Концепции современного естествознания

358

воспроизводящей законы развития и функционирования органического мира как целого.

12.1.3. Революция в молекулярной  биологии

Во второй половине 40-х гг. в биологии произошло важное событие — осуществлен переход  от белковой к нуклеиновой трактовке  природы гена. Предпосылки новых  открытий в области биохимии складывались раньше. В 1936 г. в СССР А. Н. Белозерский получил из растения тимонуклеиновую кислоту, которая до тех пор выделялась лишь в животных организмах, что доказало тождество животных и растительных миров на молекулярном уровне. Важные идеи, открывавшие новые широкие ориентиры познания, намного опередившие свое время, были выдвинуты Н. К. Кольцовым. Так, еще в 1927 г. он высказал мысль о том, что при размножении клеток осуществляется матричная ауторепродукция материнских молекул. Правда, Кольцов считал, что эти процессы осуществляются на белковой основе, поскольку в то время генетические свойства ДНК не были известны. Именно вследствие незнания наследственных свойств ДНК биохимия развивалась относительно независимо от генетики до середины 40-х гг. Скачок в направлении их тесного взаимодействия произошел после того, как биология перешла от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена. (В начале 40-х гг. впервые появился термин “молекулярная биология”.)

В 1944 г. американскими  биохимиками (О. Эвери и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК. С этого времени началось лавинообразное развитие молекулярной биологии. Последовавшие в 1949—1951 гг. исследования Э. Чаргаффа, сформулировавшего знаменитые правила, объясняющие структуры ДНК, а также рентгенографические исследования ДНК, проведенные М. Уилкинсом и др., подготовили почву для расшифровки в 1953 г. (Ф. Крик, Д. Уотсон) структуры ДНК, которая показала, что молекула ДНК состоит из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, каждая из которых выступает в качестве матрицы для синтеза новых аналогичных цепей. Именно поэтому в хромосомах клеток молекула ДНК способна к ауторепродукции. Свойство самоудвоения ДНК обеспечивает явление наследственности. Расшифровка структуры ДНК была великой революцией в молекулярной биологии и стала ключом к пониманию того, что происходит в гене при передаче наследственных признаков.

Но расшифровка  структуры молекулы ДНК была лишь первым шaгoм на пути выявления механизма  наследственности и изменчивости. Далее  за относительно непродолжительный срок времени

359

были получены другие важнейшие результаты: выяснена роль транспортной-РНК и информационной-РНК; расшифрован генетический код; осуществлен  синтез гена, теоретически решена проблема биосинтеза белка; расшифрована аминокислотная последовательность многих белков и установлена пространственная структура для некоторых из них; на этой основе выяснен принцип и особенности функционирования ферментативных молекул, химически синтезирован ряд ферментов; получены важные результаты в плане понимания организации вирусов и фагов, характер их биогенеза в клетке; заложены основы генной инженерии, содержанием которой является активное вмешательство человека в природу наследственности и ее изменение в соответствии с потребностями человека, общества (это имеет и свои нравственно-ценностные аспекты). В последние 40 лет молекулярная биология развивалась исключительно быстрыми темпами, открытие следовало за открытием. Общее направление этих открытий — выработка представлений о сущности жизни, о природе ее фундаментальных черт — наследственности, изменчивости, обмене веществ и др.

12.1 4. Методологические  установки современной  биологии

Методологические  установки биологии XX в. значительно  отличаются от методологических регулятивов  классической биологии (см. 7.4.7 ). Основные направления, по которым произошло их размежевание, следующие.

Во-первых, качественно  новое представление объекта  познания (полисистемное видение  биологического объекта, отказ от моноцентризма  и организмоцентризма в пользу полицентризма  и популяционного стиля мышления). Представление о том, что “клеточкой”  эволюционного процесса выступает не организм, а популяция, может рассматриваться как исходный момент в формировании системы методологических установок неклассической биологии.

Во-вторых, качественно  новая гносеологическая ситуация, требующая  явного указания на условия познания, на особенности субъект-объектных отношений; невозможность пренебречь ролью и позицией субъекта познания в окончательном результате биологического исследования.

