Биология: возникновение развитие и рассматриваемые проблемы

В середине XVIII в. среди биологов еще  не утвердилась мысль о том, что  объяснение организации живого находится  в прямой зависимости от понимания  истории его развития. Вместе с  тем постановка и обоснование  задачи создания естественной системы  означали, что начинается этап формирования предпосылок первой фундаментальной  теории в биологии, вскрывающей “механизм” происхождения органических видов. Но такие предпосылки формировались  не только в систематике, но и в  эмбриологии.

В первой половине XVIII в. борьба преформизма  и эпигенеза особенно обостряется. Все более четко проявляется  различие их философско-методологических оснований. Преформисты (Ш. Бонне, А. Галлер и др.), опиравшиеся на абстрактно-умозрительную  традицию, считали, что проблема эмбрионального развития Должна получить свое разрешение с позиций всеобщих принципов  бытия, постигаемых исключительно  разумом, и поэтому без особого  энтузиазма относились к эмпирическим исследованиям в эмбриологии. Сторонники теории преформации, как правило, были рационалистами и считали, что разум  определяет конечный результат познания независимо от результатов наблюдения.

На иных философско-методологических “строительных лесах” возводилась  концепция эпигенеза. Выражая стихийно-эмпирическую традицию, эта концепция нацеливала исследователей на наблюдательные и  экспериментальные операции над  процессом образования организма  из бесструктурной, неоформленной изначальной  субстанции. Для сторонников эпигенеза  характерна постоянная нацеленность на опытное изучение эмбриогенеза.

Вместе с тем философские  основания эпигенеза в ходе его  исторического развития не оставались неизменными. Так, ранний эпигенез XVII в., представленный, например, в работах  У. Гарвея, опирался на аристотелизм и  объяснял новообразования в эпигенезе  с телеологических позиций как  следствие “стремления к совершенству”. В XVIII в. усиливается тенденция материалистического  истолкования эмбриогенеза, что становится особенно заметным в трудах К. Вольфа, который пытался переосмыслить  эпигенез в духе материализма и методологических установок физики. К. Вольф трактовал  эпигенез как результат действия двух существенных начал — силы, регулирующей питательные соки, и  способности их затвердевания.

Позиция эпигенеза также была более  перспективной, чем позиция преформизма, в проблеме зарождения жизни. Эпигенетики  отказались от идеи божественного творения живого и сумели подойти к научной  постановке проблемы происхождения  жизни. Уже Вольф сделал недвусмысленный  вывод о принципиальной возможности возникновения органических тел в природе... путем зарождения их из неорганических веществ.

Таким образом, система биологического познания в конце XVIII в. подошла к  рубежу, который требовал перехода на качественно новый уровень  организации средств познания в  связи с проблемами эмбриогенеза и создания естественной системы. Лейтмотивом  нового этапа развития биологии стала  идея эволюции.

4. Отличие живого от неживого

Мир живых существ, включая  человека, представлен биологическими системами различной структурной  организации и разного уровня соподчинения, или согласованности. Из курса ботаники и зоологии известно, что все живые организмы состоят  из клеток. Как бактериальная клетка, так и клетка простейших представляет собой целый организм, способный  выполнять все функции, необходимые  для обеспечения жизнедеятельности. А вот клетки, входящие в состав многоклеточного организма, специализированны, т.е. могут осуществлять только одну какую-либо функцию и не способны самостоятельно существовать вне организма. Элементы организма – клетки, ткани  и органы – в сумме ещё не представляют собой целостный организм. Лишь соединение их в исторически  сложившемся в процессе эволюции порядке, их взаимодействие, образует целостный организм.

Интуитивно мы все понимаем, что  есть живое и что – мертвое. Однако при попытке определить сущность живого возникают трудности. Так, один из авторов предложил следующее  «глубокомысленное» определение: живой  организм – это тело, слагаемое  из живых объектов; неживое тело – слагаемое из неживых объектов⁶.

Но кроме подобных, явно бессодержательных  определений, представляющих собой, по сути, тавтологию, имеют и другие, более содержательные. Однако и они  на поверку оказываются неполными  и потому уязвимыми. Широко известно, например, определение, данное Ф.Энгельсом, что жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. И все же живая мышь и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае – в результате дыхания, а в другом – в процессе горения. Этот простой пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и мертвые объекты. Таким образом, обмен веществ является хотя и необходимым, но недостаточным критерием определения жизни, впрочем, как и наличие белков.

Из всего сказанного можно сделать  вывод, что дать точное определение  жизни весьма непросто. Современная  биология при описании живого идет по пути перечисления основных свойств  живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность данных свойств  может дать представление о специфике  жизни.

К числу свойств живого обычно относят  следующие: Живые организмы характеризуются  сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно  выше, чем в неживых системах. Живые организмы получают энергию  из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо  или косвенно использует солнечную  энергию. Живые организмы активно  реагируют на окружающую среду. Способность  реагировать на внешние раздражения  – универсальное свойство всех живых  существ, как растений, так и животных. Живые организмы не только изменяются, но и усложняются. Все живое размножается. Эта способность к самовоспроизведению, пожалуй, самая поразительная способность  живых организмов. Причем потомство  и похоже, и в то же время чем-то отличается от родителей. В этом проявляется  действие механизмов наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы. Сходство потомства с родителями обусловлено  ещё одной замечательной особенностью живых организмов – передавать потомкам заложенную в них информацию, необходимую  для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах – единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни.

