нях, на уровне отдельного органа, индивидуума, попу­ляции, биогеоценоза и биосферы в целом, характеризу­ется вполне определенной продолжительностью. Вре­менные характеристики живых систем выражаются и в таких явлениях, как биоритмы, обусловленные наслед­ственными особенностями живых объектов и внешними условиями. Временные (темпоральные) характеристики биологических объектов и процессов — важный количе­ственный признак. Их изучает хронобиология (хроноге-

24

нетика, хронофизиология, хроноэкология). На стыке биологических и геологических наук находится геохро­нология, определяющая древность и продолжительность периодов развития органического мира.

Для формирования хронобиологии принципиальное значение имеют представления В. И. Вернадского, в ча­стности, изложенные им в конце 1931 г. на общем собра­нии Академии наук СССР в докладе «Проблема време­ни в современной науке». Вернадский вывел проблему времени за традиционные рамки физики и поставил ее как широкую естественнонаучную и философскую проб­лему, имеющую непосредственное отношение также к геологии, биологии и другим областям естествознания. Тем не менее и по сей день философы, за немногим ис­ключением, анализируя содержание понятия времени, рассматривают лишь физическую интерпретацию проб­лемы и почти не учитывают ее химический, биологичес­кий, геологический, космогонический аспекты.

В современной физике, особенно в популярных рабо­тах, широко признается принципиальная и даже техни­ческая возможность создания так называемой машины времени, позволяющей совершить путешествие в отда­ленное будущее. Представление о «путешествии во вре­мени» выдвигается при этом как неизбежное следствие из теории относительности, созданной Альбертом Эйнш­тейном и подтвержденной в ходе развития теоретической и экспериментальной физики XX в. Как утверждают фи­зики-теоретики, на космическом корабле, движущемся с околосветовой скоростью, длительность промежутков времени между двумя любыми событиями по «земными и «ракетным» часам связана простой формулой:

Т ракеты ^-i/         02

Т Земли ~~ V           ~'

где т1 — промежутки времени, v — скорость движения ракеты относительно Земли, с — скорость света.

Основываясь на этой формуле, философ М. В. Мосте-паненко писал: «Слетав к туманности Андромеды с ус­корением 3g, путешественник, вернувшийся на Землю, постареет на 20 лет, что не так уж много! Но на Земле за это время пройдет более полутора миллионов лет!»2.

2Мостепаненко   М. В. Материалистическая сущность тео­рии относительности Эйнштейна. — М.: Соцэкгиз, 1961. — С. 138.

25

I

Распространяя на человеческий организм так назы­ваемый парадокс часов, философ упустил из виду, что с вышеприведенной формуле, как и в теории относитель­ности в целом, речь идет о физическом времени. А био­логическое время отнюдь не тождественно физическому, что вытекает из закона онтогенетического старения и обновления, не только утверждающего неравнозначность физиологического и календарного возраста организма, но и категорически отвергающего веру в возможность его бессмертия, столь охотно принимаемую людьми, да­лекими от биологии.

С хронобиологической точки зрения более правомер­но было бы рассмотреть влияние изменения течения фи­зического времени в ракете, движущейся с околосвето­вой скоростью, на жизнедеятельность и темпоральные характеристики космического путешественника не непо­средственно, а через изменение экологических факторов в корабле, таких, как температура или фоновая интен­сивность ионизирующей радиации. Если бы физики ука­зали, как изменятся за счет релятивистских эффектов эти факторы в космическом корабле, то была бы воз­можность смоделировать в реальных экспериментах био­логическую сторону указанного фантастического путе­шествия. Впрочем, для этого даже не потребовалось бы проводить специальные эксперименты, так как характер зависимости человеческого организма от указанных фак­торов известен. При этом нет, конечно, никаких основа­ний считать, что изменение этих или каких-либо других факторов позволит существенно увеличить продолжи­тельность жизни космонавта за пределы, определяемые его наследственностью и генетическим радикалом вида. Непосредственное выведение биологических закономер­ностей из физических может приводить к серьезным ошибкам, что и произошло в вопросе о «машине време ни».

Утверждая идеи системного подхода в современной науке, Л. Берталанфи подчеркивал, что вербальная (словесная) модель исследуемой системы лучше, чем от­сутствие какой-либо модели или чем математическая мо­дель, искажающая реальность. Именно такой моделью, искажающей реальность, оказалась вышеприведенная формула при распространении ее на биологические яв­ления. В этой связи уместно привести слова А: А. Ляпу­нова, отметившего, что рациональная трактовка колнче-

26

ственных вопросов невозможна, пока должным образом не рассмотрены вопросы качественные.

Закон целостности онтогенеза, или закон Дриша

1. Целостность организма — его внутреннее единство, относительная автономность, несводи­мость его свойств к свойствам отдельных его час­тей, подчиненность частей целому — проявляется в течение всех стадий онтогенеза. Таким образом, онтогенез представляет собой упорядоченное един­ство последовательно чередующихся состояний це­лостности. В целостности индивидуального разви­тия проявляется органическая целесообразность.

I 2. Целостность онтогенеза базируется на дейст­вии системно-регуляторных факторов: цитогенети-ческих, морфогенетических, морфофизиологических, гормональных, а у большинства животных также нейрогуморальных. Эти факторы, действуя по прин­ципу обратной связи, координируют ход развития и жизнедеятельность организма как активного це­лого в тесной связи с условиями окружающей сре­ды.

! 3. Свойство целостности имеет количественное выражение, неодинаковое для представителей раз­ных видов, для разных особей, стадий и состояний организма. У растений целостность, как правило, выражена в меньшей степени, чем у животных. В процессе регенерации, т. е. восстановления утра­ченных частей или восстановления организма из части, целостность возрастает. Усложнение органи­зации в процессе онтогенеза и филогенеза, усиле­ние координирующей функции системно-регулятор­ных факторов организма означают возрастание це­лостности.

4. Филогенетические изменения суть изменения целостных  онтогенезов,    протекающие  в  условиях воздействия естественного отбора на системно-регу-ляторные факторы. Поэтому свойство целостности сохраняется организмами не только в их индивиду­альном,  но и  историческом  развитии.  Изменения, разрушающие целостность, отметаются отбором. Закон теоретической биологии, который    в    истории науки связан с именем    немецкого эмбриолога    Ганса

27

I

Дриша (1867—1914), гласит, что индивидуальное разви­тие организма есть целостный процесс и будущее со­стояние каждого развивающегося элемента есть функ­ция его положения в целом. Конкретизируя и развивая в свете научных данных эту формулировку (в противо­вес ее идеалистической трактовке в витализме), мы и приходим к закону целостности онтогенеза — к закону, дающему материалистическое толкование одной из са­мых сложных сторон индивидуального развития орга­низма.