В-третьих, установление диалектического единства ранее  противопоставлявшихся друг другу методологических подходов. На этом пути формируются методологические установки, предполагающие:

единство описательно-классифицирующего  и объяснительно-номотетического  подходов; единство операций расчленения, редукции к

360

более элементарным компонентам и процессов интегрирующего воспроизводства целостной организации; диалектическое сочетание структурного и исторического подходов; понимание причинности, учитывающее диалектику необходимости и случайности, внутреннего и внешнего через единство функционально-целевого и статистически-вероятностного подходов; единство эмпирических исследований с процессом интенсивной теоретизации биологического знания, включающем его формализацию, математизацию, аксиоматизацию и др.

В-четвертых, в XX в. заметно преобразовывается мировоззренческая функция биологии. К концу века мировоззренческая нацеленность биологии, ориентированность ее результатов на конкретизацию наших представлений об отношении человек — мир реализуется в двух направлениях:

1) на человека, на выявление взаимосвязей биологического и социального в человеке; определение функционирования биологического в общественном (социуме). Человек становится непосредственной исходной “точкой отсчета” биологической науки, от него, для него и на него непосредственно ориентировано познание живого. Это направление развивается в контексте взаимосвязи биологического и социального познания; историческим пьедесталом здесь выступает процесс антропосоциогенеза, выявление биологических предпосылок становления человека и общества;

2) на мир, на выявление закономерностей включенности живого в эволюцию Вселенной, перспектив биологического мира в развитии мира космического. Это направление раскрывается прежде всего через взаимосвязь биологических и астрономических наук, истоки единства которых уходят в весьма далекое прошлое — в период становления мифологического сознания, чувственно-образные обобщения которого строились, в частности, и на базе единства ритмики некоторых биологических и астрономических явлений. В XIX-XX вв. основной формой интегрирования этих двух отраслей познания выступила астробиология — поиск и исследование имеющимися в нашем распоряжении средствами (во второй половине XX в. это прежде всего всеволновые астрономические наблюдения и космические аппараты) неземных форм жизни. В самое последнее время складывается новый интересный теоретический подход, имеющий не только специально научное, но и общемировоззренческое значение. Он связан с антропным принципом в космологии и принципом глобального эволюционизма (см. 16).

361 
 
 

15. ТЕОРИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ (СИНЕРГЕТИКА)

В течение последних  трех столетии естествознание развивалос ь невероятно динамично. Горизонт научного познания расширился поистине до фантастических размеров. На микроскопическом конце  шкалы масштабов физика элементарных частиц вышла на уровень изучения процессов, которые происходят за время около 10^-23 с и на расстояниях 10^-15 см На другом конце шкалы космология и астрофизика изучают процессы, происходящие за время порядка возраста Вселенной =10¹⁸ си радиуса Вселенной 10²⁸ см Недавно обнаружены астрономические объекты, свет от которых идет к нам чуть ли не 12 млрд лет¹ .Свет от этих объектов “вышел” тогда, когда до возникновения Земли оставалось еще .. 7 млрд лет. Человек получает возможность заглянуть в самое начало “творения” Вселенной

В современном  обществе значительно возросла роль науки На основе научного знания рационализируются, по сути, все формы общественной жизни Как никогда близки наука  и техника Наука стала непосредственной производительной силой общества По отношению к практике она выполняет программирующую роль Новые информационные технологии и средства вычислительной техники, достижения генной инженерии и биотехнологии обещают в очередной раз коренным образом изменить материальную цивилизацию, уклад нашей жизни. Под влиянием науки (в том числе) возрастает личностное начало, роль человеческого фактора во всех формах деятельности

Вместе с тем  радикально изменяется и сама система  научного познания. Размываются четкие границы между практической и  познавательной деятельностью В системе научного знания проходят интенсивные процессы дифференциации и интеграции знания, развиваются комплексные и междисциплинарные исследования, новые способы и методы познания, методологические установки, появляются новые элементы картины мира, выделяются новые, более сложные типы объектов познания, характеризующиеся историзмом, универсальностью, сложностью организации, которые раньше не поддавались теоретическому (математическому) моделированию Одно из таких новых направлений в современном естествознании представлено синергетикой

