Концепции современного естествознания

концепции современного естествознания

СОДЕРЖАНИЕ:

                                                                                                                 стр

Введение                                                                              2

1. Матрица                                                                           4

2. Программа                                                                       5

3. Случайность                                                                    8

4. Отбор                                                                               9

Заключение                                                                         11

Список литературы                                                            12   

ВВЕДЕНИЕ

Ныне, на рубеже двух столетий, человечество вплотную столкнулось с острейшими проблемами современности, угрожающими самому существованию цивилизации и даже самой жизни на планете. Сам термин «глобальный» ведет свое происхождение от латинского слова «глобус», то есть Земля, земной шар, и с конца 60-х годов ХХ столетия получил широкое распространение для обозначения наиболее важных и настоятельных общепланетарных проблем современной эпохи, затрагивающих человечество в целом.

         Глобальные проблемы современности порождены в конечном счете именно всепроникающей неравномерностью развития мировой цивилизации, когда технологическое могущество человечества неизмеримо превзошло достигнутый им уровень общественной организации, политическое мышление явно отстало от политической деятельности, а побудительные мотивы деятельности преобладающей массы людей и их нравственные ценности весьма далеки от социального, экологического и демографического императивов эпохи.

 Историческое своеобразие и социальная уникальность глобальной ситуации, сложившейся на рубеже двух тысячелетий, властно требует от человечества нового политического мышления, высокой моральной ответственности и беспрецедентных практических действий как во внутренней политике отдельных стран, так и в международных отношениях, как во взаимодействии общества с природой, так и во взаимоотношениях между самими людьми. Современная глобальная ситуация сплела все противоречия нашей эпохи в единый, нерасторжимый «тугой узел», развязать который в состоянии лишь социальное и духовное обновление человеческого общества, новое мышление в соединении с новой практической деятельностью.

         Все глобальные проблемы современности тесно связаны друг с другом и взаимно обусловлены, так что изолированное решение их практически невозможно. Так, обеспечение дальнейшего экономического развития человечества природными ресурсами заведомо предполагает предотвращение нарастающего загрязнения окружающей среды, иначе это уже в обозримом будущем приведет к экологической катастрофе в планетарных масштабах. Именно поэтому обе эти глобальные проблемы справедливо называют экологическими и даже с определенным основанием рассматривают как две стороны единой экологической проблемы.

 Глобальные проблемы цивилизации требуют для своего разрешения самой широкой коалиции всех социальных сил и общественных движений, заинтересованных в социальном прогрессе, и одновременно создают объективные условия и субъективные предпосылки для их сотрудничества. Диалектика социального прогресса в современную эпоху проявляется в том, что борьба за решение социальных проблем не отдаляет, приближает социальное обновление общества.

Рост научной и технической мощи человечества, обострение глобальных проблем - будь то экологический, энергетический, продовольственный кризис, усилившаяся угроза существования человеческой цивилизации освещена во многих работа.

Проявляя преступную беспечность, человек, воздействуя на природу, быстро изменяет естественную среду обитания. Ухудшение состояния окружающей среды влияет на здоровье людей в каждом обществе, несмотря на то, что причины и следствия могут быть весьма различными.

Философия и литература почувствовали неблагополучие раньше, чем наука. Это и естественно: научное познание требует многолетних кропотливых наблюдений, строгого отбора и анализа фактов, разработки методов, не говоря уже о приборах и инструментах науки. Уже поэтому наука медлительнее интуитивного, художественного постижения мира. Руссо, Кант, Гете, а затем и Лев Толстой глубоко и проникновенно показали нравственную сторону (точнее - безнравственную) потребительского отношения к природе.

С нарастанием и усложнением последствий человеческой деятельности экологическая проблема усугубилась, приобрела невиданную остроту. Идеи, ранее высказывавшиеся лишь отдельными провидцами и не находившие отклика в сердцах их современников, становятся сегодня важнейшей частью этики, философии, педагогики и разделяются миллионами людей.