Обращаясь к истории открытия этого закона, отме­тим, что им обусловлен принцип корреляции, установ­ленный Кювье и позволивший этому ученому реконст­руировать по отдельным остаткам строение многих ис­копаемых животных в целом. С этим же законом связа­но явление коррелятивной изменчивости, на которое об­ратил внимание Дарвин. Для понимания целостности онтогенеза существенное значение имело раскрытие И. П. Павловым и его учениками роли центральной нервной системы как регуляторного фактора, обеспечи­вающего целостность организма животных и человека. Системный характер процессов старения человека и жи­вотных показан в исследованиях А. В. Нагорного и его сотрудников. Целостность растительного организма в процессе его индивидуального развития исследовал М. X. Чайлахян и другие физиологи растений. Большое значение в раскрытии целостности онтогенеза имели эм­бриологические исследования, у истоков которых стоя­ли К- Ф. Вольф и К. М. Бэр. Глубокую эволюционную трактовку целостности организмов в их индивидуальном и историческом развитии дал И. И. Шмалыаузен, раз­вивший идеи А. Н. Северцова по этому вопросу.

Рассмотрим подробнее некоторые стороны тех обоб­щений, которые составляют основное содержание зако­на целостности онтогенеза. Известно, что индивидуаль­ное развитие всех организмов носит стадийный харак­тер. У вирусов стадии связаны с жизненным циклом, с их репродукцией и переходом из одной клетки в другую. Индивидуальное развитие одноклеточных включает фа­зы клеточного цикла — такие, например, как митоз, предсинтетическую фазу, фазу синтеза ДНК и постсин­тетическую фазу. В онтогенезе многих растений выделя­ются хорошо различимые стадии чередования поколений (полового и бесполого). У растений и особенно живот-

28

ных четко разграничены стадии: эмбриональная, моло~ дости, зрелости и старости. Возможно и более дробное членение онтогенеза.

Соответственно стадиям развития и уровню целост­ности следует различать: 1) цитогенетическое целое, присущее отдельной делящейся клетке; 2) эмбриональ­ное целое, характеризующее фазы дробления яйца, диф-ференцировки, морфогенеза и роста зародыша в зароды­шевых оболочках; 3) постэмбриональное онтогенетичес­кое целое, характерное для стадий молодости и зрелос­ти; 4) инволюционное целое, отражающее системный характер инволюционного развития организма на ста­дии старости.

Для каждого уровня целостности характерна своя совокупность системно-регуляторных факторов. Однако, появившись на одной стадии развития, конкретный фак­тор может сохраняться в той или иной форме и на по­следующих, интегрируясь с новыми регуляторными сис­темами.

В цитогенетическом целом, отдельно делящейся клет­ке, основное регуляторное значение имеет цитоплазма-тический контроль, а затем взаимодействие ДНК, РНК и белков. Генетическая информация в процессе матрич­ного синтеза переходит с ДНК на РНК, а с РНК на бел­ки. В свою очередь, осуществляя обратную связь, бел­ки-ферменты и метаболиты-эффекторы играют роль ре­гуляторов функционирования ДНК. Другую сторону це­лостности клетки составляет свойство раздражимости, проявляющееся в ее структурном и функциональном ре­агировании на воздействия среды.

В эмбриональном целом вступают в действие морфо-генетические системы регуляции, проявляющиеся в кле­точном и тканевом взаимодействии при посредстве бел­ков, играющих роль индуцирующих факторов эмбриоге­неза. При этом имеют значение и другие факторы, обус­ловливающие целостность эмбрионального развития. Например, его пространственно-временная организация, фиксация каждого элемента развивающейся системы во времени и пространстве, полярность и самоорганизация системы, взаимная самонастройка, коадаптация ее эле­ментов.

У высшего растения большое значение имеет взаимо­действие листьев и корня со стеблем, на котором форми­руются генеративные органы. Помимо потоков питатель-

29

ных веществ,    взаимодействие   осуществляют   системы гормональной регуляции и раздражимости растений.

У животных на постэмбриональных стадиях ведущее значение для поддержания целостности имеют нейрогу-моральная и гормональная регуляции. Вместе с тем дей­ствуют механизмы более частной морфофизиологическон регуляции: непосредственное взаимодействие органов, тканевое и клеточное взаимодействие. На протяжении всех стадий онтогенеза у растений и животных функцио­нируют внутриклеточные системы регуляции.

Системно-регуляторные факторы обеспечивают со­хранение относительного постоянства, самотождествеи-ности организма и в то же время обусловливают его по­ступательное развитие. Наряду с этими проявлениями системной самоорганизации, характерными для восходя­щей ветви развития, на нисходящей ее ветви, в стадии старости, имеет место системная дезорганизация.

Роль системно-регуляторных факторов, обеспечиваю­щих целостность развития, все конкретнее и полнее рас­крывается в экспериментальных аналитических исследо­ваниях молекулярной биологии развития организма. Сложность возникающих при этом проблем обусловлена тем фактом, что ход развития организма во всей полно­те этого процесса не предопределен ДНК клетки, а обус­ловлен развивающимся целым (цитогенетическим, эм­бриональным и т. д.). Поэтому аналитическое расчлене­ние факторов развития, определение их только структу­рой ДНК недостаточны для познания закономерностей онтогенеза. Этот подход, весьма сложный сам по себе, должен быть интегрирован в научном анализе, основан­ном па системно-историческом осмыслении эксперимен­тальных фактов индивидуального развития организма как целого. Это усложняет задачу исследователя, но только таким путем, через анализ системных факторов развития, можно раскрыть целостность онтогенеза, без чего невозможно познать его в полной мере

Физиологе - биохимическая сущность   жизни

 

изиология, биологическая и биофизи­ческая химия тесно соприкасаются с теоретической биологией, поскольку совместно с ней решают вопрос о био­химических критериях и физиолого-

________       биохимической     сущности         жизни.

Именно к этой общей области указан­ных наук относятся излагаемые ниже закон химического состава живого вещества, и закон си­стемной организации биохимических процессов. В основе этих законов лежит предложенное Энгельсом определе­ние: «Жизнь — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекра­щается и жизнь»3.

