Союз культуры, науки, религии

Французский ученый Ж.Кювье (1769-1832 гг.), используя исследования ископаемых организмов, пришел к заключению о постепенном совершенствовании их строения по мере перехода от древних слоев к новым. Однако, будучи сторонником креационизма (лат. – создание) – под влиянием теории божественного акта творения, идеалистического учения о сотворении мира, живой и неживой природы в едином творческом акте, объяснял качественные различия геологических слоев на основе «теории катастроф», согласно которой в истории Земли происходили геологические перевороты, в результате чего гибли целые фауны и флоры и возникали новые, более высокие по своей организации. Ж.Кювье, используя сравнительный метод, получил фактический материал, подтверждающий существование эволюции и высказал идею приспособляемости организмов к условиям окружающей среды и взаимозависимости отдельных частей и органов внутри организма. Ж.Кювье установил закономерность смены животных форм во времени и показал, что чем ближе к геологической современности, тем больше сходство между ископаемыми и современными формами животных.

В 19 в. труды английского геолога Ч.Лайеля отвергли представление Ж.Кювье о действии каких-либо особых сил, вызывающих различные природные изменения на Земле; клеточная теория немецкого ученого Т.Шванна подтвердила единство живой природы; также исследования в области эмбриологии, палеонтологии, биогеографии, селекции, сравнительной анатомии обогатили эволюционное учение. Значительный вклад в развитие эволюционной идеи внесли русские ученые – естествоиспытатели К.М.Бэр, К.Ф.Рулье и др. Накопленные теоретические и фактические материалы были приведены английским ученым Ч.Дарвином (1809-1882 гг.) в систему, названную впоследствии дарвинизмом, по которой главными действующими факторами эволюции являются наследственность, изменчивость и естественный отбор в природе (искусственный – в домашних условиях). В своей теории Дарвин исходил из существования 2 типов изменчивости – определенной и неопределенной (наследственной). В том случае, когда действующие условия среды одинаково влияют на изменение всех или большинства особей, имеет место определенная изменчивость, например, зависимость между климатом и степенью развития кожи или шерстного покрова. Определенная изменчивость, как правило, наследственно не закрепляется (т.е. носит сугубо приспособительный характер). Неопределенные изменения возникают у отдельных особей также под влиянием окружающей среды, но носят случайный характер и наследственны по своей природе. Если возникшие неопределенные изменения полезны для данного вида, то в процессе естественного отбора они закрепляются. Например, если внутри группы растений одного вида под воздействием случайных причин возникли отдельные растения с признаками холодоустойчивости, то при попадании в более холодный климат выживают именно холодоустойчивые растения, давая, таким образом, начало холодоустойчивым растениям. Благодаря непрерывному действию естественного отбора животные или растения, находящиеся в различных районах обитания, приспосабливаются к местным условиям, изменяются в различных направлениях (в соответствии с этими условиями) и будут расходиться в своих признаках или дивергировать. В работе «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (1859 г.) Дарвин изложил основные положения своей теории. В книге «Прирученные животные и возделываемые растения» (1868 г.) он объяснил возникновение домашних животных и культурных растений путем искусственного отбора. В труде «Происхождение человека и половой отбор» (1871 г.) дал естественнонаучное объяснение происхождению человека от животных предков. Труды Ч.Дарвина были названы Ф.Энгельсом одним из крупнейших достижений естествознания 19 в. Эволюционное учение в форме дарвинизма обосновало возможность использования исторического метода в приложении к природе, на этом этапе нанесло удар по религиозным представлениям о постоянстве и неизменности всего существующего, по идеалистическим и метафизическим взглядам на развитие органического мира.

К началу 21 в. эволюционное учение было основано на фундаменте достижений генетики, раскрывшей материальную природу наследственности. Эволюционирующей единицей является не особь и не вид, а популяция – совокупность особей одного вида, длительно населяющих определенную территорию и свободно скрещивающихся между собой.

В основе наследственных изменений в популяции лежит мутационная изменчивость как следствие внезапно возникающих мутаций – наследственных изменений генетического аппарата. Мутации могут возникать в любой клетке на любой стадии развития как в обычных условиях существования (спонтанные мутации), так и под воздействием каких-либо физических или химических факторов (индуцированные мутации). Поэтому движущими факторами эволюции являются мутагенез (процесс образования мутаций) и естественный отбор. Процесс естественного отбора заключается в выживании тех организмов, мутационные изменения которых обеспечивают наибольшую приспособленность организмов к условиям среды. Изменения некоторых природных популяций связаны с последствиями деятельности человека (например, с изменением химической и радиационной обстановки). Генетические исследования популяций вирусов, бактерий и др. микроорганизмов при действии антибиотиков и сульфаниламидных препаратов показали мутационную природу быстрой эволюции этих форм в сторону появления устойчивых штаммов. Внедрение инсектицидов для массовой борьбы с вредными насекомыми привело к появлению новых форм насекомых, устойчивых к действию ядов, а влияние радиации обусловило эволюцию популяций на пути приобретения радиоустойчивости и т.д.