Из совокупности этих признаков  вытекает следующее обобщенное определение  сущности живого: жизнь есть форма  существования сложных, открытых систем, способных к самоорганизации  и самовоспроизведению. Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые  кислоты⁷.

Учитывая сохраняющуюся дискуссионность  категории жизни, анализ ее признаков  следует дополнить рассмотрением  структуры живого, составляющих его  элементов, частей.

Есть несколько фундаментальных  отличий живого от неживого в вещественном, структурном и функциональном планах. В вещественном плане в состав живого обязательно входят высокоупорядоченные  макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами, - белки и  нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). В структурном плане живое  отличается от неживого клеточным строением. В функциональном плане для живых  тел характерно воспроизводство  самих себя. Устойчивость и воспроизведение  есть и в неживых системах. Но в живых телах имеет место  процесс самовоспроизведения. Также  живые тела отличаются от неживых  наличием обмена веществ, способностью к росту и развитию, активной регуляцией своего состава и функций, способностью к движению, раздражимостью, приспособленностью к среде и т.д. Неотъемлемым свойством  живого является деятельность, активность. «Все живые существа должны или действовать, или погибнуть. Мышь должна находиться в постоянном движении, птица летать, рыба плавать и даже растение должно расти»⁸.

Многогранность  живого. Предбиологические структуры, представляющие собой гигантские органические макромолекулы, являются пределом химической эволюции вещества. Следующий и принципиально иной уровень сложности в организации материи по сравнению с атомарно-молекулярном уровнем – это живая материя, живая природа, Жизнь во всех ее формах является объектом биологии, поэтому, имея в виду все живое, можно говорить о биологическом уровне организации материи.

Живая природа (коротко – жизнь) – это такая форма организации  материи на уровне макромира, которая  резко отличается от других форм сразу  многими признаками. Каждый из этих признаков может служить для  разграничения живой и неживой  природы, а соответственно – основой  для определения, что есть жизнь. Существенными оказываются все  эти признаки. Ни одним из них  нельзя пренебречь.

Прежде всего, любой живой объект является системой – совокупностью  взаимодействующих элементов, которая  обладает свойствами, отсутствующими у элементов, образующих этот объект.

Микроскопичность живого означает, что любой живой организм, начиная  с бактерии, или же его самостоятельно функционирующая подсистема должна содержать большое число атомов. Иначе упорядоченность, необходимая  для жизни, разрушилась бы флуктуациями.

Гетерогенность означает, что организм образован из множества различных  веществ.

Открытость живой системы проявляется  в непрерывном обмене энергией и  веществом с окружающей средой. Самоорганизация  возможна лишь в открытых сильнонеравновесных  системах.

Элементный состав живого определяется главным образом шестью элементами: кислород, углерод, водород, азот, сера, фосфор. Кроме того, живые системы  содержат совокупность сложных биополимеров, которые для неживых систем не характерны (белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и др.) Живые системы существуют конечное время. Свойство самовоспроизведения сохраняет биологические виды. Конечность живых систем создает условия их сменяемости и совершенствования.

Свойство всего живого – раздражимость  – проявляется в виде реакции  живой системы на информацию, воздействие  извне.

Живая система обладает дискретностью  – состоит из отдельных (дискретных) элементов, взаимодействующих между  собой. Каждый из них также является живой системой. Наряду с дискретностью  живой системе присуще свойство цельности – все ее элементы функционируют  только благодаря функционированию всей системы в целом.

Рассмотри подробнее критерии, отличающие живые системы от объектов неживой  природы, и основные характеристики процессов жизнедеятельности, выделяющие живое вещество в особую форму  существования материи.

Особенности химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы. Однако соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. Элементный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, магнием, алюминием и т.д. В живых организмах 98% химического состава приходится на четыре элемента – углерод, кислород, азот и водород. Однако в живых телах эти элементы участвуют в образовании сложных органических молекул, распространение которых в неживой природе принципиально иное по количеству, как по количеству, так и по существу. Подавляющее большинство органических молекул окружающей среды представляют собой продукты жизнедеятельности организмов.

Метаболизм. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой, поглощая из нее вещества, необходимые для питания, и выделяя продукты жизнедеятельности. В неживой природе также существует обмен веществами, однако при небиологическом круговороте веществ они просто переносятся с одного места на другое или меняется их агрегатное состояние: например смыв почвы, превращение воды в пар или лед.

Живые организмы поглощают из окружающей среды различные вещества. Вследствие целого ряда сложных химических превращений  вещества из окружающей среды уподобляются веществами живого организма и из них строится его тело. Эти процессы называются ассимиляцией, или пластическим обменом. Другая сторона обмена веществ – процессы диссимиляции, в результате которых сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют энергетическим обменом.

Единый  принцип структурной организации. Все живые организмы, к какой бы систематической группе они ни относились, имеют клеточное строение.

Репродукция. На организменном уровне самовоспроизведение или репродукция, проявляется в виде бесполого или полового размножения особей. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, органеллы клеток (митохондрии, пластиды и др.) после деления сходны со своими предшественниками.

Наследственность. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение.

Изменчивость  Это свойство как бы противоположно наследственности, но вместе с тем тесно связано с ней, так как при этом изменяются наследственные задатки – гены, определяющие развитие тех или иных признаков. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора, т.е. отбора наиболее приспособленных особей к конкретным условиям существования в природных условиях, что в свою очередь, приводит е появлению новых форм жизни, новых видов организмов.