Энгельс не считал свое определение исчерпываю­щим, и рассматривая физиолого-биохимическую сущ­ность жизни, мы должны расширить рамки этого опре­деления с учетом более поздних обобщений и формули­ровок, учитывающих последующее развитие науки в этой области.

Закон химического состава живого вещества, или первый закон Энгельса

1.  Материальную основу живых тел составляют органические соединения углерода, которые в   про­цессе жизнедеятельности организма    претерпевают биохимические превращения. Суть   этих превраще­ний — процессы ассимиляции и диссимиляции, т.е. в конечном счете построение живого тела из посту­пающих извне питательных   веществ и разложение органических веществ с выделением   энергии,   ис­пользуемой в процессах жизнедеятельности. Сово­купность ассимиляции и диссимиляции составляет обмен веществ организма, или его метаболизм.

2.  В   обмене   веществ   фундаментальная   роль

3 Энгельс Ф. Диалектика природы. — С. 616,

31

принадлежит белкам-ферментам как катализато­рам и регуляторам биохимических реакций. Кроме того, белки выполняют структурообразующие, дви­гательные, транспортные, иммунологические и энер­гетические функции.

3.  Биосинтез белков   происходит   при   участии нуклеиновых кислот, полимерная    структура кото­рых определяет порядок чередования аминокислот в  молекулах синтезируемых белков. Обладая спо­собностью к передаче   генетической    информации, нуклеиновые кислоты играют    уникальную роль в явлениях наследственности, биосинтезе белка и ин­дивидуальном развитии организма. Наряду с бел­ками нуклеиновые кислоты составляют первоосно­ву жизни.

4.  Помимо белков и нуклеиновых кислот, в жи­вом теле присутствуют многие другие органические соединения, в частности липиды и углеводы, несу­щие особые структурообразующие и энергетические функции, а также универсальный накопитель хими­ческой энергии — аденозинтрифосфорная   кислота (АТФ). Из неорганических веществ   живого   тела особое значение имеет вода, в отсутствие   которой жизнедеятельность невозможна.

Определяя жизнь как форму существования белко­вых тел, Энгельс тем самым подчеркнул уникальную роль белков в качестве биохимической первоосновы жиз­ни. В настоящее время общеизвестно, что белки-фермен­ты катализируют и регулируют биосинтез всех органи­ческих веществ, образуемых в клетке, и всех других про­исходящих в ней биохимических процессов. Белки со­ставляют структурную основу органоидов клетки, обус­ловливают раздражимость клетки и другие проявления жизнедеятельности.

Определяя физиолого-биохимическую сущность жиз­ни, современные ученые называют в качестве ее перво­основы, помимо белков, нуклеиновые кислоты — ДНК » РНК. Такое дополнение вполне обоснованно, поскольку, как выяснилось, нуклеиновым кислотам принадлежит определяющая роль в биосинтезе белков и передаче на­следственных свойств. Таким образом, материальную первооснову жизни составляют высокоспецифичные по­лимерные вещества — белки и нуклеиновые кислоты, образующие вместе с другими компонентами элементар-

32

пую структурно-функциональную единицу жизни — клетку.

Очевидно, следует различать материальную первоос­нову жизни и живое вещество в целом. В первом случае имеются в виду ключевые химические компоненты кле­ток, определяющие процессы биосинтеза и репродукции, а во втором — вся совокупность клеточного и межкле­точного вещества живого тела.

В структурно-функциональной организации клетки роль липидов связана в основном с их участием в фор­мировании плазматических мембран, на поверхности которых протекают биохимические процессы, а также в образовании запасов питательных веществ. Различные углеводы выполняют метаболические функции, являют­ся первичными продуктами фотосинтеза, запасным пи­тательным веществом, составляют значительную часть биомассы растений, входя в состав клеточных оболо­чек. Что касается АТФ, то это вещество, присутствую­щее в каждой живой клетке, играет центральную роль в энергетическом обмене. Другие органические компо­ненты живого вещества не имеют столь универсального значения и поэтому специально не названы.

Включение воды в состав живого вещества объясня­ется тем обстоятельством, что она содержится как обя­зательный компонент в любом живом теле. Это та среда, в которой протекают биохимические процессы. Кроме того, как химический реагент вода участвует в гидроли­зе органических веществ, фотосинтезе и других процес­сах. В водном растворе происходит ионизация неоргани­ческих веществ, участвующих в биохимических реакци­ях. Содержание воды в клетке составляет обычно 60—• 80% и более, что обусловливает также механические свойства живого тела.

Уникальность органических соединений углерода, особенно белков и нуклеиновых кислот, обусловливает всеобщий характер закона химического состава живого вещества.

Закон системной организации биохимических процессов, или закон Берталанфи

1. Любой организм представляет собой откры­тую, неравновесную, самообновляемую, саморегу­лируемую, саморазвивающуюся, самовоспроизводя-

33

щуюся активную систему. Протекающие в ней био­химические процессы характеризуются пространст­венно-временной упорядоченностью и направлены на самообновление и воспроизведение системы в целом.

2.  Открытость живой системы проявляется в ее обмене веществом, энергией и информацией с окру­жающей средой. Неравновесность живой    системы выражается в ее неизбежном изменении.

3.  Самообновляемость живой системы заключа­ется в постоянной замене    разрушаемых   веществ живого тела вновь синтезируемыми. Этот   процесс обеспечивает самосохранение системы.    Саморегу­лируемость выражается в    поддержании в живом теле условий, необходимых для ее самосохранения.

4.  Способность живой системы к саморазвитию и самовоспроизведению, как и любые    другие    ее свойства, подконтрольна    действию    естественного отбора. Она определяет    структурно-функциональ­ную организацию живого тела, его    общебиологи­ческие и конкретные свойства, обеспечивающие са­мосохранение биологических систем в их    индиви­дуальном и историческом развитии.

5.  Непосредственные    причины,    определяющие способность живой системы к саморазвитию и са­мовоспроизведению, — структурно-функциональные особенности нуклеиновых кислот и белков,    старе­ние и обновление живого тела, процесс обмена ве­ществ в целом.