К высшим животным организмам относится человек, стоящий на вершине эволюционной лестницы животного мира. Согласно теории происхождения человека от высших обезьян, биологические особенности строения тела человека возникли под влиянием труда. В результате умения человека изготавливать орудия труда и целенаправленно их применять его рука постепенно стала отличаться от строения верхней конечности обезьяны; таким образом, рука человека стала «не только органом труда, но и его продуктом». Возникшие производственные отношения (вначале примитивные) стимулировали возникновение членораздельной речи и высокое развитие головного мозга. «Сначала труд, а затем и вместе с ним членораздельная речь явились двумя самыми главными стимулами, под влиянием которых мозг обезьяны постепенно превратился в человеческий мозг… Развитие мозга и подчиненных ему чувств, все более и более проясняющегося сознания, способности к абстракции и к умозаключению показывало обратное воздействие на труд и на язык, давая обоим все новые и новые толчки к дальнейшему развитию» (К.Маркс и Ф.Энгельс, Полн. собр. сочинений; 1961г., т. 20, стр. 490). Прошли сотни тысяч лет непрерывного взаимовлияния труда и речи на телесную организацию человека, пока он не превратился, наконец, в новый биологический вид – homo sapiens (разумный человек). Пройдя за 50-100 тыс. лет ряд этапов эволюции (питекантроп, гейдельбергский человек, неандерталец), человек приобрел высокую биологическую структуру, свойственную ныне живущим людям. Отличительные свойства человека: 1) высокая степень развития руки, позволяющая изготавливать орудия труда для сознательного воздействия на окружающий мир; 2) прямохождение и положение внутренних органов, соответствующее вертикальному положению тела; 3) членораздельная речь; 4) высокая степень развития головного мозга и его вместилища – черепа; 5) кожа, большая часть которой лишена волосяного покрова. В основе строения, развития, жизнедеятельности всех многоклеточных живых организмов, а следовательно и человека, лежит клетка – структурная и функциональная единица.

Расшифровка к 21 в. аминокислотного кода, открытие молекулярных механизмов явления мутации, изучение проблемы развертывания генетической информации в процессе онтогенеза, постановка проблемы изучения закономерностей филогенеза подготовили почву для качественного скачка в развитии эволюционного учения и всей биологии в целом.

31. Жизнь. Вопрос о сущности жизни, отличии живого от неживого волновал умы людей еще на ранних этапах истории человеческого общества. Тысячелетняя история познания сущности жизни протекала в атмосфере борьбы между наукой и религией, материализмом и идеализмом.

Идеалистические воззрения сводятся к тому, что сама сущность жизни (т.е. то, что отличает живое от неживого) не может быть объяснена методами научного естествознания, поскольку в основе жизни лежит нематериальное начало (дух, душа, жизненная сила, идея), которая, воплощаясь в материальные вещественные тела, создает живые существа и целенаправленно управляет их жизнедеятельностью.

Согласно материалистическим воззрениям, жизнь является одним из способов существования (движения) материи. Движение материи понимается материалистами как перемещение материальных тел в пространстве и как совокупность процессов их изменения, развития, усложнения, в результате которых материя приобретает новое качество. С позиций диалектического материализма между живым и неживым нет пропасти, т.к. и живое, и неживое – различные формы существования материи. Для неживой природы характерны такие формы движения материи, как механическая, физическая, химическая. Они отражены в законах физики и химии, которые в известной мере справедливы и по отношению к живому, поскольку каждый организм есть физическое тело, в котором протекают сложные химические (биохимические) реакции. Вместе с тем живому свойственны свои биологические закономерности, которых нет в неживой природе. Именно они качественно отличают живое от неживого и позволяют утверждать, что жизнь – это высшая по сравнению с неживой природой форма движения материи. В живых телах нет ни одного химического элемента, который не встречался бы в неживой природе. Однако в живых телах (даже в самых примитивных, например вирусах) эти элементы входят в различные сложные соединения, не встречающиеся в неживой природе (белки, нуклеиновые кислоты). Наличие таких сложно организованных соединений с характерными качествами определяет их способность к движению, размножению, изменчивости, развитию, обмену веществами и энергией с окружающей средой, возможность постоянного самообновления за счет использования материалов, поступающих из окружающей среды, и т.д. В конце 19в. Ф.Энгельс определил жизнь как «…способ существования белковых тел…», который «…заключается по своему существу в постоянном обновлении их химических составных частей путем питания и выделения» (Ф.Энгельс, Анти-Дюринг, 1973г.с.350).