В данной работе мы ставим перед собой цель наметить некоторые возможности осуществления самосовершенствования с точки зрения развития природных, в том числе резервных возможностей человека. Эта тема, несмотря на безусловную актуальность в плане познания и самопознания природы человека, является крайне мало разработанной. Акцентирование внимания на физическом самосовершенствовании в этой работе обусловлено современными условиями углубления про­тиворечий экологического кризиса, в результате которого страдает прежде всего организм человека. Кроме того суть и конкретные пути других видов самосовершенствования, в частности, нравственного, достаточно подробно и основательно представлены в философской, художественной и публицистической отечественной и зарубежной ли­тературе.

МАТРИЦА.

И снова немного истории. В 1927 году на III Всесоюзном съезде зоологов, анатомов и гистологов в Ленинграде наш блестящий биолог Николай Константинович Кольцов сделал доклад, в котором впервые была четко сформулирована вторая аксиома биологии. Принцип Коль­цова до сих пор остается незыбле­мым, несмотря на то, что наши представления о природе наслед­ственных молекул совершенно из­менились.

Профессор М, А. Мензбир рас­сказал о нашумевших идеях Ав­густа Вейсмана, разделившего ор­ганизм на наследственную плазму и сому (аналоги сегодняшних гено­типа к фенотипа). Из теории Вейсмана следовало, что генотип рас­полагается в клеточном ядре и пе­редается от поколения в поколение яйцеклетками и спермиями.

И на том же съезде химик А. А. Колли путем простейших ма­тематических выкладок, основыва­ясь на далеко еще и во многом неверных тогдашних представле­ниях о природе белков, показал, что в головке спермин может уместиться очень мало белковых моле­кул: несколько десятков, то есть примерно столько же, что и хромо­сом.

Странным образом никто тогда, кроме Кольцова, не сопоставил оба этих выступления. Да и сам Нико­лай Константинович вынес свои идеи на всеобщее обсуждение толь­ко после более чем тридцатилетних размышлений, уже после того, как родилась на свет генетика Морга­на и белковая химия шагнула да­леко вперед.

Вывод его был прост: хромосо­ма—это гигантская, молекула. Впо­следствии, в 1935 году он назвал хромосомы «наследственными мо­лекулами».

Кольцов  предположил,   что  все наследуемые свойства организмов закодированы в хромосомах поряд­ком чередования разнообразных аминокислотных остатков.

Но отсюда следовало, что зано­во возникать подобные молекулы не могут. Слишком мала вероят­ность того, что аминокислоты сами по себе, без какого-нибудь упоря­дочивающего фактора соберутся а нужную последовательность. А ведь она воспроизводится в каждом по­колении и вероятность ошибки ничтожна. Кольцов приводил при­мер с цепочкой всего из 17 амино­кислот, возможно существование триллиона вариантов таких цепо­чек, различающихся чередованием остатков! Но такая цепочка  гораздо проще большинства природных белков.

Принцип матричного копирования был известен людям тысячи лет. Еще обитатели Шумера имели цилиндрические печати из твердо­го камня с вырезанными на них именами владельцев и различными рисунками. Прокатив такой ци­линдрик по мягкой глине, древний шумер получал отчетливый оттиск рисунка и печати. На этом же при­еме основана любая система точ­ного и массового копирования сложных структур с закодирован­ной в них информацией — будь то книгопечатание, чеканка монет или же изготовление фотооттисков с негатива. Представляется стран­ным, что идею Кольцова о матрич­ном синтезе генов поддержали в 20—30-е годы лишь немногие.

Но она была уже пущена в на­учный обиход. Ученик Н. К. Коль­цова Н. В. Тимофеев-Ресовский по­знакомил с ней физика М. Дельб­рюка. Э. Шредингер в своей книге «Что такое жизнь с точки зрения физика?» идею матричного синтеза по ошибке приписал Дельбрюку (ошибка через год была исправле­на генетиком Дж. Б. С. Холдейном в рецензии на книгу Шредингера в журнале «Нейчер»).