6.  Активность живой системы проявляется в ее избирательности  по отношению к внешним источ­никам питательных веществ,   энергии и   информа­ции, в раздражимости  (активной, в частности дви­гательной, реакции на внешние воздействия), в об­разовании  адаптивных ферментов,  иммунологичес­ких реакциях, активных формах поведения.

7.  Превращение веществ в живом теле выража­ется в многоступенчатых   каталитических   процес­сах, которые образуют линейные и разветвленные цепи, замкнутые циклы и сети биохимических реак­ций живого тела.   Упорядоченность   системы   этих реакций обеспечивается механизмами генетическо­го контроля метаболизма путем индукции и репрес­сии биосин!еза ферментов. Наряду с этим—прост-

34

ранственной  разделенностью биохимических  реак­ций в клетке, регуляцией активности ферментов пу­тем изменения концентрации субстратов, активато­ров и ингибиторов, мультиферментной организацией многоступенчатых реакций, гормональной и нейро-гуморальной  регуляцией  ферментативного катали­за. Функционирование этих системно-регуляторных факторов метаболизма, действующих   в   основном по принципу обратной связи, подчинено    сохране­нию и развитию организма как целого. Если первый закон Энгельса характеризует субстан­циональные, вещественные свойства живой материи, то закон  Берталанфи касается функциональных особенно­стей живых тел, наиболее общих свойств тех физиолого-биохимических процессов, которые   в    них    протекают. Вслед за Людвигом фон Берталанфи (1901 — 1972), рас­сматривая организм как открытую систему, мы прежде всего имеем в виду, что для ее существования необхо­дим обмен со средой веществом и    энергией. В связи с этим напомним некоторые общие представления и фак­ты.

К питательным веществам автотрофных организмов относятся неорганические соединения, главным образом СОз, ионы аммония, азотной, фосфорной кислот, калия, кальция, натрия, соединения, содержащие так называе­мые микроэлементы, необходимые в сравнительно не­больших количествах (Fe, Mg, Mn, В, Си, Zn и др.). Ос­новную группу автотрофных организмов составляют зе­леные растения. Энергетическим источником для них служит световая энергия Солнца. Поэтому их называют также фототрофными организмами. Кроме зеленых рас­тений, к ним принадлежат синезеленые водоросли и фо-тосинтезирующие бактерии. Особую группу автотрофных организмов составляют хемотрофные бактерии, которые получают энергию в процессе превращения неорганиче­ских соединений.

Для питания гетеротрофных организмов нужны орга­нические соединения: белки, жиры, углеводы, витамины. Эти организмы, как и автотрофные, нуждаются также в неорганических соединениях калия, кальция, натрия и микроэлементов. К гетеротрофным организмам принад­лежат все животные, грибы и многие микроорганизмы.

Надо отметить, что белки, жиры и сложные углево­ды в пищеварительном тракте животных под действием

35

ферментов расщепляются на составные части — амино­кислоты, жирные кислоты, моносахариды, которые и по­ступают в кровь. Из этих соединений в клетках организ­ма происходит биосинтез веществ живого тела. Энерге­тическим источником для гетеротрофных организмов служит химическая энергия питательных веществ, под­вергаемых в организме биологическому окислению.

У большинства животных и растений   биологическое окисление происходит при участии молекулярного кис­лорода, в котором нуждаются все аэробные организмы. У них процесс биологического окисления происходит в форме дыхания. Существуют, однако, обширные группы организмов, у которых источником кислорода для био­логического окисления являются органические кислород­содержащие соединения, главным образом углеводы. В этом случае биологическое окисление происходит в фор­ме брожения, сущность которого раскрыл Луи Пастер. Организмы, не нуждающиеся в   свободном    кислороде, называют анаэробными.    К ним   принадлежат   многие микроорганизмы и некоторые паразитические животные. Следует иметь в виду, что биологическое окисление без участия молекулярного кислорода как звено метаболиз­ма происходит и в аэробных организмах.    Кроме того, имеются факультативные анаэробы, у которых в зависи­мости от условий биологическое окисление происходит тем или иным способом.

Основной источник азота для гетеротрофных орга­низмов — белки, для автотрофных — соли азотной кис­лоты и аммония. Однако некоторые микроорганизмы способны к усвоению молекулярного азота. К ним отно­сятся клубеньковые бактерии, азотобактер, азотфикси-рующие синезеленые водоросли.

Необходимость  поступления  в организм  воды,  оче­видно, не нуждается в    комментариях.   Обезвоживание организма часто приводит к смерти. Однако многие ви­ды выдерживают значительное обезвоживание, сохраняя жизнеспособность. Такое состояние, при котором жизне­деятельность резко затухает,  но жизнеспособность со­храняется, называют анабиозом. Помимо    обезвожива­ния, состояние анабиоза может вызвать понижение тем­пературы. Анабиозу подвержены микроорганизмы, рас­тения умеренного и холодного климата, многие живот­ные как беспозвоночные, так и позвоночные. У многих видов анабиоз —: нормальный этап   жизненного цикла. 36

Это биологическое приспособление к перенесению небла­гоприятных для жизнедеятельности условий (например, зимой) или к распространению в пространстве (напри­мер, в форме спор или семян).

В понимании системной организации биохимических процессов важное место принадлежит принципу регули­рования на основе обратной связи. Под обратной связью понимают воздействие результатов функционирования системы на характер этого функционирования. В биохи­мических процессах обратная связь выражается в воз­действии продуктов реакции на ход этой реакции. Осо­бое значение в живых системах имеет отрицательная обратная связь, ослабляющая течение биохимического процесса под действием его продукта. Отрицательная обратная связь стабилизирует функционирование систе­мы, делает ее работу устойчивой.

Следует, однако, иметь в виду, что устойчивость био­химической системы организма неабсолютна. Напротив, такую систему можно характеризовать как находящую­ся в состоянии устойчивого неравновесия. Один из вид­ных теоретиков биологии, советский и венгерский уче­ный Э. С. Бауэр (1890—1942), сформулировавший прин­цип устойчивого неравновесия живых систем и постро­ивший на нем концепцию теоретической биологии, пи­сал: «Всем живым существам свойственно прежде все­го самопроизвольное изменение своего состояния, т. е. изменение состояния, которое не вызвано внешними при­чинами, лежащими вне живого существа...» (Бауэр, 1935. — С. 22).