Для биологических объектов земной формы жизни характерно обязательное присутствие в больших количествах углерода и воды. Живое тело (организм, клетка) представляет собой так называемую открытую систему, т.е. систему. Сущность обмена в живых телах состоит в её поглощении веществ извне и их усвоении (т.е. превращении веществ окружающей среды в вещество самого живого организма). Этот процесс (так называемая ассимиляция) требует энергетических затрат со стороны живого тела. Процессы распада сложных веществ живого тела, сопровождающиеся освобождением энергии и выделением продуктов распада, получили названия диссимиляции. Главным источником энергии, поддерживающим существование этих процессов, является солнечная энергия (фотосинтез). Способность живой материи получать вещества и энергию извне и превращать их в вещества и энергию собственных клеток позволяет живому преодолевать закономерные для неживой и живой природы процессы, сущность которых выражена в так называемом втором законе термодинамики. Этот закон утверждает, что для любой природной системы свойственно неизбежное падение энергетического уровня, вплоть до гибели самой системы. Живые тела, являясь открытыми системами (постоянно обменивающуюся веществами, энергией и информацией с окружающей средой), обладают способностью черпать энергию извне, вовлекать ее в процессы своей жизнедеятельности, что обеспечивает возможность жизни. Другим кардинальным свойством живых тел является строгая упорядоченность в пространстве и во времени. Пространственная упорядоченность выражается в наличии структур, характерных для каждого живого организма (от вируса до человека). При этом имеет место закономерное расположение отдельных частей, соподчинение простых элементов более сложным, объединение сходных частей в комплексы и т.д. Упорядоченность во времени связана с четкой последовательностью протекания отдельных реакций в процессах жизнедеятельности, в закономерной зависимости одних процессов от других, в высокой скорости биохимических процессов, которая обеспечивается действием особых веществ – ферментов (биологических катализаторов). Определенная пространственная упорядоченность свойственна и неживым телам (например, минералам). Однако упорядоченность живого выше и тоньше, сложнее и обязательнее.

Обладая упорядоченностью структуры и процессов жизнедеятельности, живые организмы способны поддерживать эту упорядоченность, сопротивляться воздействию внешних факторов, могущих ее нарушить. Это свойство живого получило название гомеостаза (поддержания относительного постоянства внутренней среды конкретного живого организма или взаимодействия внутри сообществ организмов). Внешним качеством живого является также способность к воспроизведению себе подобных, к размножению, в процессе которого живой организм передает потомкам как признаки и свойства своих предков, так и новые свойства, возникшие в результате наследственной изменчивость. Процесс размножения является началом существования новых организмов – их онтогенеза (развития особей), закономерно завершающегося старением и смертью. Процессы индивидуального и исторического развития организмов протекают в условиях постоянного взаимодействия их с окружающей средой. Одни организмы приспосабливаются к условиям существования, а неприспособившиеся организмы устраняются с арены эволюционного процесса, т.к. погибают или становятся неспособными к размножению и сохранению потомства.

Потомство может развиваться без оплодотворения (яйцо – женская клетка у тли /часто/, коловраток, одуванчика и др.) – партеногенез (вид полового размножения). Развитие плода без оплодотворения (без семян) у некоторых груш и мандаринов и др. – партенократия. =сис с.517

Мировоззрение диалектического материализма отвергает идеалистические концепции о вечности жизни. Известен состав и свойства чрезвычайно сложных, так называемых высокомолекулярных веществ «неживой» природы. Имеются примеры форм жизни (например, вирусы), отличающихся простотой своего строения. Задача науки 21в. заключается в том, чтобы найти грань между живой и неживой материей, которой к концу 20 в. еще не знали, найти недостающие звенья общей цепи эволюции природы, появления живого из неживого. Поиски велись в земной коре, где возможны следы (отпечатки, окаменелости и т.п.) наиболее примитивных форм жизни. Есть мнение специалистов (а впервые эта мысль была высказана Ч. Дарвином), что вновь возникающие сложные органические соединения (возможные предшественники живого) тотчас же поглощаются уже существующими формами жизни и, следовательно, не могут существовать и развиваться, а мы не можем знать об их возникновении; т.е. возникшая и развивающаяся жизнь на Земле, препятствует возникновению новой жизни.