15.1. От моделирования  простых систем  к моделированию  сложных

Классическое  и неклассическое естествознание объединяет одна общая черта: их предмет познания — это простые (замкнутые, изолированные, обратимые во времени) системы. Однако такое понима

420

ние предмета познания является сильной абстракцией. Вселенная  представляет собой множество систем. Но лишь некоторые из них могут  трактоваться как замкнутые системы, т.е. как “механизмы”. Во Вселенной  таких “закрытых” систем меньшая часть. Подавляющее большинство реальных систем открытые. Это значит, что они обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой. К такого рода системам относятся биологические и социальные системы, которые больше всего интересуют человека.

Человек всегда стремился постичь природу сложного, пытаясь ответить на вопросы: как  ориентироваться в сложном и  нестабильном мире? какова природа  сложного и каковы законы его функционирования и развития? в какой степени  предсказуемо поведение сложных систем?

В 70-е гг. XX в. начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем. Результаты исследований в области  нелинейного (порядка выше второго) математического моделирования  сложных открытых систем привели  к рождению нового мощного научного направления в современном естествознании — синергетики. Как и кибернетика, синергетика — это некоторый междисциплинарный подход. В отличие от кибернетики, где акцент делается на процессах управления и обмена информацией, синергетика ориентирована на исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения.

Мир нелинейных самоорганизующихся систем гораздо  богаче, чем закрытых, линейных систем. Вместе с тем “нелинейный мир” сложнее моделировать. Как правило, для (приближенного) решения большинства возникающих нелинейных уравнений требуется сочетание современных аналитических методов с вычислительными экспериментами. Синергетика открывает для точного, количественного, математического исследования такие стороны мира, как его нестабильность, многообразие путей изменения и развития, раскрывает условия существования и устойчивого развития сложных структур, позволяет моделировать катастрофические ситуации и т.п.

Методами синергетики  было осуществлено моделирование многих сложных самоорганизующихся систем: от морфогенеза в биологии и некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики и автоколебательных процессов в химии до эволюции звезд и космологических процессов, от электронных приборов до формирования общественного мнения и демографических процессов. Основной вопрос синергетики — существуют ли общие закономерности, управляющие возникновением (амоорганизующихся систем, их структур и функций.

421

15.2. Характеристики самоорганизующихся систем

Итак, предметом  синергетики являются сложные самоорганизующиеся системы. Один из основоположников синергетики  Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы следующим образом: “Мы  называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие. Например, жидкость, подогреваемая снизу, совершенно равномерно обретает в результате самоорганизации макроструктуру, образуя шестиугольные ячейки”¹. Таким образом, современное естествознание ищет пути теоретического моделирования самых сложных систем, которые присущи природе, — систем, способных к самоорганизации, саморазвитию.

Основные свойства самоорганизующихся систем — открытость, нелинейность, диссипативность. Теория самоорганизации имеет дело с открытыми, нелинейными диссипативными системами, далекими от равновесия.

15.2.1. Открытость

Объект изучения классической термодинамики — закрыгые системы, т.е. системы, которые не обмениваются со средой веществом, энергией и информацией. Напомним, что центральным понятием термодинамики является понятие энтропии. Оно относится к закрытым системам, находящимся в тепловом равновесии, которое можно охарактеризовать температурой Г. Изменение энтропии определяется формулой: dE= dQ/T, где dQ - количество теплоты, обратимо подведенное к системе или отведенное от нее (см. 8.1.2).

Именно по отношению  к закрытым системам были сформулированы два начала термодинамики. В соответствии с первым началом, в закрытой системе  энергия сохраняется, хотя и может  приобретать различные формы. Второе начало термодинамики гласит, что в замкнутой системе энтропия не может убывать, а лишь возрастает до тех пор, пока не достигнет максимума. Согласно второму началу термо-