Закон системной организации биохимических процес­сов логически связан с рассмотренными ранее законами биологической эволюции и индивидуального развития организма, так как системная организация познается исходя из принципа развития. Пониманию этого закона 'должен способствовать также анализ генетико-киберне-тической сущности жизни, к которому мы переходим в следующем разделе

 

 

 

38

Генетике - кибернетическая сущность    жизни

обширной области генетики  и  био­логической кибернетики мы попыта­емся выделить основные обобщения, без которых невозможно   построить современную теорию общей    биоло­гии.  Рамки    генетики    ограничены изучением наследственности   и   из­менчивости. Что же касается биоло­гической кибернетики, то ее границы более неопределен­ны.  Оперируя  понятиями управления    и    информации, биологическая кибернетика    касается    таких    областей биологии,  как генетика, эволюционная    теория,  физио­логия, биохимия, биогеоценология.

Как и в предыдущих главах, мы формулируем сде­ланные выводы в виде двух законов.

Закон информационной обусловленности биологических явлений, или закон Уоддингтона

1. Системно-регуляторные факторы, определяю­щие развитие и жизнедеятельность организма, фак­торы, контролирующие процессы обмена веществ и энергии, можно рассматривать    как    совокупность управляющих сигналов, несущих    информацию    о данной живой системе и окружающей среде. В за­висимости от источника  поступления следует раз­личать генетическую   (внутреннюю)   и экологичес­кую (внешнюю) информацию. В совокупности они составляют биологическую информацию организма как открытой системы,    являющейся   результатом эволюции.

2. На основе генетических и биохимических ис­следований были выявлены вещества — основные носители биологической информации, которые мож­но назвать информатидами, или семантидами. К ним относятся высокоспецифические полимерные вещества, в первичной структуре которых заключе­на информация, определяющая признаки и свойст-

ва организма. Информатиды принадлежат к нуклеи­новым кислотам (ДНК, РНК) и белкам.

3. Перенос информации с помощью информатид осуществляется путем их воспроизведения на осно­ве матричного синтеза и передачи от материнских клеток к дочерним или по иным каналам связи. При этом возможен перенос информации с ДНК на ДНК (репликация), с ДНК на РНК (транскрип­ция), с РНК на ДНК (обратная транскрипция), с РНК на белки (трансляция). Обратная трансля­ция, т. е. передача структурной информации с бел­ков на РНК или ДНК, по всей вероятности, невоз­можна, как и синтез белка в организме, вне про­цесса трансляции,

4.  В типичном случае первичные   информатиды (ДНК) выполняют функции передачи генетической информации последующим    поколениям, а    также переноса ее на РНК.   Промежуточные информати­ды  (РНК)  обеспечивают передачу информации ос ядра к рибосомам и специфический биосинтез бел­ков.  Роль последних  как    конечных    информатид проявляется в реализации генетической и экологи­ческой информации в свойствах и признаках орга­низма.

5.  Экологическая информация   оказывает адек­ватное воздействие на белки-информатиды, что на­блюдается в таких фактах, как образование адап­тивных ферментов и антител. У большинства видов животных экологическая информация воспринима­ется также через нервную систему, определяющую их целостность. При этом роль носителей информа­ции, т. е. информатид, играют нейроны    (нервные клетки).

6.  Возникающие в структуре ДНК   спонтанные изменения (мутации) могут   быть   стимулированы внешними воздействиями и, если    не    приводят к летальным   последствиям,   передаются    потомству, составляя элементарный материал эволюции. Био­логические популяции содержат резерв разнообраз­ных мутаций, находящихся в рецессивном, подав­ленном состоянии. При    повышении концентрации этих мутаций в популяции создаются условия для их проявления и включения в процесс естественно­го отбора.

39

Один из основоположников теоретической биологии, английский ученый Конрад Хэл Уоддингтон (1905— 1975) считал необходимым в определение сущности жизни ввести понятие информации, широко интерпрети­рованное им. Биологическая информация — это отпеча­ток наследственных свойств и условий онтогенетическо­го развития организма в структуре его информатид, за­поминающих устройствах нервной системы и, возможно, иных системно-регуляторных факторов. Исходную про­грамму развития организма составляет генетическая ин­формация, закодированная в структуре ДНК. В ходе развития на эту программу наслаивается экологическая информация, которая программирует ход дальнейшего развития в границах, определяемых наследственностью. Эти границы составляют так называемую норму реак­ции, изменение которой обусловливается мутациями, за­трагивающими структуру ДНК-

Понятие экологической информации наиболее отчет­ливо выявляется на примерах, связанных с воздействи­ем внешней среды на память животных, т. е. на запоми­нающие механизмы их нервной системы. В более широ­ком плане понятие экологической информации можно иллюстрировать на примере восприятия организмом био-геоценотических факторов. Напомним, что в отличие от компонентов биогеоценоза его факторы не привносят ве­щество и энергию, однако существенно влияют на его компоненты. Такие факторы, как температура, чередова­ние дня и ночи, гравитация, рельеф местности и т. п.,—• наглядный пример факторов биогеоценоза, которые воз­действуют на организм в ходе его онтогенеза и пред­ставляют элементарные источники экологической ин­формации. Особую группу источников экологической ин­формации составляют биотические факторы развития ор­ганизма, выявляемые, например, во взаимоотношениях хищника и жертвы, насекомоопыляемых растений и их опылителей и т. п.

В понятие источников экологической информации входит также состав питательных веществ и особенно­сти энергетических ресурсов, используемых организмом в процессах его развития и метаболизма. Об этих ком­понентах среды можно без иносказаний утверждать, что они ассимилируются организмом, представляя входящий поток экологической информации. Наконец, к источни­кам экологической информации следует также отнести

40

внешние факторы отрицательного значения: источники болезней, различных повреждений и физиологических нарушений, токсические вещества и т. п.

Рациональный смысл истолкования всех вышеука­занных экологических факторов развития и существова­ния организма как элементарных источников информа­ции, т. е. источников информационных сигналов, обус­ловлен тремя обстоятельствами. Во-первых, тем, что все эти факторы являются не только условиями реализации генетической программы, но и элементами онтогенетиче­ского программирования дальнейшего развития и суще­ствования организма. Во-вторых, генетическая информа­ция по своей содержательной сущности в значительной мере может быть соотнесена с экологической информа­цией. Ведь и та и другая в их взаимодействии обуслов­ливают одни и те же группы признаков и свойств цело­стного организма. В-третьих, в ходе исторического раз­вития через механизм естественного отбора экологиче­ская информация отражается в генетической, которая представляет, таким образом, ее отпечаток.