К 21в. появление жизни на Земле научно представляется как длительный процесс эволюции материи, первым этапом которой была химическая эволюция полимерных, содержащих углерод соединений, а 2-м – биологическая эволюция от первых примитивных форм жизни до современных ее форм. На этапе химической эволюции в условиях наличия мощных источников энергии – солнечной радиации, включая ультрафиолетовое излучение, электрические разряды, тепловую энергию Земли и т.д. – возникли молекулы сложных веществ (аминокислоты, жирные кислоты, азотистые основания, сахариды, нуклеотиды), играющие первостепенную роль в обменных процессах, протекающих в живых организмах. В тех же условиях эти вещества образовывали более сложные молекулы (полимеров полипептидов и полинуклеотидов), ставшие предшественниками белков и нуклеиновых кислот. Такие высокомолекулярные белковоподобные тела (протеноиды) могли обладать определенной упорядоченностью, обменом со средой и, возможно, некоторыми каталитическими свойствами, т.е. способностью ускорять и направлять процессы обмена. Следующим шагом от неживого к живому явилось объединение протеноидов в системы более сложной организации, способные в процессе обмена с окружающей средой использовать для построения своего тела и поддержания своего существования вещества и энергию, поступающие извне. Одним из условий существования систем, взаимодействующих со средой, является их обособления от веществ окружающей среды, отделение от других молекул, т.е. индивидуализация. Такие индивидуализированные системы могли уже обладать рядом свойств, присущих современным живым организмам. Это были простейшие формы жизни (пробионты, протоклетки). Реальность подобного этапа эволюции подтверждается в экспериментах при работе с высокомолекулярными веществами. Объединение молекул высокомолекулярных органических веществ в агрегаты и образование обособленных от среды капель (коацерватов) первым наблюдал еще в 1920-х гг. А.И. Опарин. Эти капли могли проявлять такие свойства, как поглощение веществ из окружающей среды, их ассимиляцию, способность к каталитическим процессам, увеличение объема и веса, почкование, распад. Отдельные коацерватные капли отличались друг от друга по степени обменной активности, способности к росту и устойчивости (т.е. продолжительностью жизни). Многочисленные исследования, проведенные позже учеными многих стран, подтвердили принципиальную возможность объединения полимерных молекул органических веществ в протеноидные (белковоподобные) тела, существующие как индивидуализированные открытые системы, обладающие примитивной внутренней структурой, обменом, ростом, делением, продолжительным периодом существования.

С возникновением пробионтов начинается биологическая эволюция материи на Земле. По мнению академика А.Опарина, на этой стадии эволюции пробионтов осуществляется естественный отбор. Одни пробионты отличались от других по своей устойчивости к воздействию внешних факторов, по активности обмена, возможности роста, разделения на дочерние и т.п. Сохранялись и давали начало новым пробионтам те из них, которые обладали большей устойчивостью, жизнеспособностью в данных конкретных условиях существования. Полагают, что первые пробионты еще не включали в себя полинуклеотиды – нуклеиновые кислоты, обладающие, как известно, способностью к самовоспроизведению своих молекул из нуклеотидов из окружающей среды, а следовательно, возможностью повторить свою структуру в потомках. Включение в состав пробионтов таких полинуклеотидов, явилось следующим важным шагом в эволюции живого. Пробионты получили возможность осуществлять передачу своих свойств потомкам, возникла преемственность свойств и признаков в поколениях, т.е. наследственность. Допустимо, что обогащённые этими свойствами пробионты получали больше возможностей к выживанию, повторению себя в потомстве и т.д. Пробионты, объединившие в своей организации белки с их каталитическими свойствами и нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению и передаче наследственной информации потомкам, закрепились в процессе естественного отбора и дали начало примитивным клеточным формам жизни. На более поздних этапах эволюции возникла способность к фотосинтезу, кислородному дыхании, сформировались клеточная, а затем и многоклеточная структуры, обладающие сложными формами реакций на окружающую среду. Материалисты считают, что жизнь это производное неживой природы, возникшее в результате закономерного развития этой природы, находящееся с ней в неразрывном единстве, но имеющее качественные, присущие только живому, отличия. Живые организмы широко заселили всю Землю – проникли в глубь океанов, на вершины гор, в околоземное воздушное пространство. В совокупности своей они образуют зону жизни (биосферу) нашей планеты. Обладая способностью использовать энергию Солнца для построения своих тел и жизнедеятельности, живые организмы являются активными преобразователями природы: почвы, многие морские отложения, каменный уголь, нефть, природный газ – все это появилось на Земле в результате деятельности живых организмов.