Первичность отражаемого объекта и вторичность его отражения — основополагающий принцип материа­листической диалектики. Этому принципу вполне отве­чает трактовка генетической информации конкретного организма как отражения экологической информации, накопленной в процессе естественного отбора филогене­тического ряда его предков.

Вхождение экологической информации в филогенез, который кодирует себя в генетической информации, про­исходит в процессе естественного отбора мутаций и рекомбинаций, т. е. на популяционном уровне. Совер­шенно иной механизм вхождения экологической инфор­мации в онтогенез. Этот процесс происходит на организ-< менном, клеточном и молекулярном уровнях и носит не эволюционно-генетический, а физиолого-биохимический характер.

В настоящее время еще нет законченной общебиоло­гической теории этого процесса. Однако широко призна­ется, что он не затрагивает первичную структуру ДИК и РНК- Что касается структуры белков, в том числе, возможно, в какой-то мере и их первичной структуры, то под непосредственным воздействием источников эколо­гической информации она может меняться адекватным

41

образом. Об этом свидетельствует такой факт, как обра-зование адаптивных ферментов в результате изменения состава питательной среды в культурах микроорганиз­мов. У высших организмов о молекулярных изменениях I, специфическом синтезе белков под действием экологи­ческой информации ^свидетельствует индуцированное об­разование антител. При этом иногда могут образоваться белки (ферменты и антитела) заведомо новой структу­ры, совсем не характерной для предшествующих поко­лений организма, подвергаемого воздействию принци­пиально новой экологической информации. Такие случаи отмечаются при введении в состав питательной среды микроорганизмов нового искусственно синтезированного пещества, разлагаемого под действием индуцированного им фермента. Сходное явление может наблюдаться при использовании искусственных антигенов, не имеющих аналогов в природе и индуцирующих образование специ­фических к ним антител.

Элементарный механизм вхождения экологической гнформации в онтогенез через запоминающие механиз­мы нервной системы — образование условных рефлек­сов. Безусловные рефлексы — пример вхождения эколо­гической информации в филогенез.

Закреплению в филогенезе подложат лишь те мута­ции, которые обеспечивают изменения нормы реакции, соответствующие изменениям в экологической информа­ции. Поэтому филогенетическая изменчивость идет в на­правлении отбора, и таким образом экологическая ин­формация преобразуется в генетическую.

Закон дискретности и непрерывности биологической информации, или закон Моргана—Эфрусси

1.  Расчлененность    наследственного    основания на гены, соединенные в группы   сцепления — хро­мосомы, а генов — на нуклеотидные триплеты, мо-лекулярно-дискретная организация и качественная определенность белков организма как конечных ин-форматид, обусловленность нервной    деятельности отдельными рефлексами — все это выражает дис­кретность (прерывность) биологической   информа­ции.

2.  Внутреннее единство, целостность биологиче-

ской информации любого организма, несводимость этой информации к простой сумме ее элементарных единиц выражают свойство ее непрерывности. В конкретной экспрессии (реализации) биологиче­ской информации ее дискретность и непрерывность проявляются одновременно, обусловливая единый процесс информационной детерминации (определе­ния) развития и функционирования организма.

3. Отдельные стороны этого процесса составля­ют генная, геномная и надгеномная (эпигенетиче­ская) детерминации. Любой признак организма при учете его полной причинно-следственной обус­ловленности определяется взаимодействием все/: этих сторон, в чем конкретно и проявляется един­ство дискретности и непрерывности биологической информации.

Раскрытие дискретных свойств наследственного осно* вания стало возможным благодаря созданию хромосом­ной теории наследственности и выяснению природы ДНК. Крупнейшим этапом в этом направлении исследо­ваний были работы Томаса Хаита Моргана (1866—1945) и его школы. С другой стороны, изучение биохимической природы действия гена на признаки организма стало не­обходимой предпосылкой установления связи генетики с биологией развития, без чего невозможно раскрыть не­прерывность биологической информации.

Одним из первых ученых, исследовавших генетичес­кий контроль биохимических процессов, был Борис Эф­русси, работы которого позволили на некоторых конк­ретных примерах показать связь гена с морфологически­ми признаками через контроль синтеза определенных веществ. Закон дискретности и непрерывности биологи­ческой информации, или закон Моргана—Эфрусси, отра­жает оба эти направления исследований. Они привели к формированию современной генетики и биологии инди­видуального развития, раскрывающих дискретность ч непрерывность биологической информации на молеку­лярном, клеточном и организменном уровнях.

Дискретность генетической информации как выраже­ние действия отдельных генов наглядно проявляется при внутривидовой гибридизации в комбинировании альтер­нативных признаков исходных форм у расщепляющегося потомства. Однако в ходе развития генетики выясни­лось, что один ген может определять ряд признаков и, в

43

свою очередь, один признак может определяться многи­ми генами. Это создало предпосылки для дополнения концепции генной детерминации представлением о це­лостной геномной детерминации, раскрывающей свойст­во непрерывности генетической информации.

Если отдельный ген может определять, допустим, ок­раску цветка, то нельзя забывать, что для осуществле­ния этой генной детерминации как минимум необходи­мо, чтобы этот цветок сформировался в процессе онтоге­неза растения. Л это уже проявление действия многих генов, т. е. геномной, а также и надгеномной детермина­ции, зависящей от вхождения в онтогенез экологическиfi информации. Идея геномной детерминации может счи­таться важным принципом современной генетики, про­тивостоящим упрощенному представлению об организме как мозаичной сумме независимых признаков, опреде­ляемых независимыми друг от друга генами.

Надгеномную (эпигенетическую), или фенотипичее-кую, детерминацию по традиции большинство генетиков резко обособляют от геномной и генной. Такое обособ­ление, однако, кажется не вполне правомерным. Ведь ге­нетическая информация реализуется только в единстве с экологической информацией, поступающей в данный организм в процессе его индивидуального развития. Это соображение приводит многих биологов к выводу, что разграничение понятий генотип и фенотип при кон­кретном исследовании реальных фактов детерминации развития целостного организма не должно абсолютизи­роваться.

Помимо других взаимосвязей между законами теоре­тической биологии, следует особо отметить частичную обусловленность закона Моргана — Эфрусси законом Дриша, поскольку в непрерывности биологической ин­формации проявляется целостность онтогенеза. Что же касается дискретности биологической информации, то, кроме законов эволюции, это ее свойство обусловлено биохимическими законами, проявляющимися в особен­ностях строения информатид, расчленяемых на гены и иные структурные элементы закодированной в них ин­формации. Таким образом, закон Моргана — Эфрусси не только эмпирическое обобщение, но в какой-то мере к логическое следствие других законов теоретической биологин.

14

 

Человек   и   жизнь   планеты

иологическая природа человека, его про­исхождение и место в таксономическом и геобиологической системах органичес­кого мира, факторы эволюции человека, особенности строения, функций и инди­видуального развития человеческого ор­ганизма, генетика человека, проблемы патологии и другие медицинские аспекты изучения человека, расовое и антрополо­гическое разнообразие людей — таков неполный пере­чень проблем естественнонаучного изучения человека.

Познание природы человека включает также широ­кий круг направлений в области исследования его соци­альной и духовной жизни, развития его интеллектуаль­ной и предметной деятельности. Таким образом, чело­век — объект исследования широкого круга биологиче­ских, медицинских, общественных и гуманитарных дис­циплин, формирующих комплексную науку о челове­ке — гуманистку.

Изучение человека методами разных наук в целях комплексного его познания в последнее время привлека­ет особое внимание ученых. Показательны в этом отно­шении встречи и научные конференции философов, био­логов, обществоведов, ученых других специальностей, посвященные проблеме изучения человека. Многие счи­тают, что настало время объединить усилия разных на­ук по изучению человека в рамках единой комплексной программы, чему служит организация в СССР специаль­ного Института человека.

В комплекс наук, изучающих данную проблему, вхо­дит и теоретическая биология, одна из важных задач ко­торой — установление основных законов, касающихся эволюции человека, его биологической природы и плане­тарной роли. В настоящее время в рамках теоретичес­кой биологии можно выделить два крупнейших обобще­ния в этой области. Закон ведущей роли труда в станов­лении и развитии человека, или второй закон Энгельса, и закон биосферной роли разума, или второй закон Вер­надского.

Человек — часть и продукт развития не только при«

45

роды, но и общества, и названные законы одновремен­но принадлежат к биологическому и общественному циклам наук, т. е. их в равной мере можно назвать и биологическими и общественными законами.

Закон ведущей роли труда

в становлении и развитии человека,

или второй закон Энгельса

1.  Эволюция обезьяноподобных   предков совре­менного человека привела к   возникновению   вида Homo sapiens — человек разумный. Ведущую роль в этом процессе играла трудовая деятельность до­исторических предков человека,    предпосылкой ко­торой был переход к прямохождению с освобожде­нием передних конечностей от функции передвиже­ния.

2.  Трудовая деятельность, которая началась с из­готовления орудий труда, привела к эволюционно­му преобразованию руки, возникновению членораз­дельной речи, развитию мозга и высшей нервной деятельности со второй сигнальной системой, дру­гим   морфофизиологическим  изменениям,   характе­ризующим облик и особенности строения современ­ного человека.  Все эти изменения происходили в условиях перехода предков человека от биологиче­ских форм совместного существования к социаль­ным.

3.  В ходе антропогенеза роль естественного от­бора постепенно уменьшалась, а роль труда и его общественного характера, роль сознания    и    речи возрастала. В итоге биологические закономерности эволюции предков современного    человека в кон­це концов были   замещены   закономерностями со­циальными, а природа человека обогатилась соци­альным содержанием, которое и определяет его об­щественную сущность.

4.  Способность к труду не    предопределена ге­нетически, а развивается на базе врожденных осо­бенностей в процессе обучения, выполнения трудо­вых  операций,   обмена   опытом    между   людьми. Труд — основа существования и развития челове­ческого общества и каждого человека.

В истории науки   об   антропогенезе   формированию 46

представлений о ведущей роли труда в становлении и развитии человека предшествовало обоснование концеп­ции животного происхождения человека. По своей сути эта концепция отвергает религиозную веру в сотворение человека богом и является естественным развитием тео­рии биологической эволюции. Ученые давно установили, что по своему строению, функциям и эмбриональному развитию человеческий организм во многом подобен ор­ганизму млекопитающих животных, особенно высших обезьян. Это дало основание еще Линнею при разработ­ке классификации животных включить в группу прима­тов вместе с обезьянами и полуобезьянами человека.

Сходство человека с животными, особенно с челове­кообразными обезьянами — шимпанзе, гориллой и оран­гутаном, — проявляется в строении скелета, внутрен­них органов, органов чувств. Человек и обезьяны сходны в выражении эмоций — радости, гнева, печали. Для обезьян характерны те же четыре группы крови, что и для человека, имеются общие инфекционные болезни и паразиты, весьма близки морфологические особенности хромосомного аппарата. О животном происхождении че­ловека свидетельствуют также рудиментарные органы, например, червеобразный отросток слепой кишки, а так­же случаи атавизма: чрезмерного развития волосяного покрова, образования хвоста, дополнительных сосков.

Вместе с тем человеческий организм качественно от­личается от организма обезьян, что выражается в про­порциях и особенностях скелета, связанных с прямохож-дением, в строении рук, стопы, в значительно меньшем развитии волосяного покрова и, наконец, — что особен­но важно — в развитии головного мозга и его полуша­рий, поверхность которых у человека примерно в 3,5 ра­за больше, чем у обезьян.

Жан Батист ламарк первым выдвинул идею о про­исхождении человека от обезьяноподобных предков. Он указал на значение перехода предков человека от дре­весного образа жизни к прямохождению, изменившему строение их тела. В формировании человека он прида­вал важное значение также развитию речи, считая, что ее появлению способствовал стадный образ жизни пред­ков человека.

Дарвин, развивая свое эволюционное учение, пришел к выводу, что человек — продукт и высшее звено эволю-

47

 

ционного процесса. В книге «Происхождение человека и половой отбор» (1871) Дарвин обосновал представле­ние о происхождении человека от обезьяноподобных предков, указав при этом на значение социальных фак­торов в антропогенезе. Особое внимание он уделял изу­чению сходства обезьян с человеком в выражении эмо­ций.