Первоначальные формы жизни, по-видимому, существовали за счет энергии органических веществ, находящихся в Мировом океане. С увеличением сложности организации живой материи и разнообразия форм ее существования потребовался постоянный и неисчерпаемый источник энергии. Этому послужило Солнце, посылающее на Землю громадное количество энергии в виде солнечного (электромагнитного) излучения. Некоторые виды организмов приобрели способность непосредственно использовать энергию солнечного света для превращения неорганических веществ, в избытке имеющихся на Земле, в органические вещества. Этому способствовало возникновения в результате неизвестных генных мутаций особого вещества – хлорофилла. Хлорофилл – зеленый пигмент, имеющийся у всех современных растений, действует как катализатор процесса соединения воды и углекислого газа, протекающего с использованием энергии солнечного света. В результате фотосинтеза – процесса образования органических веществ с использованием энергии солнечного света, образуются свободный кислород, попадающий в атмосферу, органические вещества (в 1-ю очередь углероды), а также высокоэргические соединения (т.е. вещества, «запасающие» энергию в виде, удобном для последующего использования ее в процессе жизнедеятельности). Таким образом, с помощью процесса фотосинтеза создается запас органических веществ и энергии, обеспечивающий потребности в них у др. организмов, не способных к самостоятельному синтезу органических веществ из неорганических. В период возникновения жизни на Земле не было свободного кислорода, и живые организмы получали энергию из пищи с помощью процесса брожения или анаэробного дыхания. Однако этот путь, сохранившийся и до наших дней у некоторых видов бактерий, а также на некоторых этапах обмена веществ у высших организмов был малоэффективным, т.к. при этом высвобождается мало энергии. Как только в атмосфере Земли появился свободный кислород, возник новый, более совершенный тип высвобождения энергии из пищи – путь аэробного дыхания, при котором питательные вещества окисляются за счет кислорода с образованием углекислого газа, воды и выделения большого количества энергии (в 20 раз большего, чем при брожении). Высокая эффективность такого вида дыхания способствовала возникновению большого разнообразия форм жизни и усложнению ее организации. Одновременно углекислый газ и вода, образующиеся в процессе аэробного дыхания, могут вновь использоваться зелеными растениями. С появлением в процессе фотосинтеза свободного кислорода и накоплением его в атмосфере произошло постепенное окисление ядовитых газов первичной атмосферы (аммиака – до свободного азота, метана – до углекислого газа и т.д.), в результате чего газовый состав атмосферы стал близок к современному.

В состав солнечного излучения входит и ионизирующее («жесткое») излучение, при определенных условиях губительно воздействующее на все живое, поэтому жизнь зародилась в океане, т.к. вода хорошо поглощает ионизирующее излучение. Кислород, выделяемый в ходе фотосинтеза и попавший в верхние слои атмосферы, превратился там в озон, активно поглощающий ионизирующее излучение. Так на Земле были созданы условия для «выхода» жизни из воды на сушу. Подсчитано, что запас кислорода в атмосфере полностью исчез бы за 2 тыс. лет, если бы фотосинтезирующие организмы не восполняли бы его. Одновременно, если бы не было животных и бесхлорофилльных растений (грибов, некоторых водорослей), содержание углекислого газа в атмосфере падало бы, что отрицательно сказалось бы на жизнедеятельности зеленых растений. Таким образом, между миром зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и миром животных – основного потребителя продукции фотосинтеза – имеется равновесие. Однако производственная и преобразующая деятельность человека способна нарушить это равновесие, т.к. вырубка лесов, распашка полей, строительство дорог, городов, бурное развитие транспорта, сжигающего сотнями миллионов тонн горючего (а значит, и кислорода атмосферы) и выделяющего громадное количество углекислого газа, загрязнение окружающей среды ядовитыми отходами и др. последствия деятельности человека, отрицательно сказываются на растительном и животном мире планеты.

Процессом исторического развития живой природы и отдельных групп составляющих ее организмов является филогенез. Научной основой представлений о филогенезе является созданное Ч.Дарвином эволюционное учение. Раздел биологии, изучающий филогенез и его закономерности, называется филогенетикой и занимается изучением происхождения современных форм от родоначальных предков, а также причин, обусловливающих ход их эволюции, законов этой эволюции и т.д. Схематически филогенез животных и растений обычно представляют в виде так называемого родословного древа, ствол которого соответствует начальным формам жизни, а ветви – всем последующим многочисленным и все более усложняющимся формам. Филогенез следует рассматривать в единстве и взаимообусловленности с развитием отдельной особи от ее зарождения до смерти называемого онтогенезом – процессом индивидуального развития организма.