Значение социальных факторов антропогенеза глу­боко исследовано Энгельсом в его работе «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека» (1896). В зтой работе показано, что трудовая деятельность, нача­лом которой стало изготовление орудий труда, была ве­дущим фактором формирования человека. Именно эта деятельность определила создание человеческого обще­ства, развитие сознания и членораздельной речи. Труд и названные здесь социальные факторы постепенно оттес­нили естественный отбор в человеческих популяциях. Они стали основными движущими силами эволюции че­ловека, определившими характер преобразований чело­веческого организма, включая его психическую деятель­ность со способностью к абстрактному мышлению.

Антропологические и археологические исследования подтвердили взгляды Дарвина о происхождении челове­ка от обезьяноподобных предков и теорию Энгельса о ведущей роли труда в процессе антропогенеза. Были об­наружены костные остатки предков человека — пите­кантропа, синантропа, гейдельбергского человека, неан­дертальца и других, а также первого из современных людей — кроманьонца, изображенного на обороте обложки в момент охоты. Вместе с костями найдены орудия труда, совершенствование которых прослежено на находках, относящихся к разным эпохам.

В широком философском плане ценность теории Эн­гельса состоит не только в выявлении движущих сил предыстории современного человека и человеческого об­щества, но и в том, что в ней утверждается идея взаимо­влияния труда и мышления, единства трудовой и интел­лектуальной деятельности. Эта идея имеет принципиаль­ное значение для осмысления и претворения в жизнь учения Вернадского о биосферной роли разумной дея­тельности человека. Именно это учение составляет осно­ву тех обобщений, которыми мы завершаем изложение законов теоретической биологии.

48

Закон биосферной роли разума, или второй закон Вернадского

1.  В ходе формирования и развития человечес­кого общества и расширения   хозяйственной   дея­тельности человека закономерно углублялось и уси­ливалось его воздействие на   биогеоценозы и био­сферу в целом. Это    воздействие    проявлялось    в окультуривании природных ландшафтов. Расчища­ли леса под пашню, осушали болота, орошали зем­ли. Создавались агробиоценозы,  развивались вод­ное, лесное, охотничье и рыбное хозяйства.

2.  С развитием промышленности и    интенсифи­кацией сельского хозяйства   воздействие  человека на биосферу возрастало. Во многих случаях это со­провождалось ухудшением    экологической    обста­новки в связи с загрязнением природной среды про­мышленными отходами и хищническим использова­нием природных богатств:    лесов,    рыбных,    охот­ничьих, почвенных и водных ресурсов.

3.  Ухудшение    экологической    обстановки    под воздействием неразумной хозяйственной деятельно­сти закономерно приводит к деградации биогеоце­нозов. В результате эрозии почв,    загрязнения зе­мель и водоемов снижается биологическая продук­тивность, исчезают редкие биологические виды, и в итоге всего этого нарушается    хрупкая    структура биосферы с отрицательными последствиями для че­ловека и природы.

4.  Для сохранения и развития цивилизации не­обходимо воспрепятствовать деградации биосферы и перевести  ее   в   качественно новое состояние — ноосферу, т. е. сферу разумной деятельности чело­века. Этому будут способствовать меры: а)  разум­но организованная система охраны природы и во­зобновления    биологических    ресурсов;    б)  рацио­нальное ведение и природоохранное регулирование сельского, водного, лесного, охотничьего и рыбного хозяйств; в)  повсеместное применение в    промыш­ленности безотходных технологий,    основанных на глубокой  переработке сырья, утилизации  отходов, герметизации производственных емкостей и полной очистке стоков и газопылевых выбросов.

5.  Особенно опасными   последствиями для био-

49

сферы и существования человечества чревата ми­литаризация экономики и гонка атомных вооруже­ний. Научный анализ показал, что развязывание атомной войны привело бы человеческую цивили­зацию к гибели. Поэтому для человечества нет бо­лее важной задачи, чем предотвращение такой уг­розы.

Вернадский выдвинул идею о неизбежности перехо­да биосферы в качественно новое, высшее состояние — ноосферу, т. е. в буквальном переводе — сферу разума. Под ноосферой он подразумевал биологическую оболоч­ку Земли, закономерно претерпевшую положительные качественные изменения механизмов своего возобновле­ния благодаря разумной деятельности человека. Возник­новение ноосферы не стихийный результат развития про­изводительных сил, ибо такой результат выражается главным образом в деструктивных, отрицательных изме­нениях биосферы. Положительные изменения биосферы выражаются в улучшении экологической обстановки в глобальном масштабе. Они возможны лишь при усло­вии, что экологическим аспектам развития промышлен­ности и народного хозяйства в целом придается приори­тетное значение по сравнению с чисто экономическими сиюминутными выгодами.

Формирование ноосферы — одна из глобальных за­дач человечества на современном этапе его развития. Человек — часть природы, и осознание этой истины по­могает людям глубже понять их роль и ответственность перед грядущими поколениями за уникальные природ­ные богатства, которые даны нам в биосфере и которые мы должны не только сохранить, но и приумножить.

Решению экологических задач, направленных на формирование ноосферы, способствуют законодательные меры по Охране природы и организация контроля за их соблюдением. В этой связи большую роль в нашей стра­не призваны играть Госкомитет по охране природы, эпи­демиологическая служба Министерства здравоохране­ния, другие органы государственной власти, осуществ­ляющие экологический контроль за деятельностью пред­приятий и министерств. Помимо мер экологического за­конодательства и контроля, необходимо повышение эко­логической культуры общества, что требует улучшения экологического образования и воспитания в средней и высшей школе.

50

Формирование ноосферы — объективный закон раз­вития природы и общества. Однако в его реализации весьма велика роль субъективного фактора. Поэтому высокое чувство ответственности за состояние окружаю­щей нас природы — один из важнейших показателей, характеризующих нравственный и интеллектуальный уровень современного человека,

Ступени   восхождения

Вперед то под гору, то в гору Бежит прямая магистраль, Как разве только жизни в пору Все время рваться вверх и вдаль.

Б. ПАСТЕРНАК

Если вам понравился сайт, то поделитесь со своими друзьями этой информацией в социальных сетях, просто нажав на кнопку вашей сети.
 
 
 
 
  Locations of visitors to this page
LightRay Рейтинг Сайтов YandeG Яндекс цитирования Яндекс.Метрика

 

Besucherzahler

dating websites

счетчик посещений

russian brides

contador de visitas

счетчик посещений