ПРОГРАММА

         Опечатки генетических программ.

Редкая книга обходится без опе­чаток. В издательских кругах бы­тует характерный исторический анекдот. В 1888 году известному издателю А. С. Суворину удалось добиться у царской цензуры разре­шения на издание радищевского «Путешествия из Петербурга в Москву» тиражом... в сто экзем­пляров. Издательская культура бы­ла у Суворина на большой высоте, а в этом исключительном случае он даже заключил пари, что издаст книгу без единой опечатки. Книга вышла — и на обложке стояло: «Сочинение Д. И. Радищева» (на­помню, что великого демократа звали Александром Николаевичем).

Для чего я рассказал эту исто­рию? Мы уже убедились, что в основе жизни лежит матричное ко­пирование, в принципе аналогичное тому же книгопечатанию. Ясно, что а каналах передачи информации от ДНК к признакам организма и от ДНК родителей к ДНК потомков должен существовать какой-то шум — те же опечатки, только на молекулярном уровне. Каналов без шума не бывает, иное дело, что шум может быть пренебрежимо малым.

Рассмотрим сначала шумы в ка­нале ДНК—ДНК. приводящие к изменению генетических программ. В первую очередь речь у нас пой­дет об упаковке генетического ма­териала.

ДНК или РНК простейших ви­русов может представлять лишь цепочку нуклеотидов, ничем не за­щищенную от внешних воздействий (например, от действия ферментов-нуклеаз, расщепляющих нуклеино­вые кислоты). Однако у сложных вирусов она заключена в белковый защитный чехол.

ДНК бактерий также единичная последовательность. Концы ее сты­куются, и образуется кольцо, похо­жее на тысячекратно перекручен­ную ленту Мебиуса, хорошо извест­ную любителям математики. Ясно что при репликации кольцо это должно разрываться, иначе дочер­няя последовательность будет сое­динена с материнской, как звенья в цепи. К бактериальной ДНК мо­гут присоединиться молекулы бел­ков, но в общем-то она «голая».

Иное дело у высших организмов с оформленным клеточным ядром. Прежде всего генетическая про­грамма у них — многотомное изда­ние. Если генетическая программа бактерии закодирована в одной мо­лекуле ДНК, одной двойной спи­рали, то в ядре высших организ­мов— эукариот— их может быть несколько: от двух у лошадиной аскариды до нескольких тысяч у некоторых одноклеточных организ­мов — радиолярий и ряда расте­ний. Такие тома называют хромо­сомами. Считается, что каждая хромосома содержит одну молекулу ДНК, ми крайней мере у животных. Однако есть сильные доводы в пользу того, что у многих высших растений и хромосоме может быть несколько десятков, а то и сотня идентичных копий. ДНК в хромо­сомах чрезвычайно хитроумно уло­жена в комплексе со специальными ядерными белками — гистонами. Иначе нельзя упаковать в микрон­ные объемы молекулы длиной во много десятков сантиметров.

Наблюдая за хромосомами во время деления клеток, исследова­тели обнаружили много форм из­менения наследственных программ. Читателям должно быть извест­но, что при образовании половых клеток хромосомы не делятся, а расходятся в дочерние клетки, так что получаются гаметы с половин­ным (гаплоидным) набором хро­мосом. У человека, например, в нормальных клетках 46 хромосом, а в яйцеклетках и спермиях — 23. При слиянии гамет диплоидный набор восстанавливается.

Но так бывает не всегда. Порой механизм, растягивающий хромосо­мы по дочерним клеткам, не сра­батывает. Одни гамета получается совсем без ДНК, а другая с двой­ным ее набором. Так возникают полиплоидные клетки и организмы; особенно часто это наблюдается у растений.

Иногда же в одну клетку попа­дает лишняя хромосома, а в дру­гой обнаруживается нехватка. Та­кие явления называются анеуплоидией.

При всех этих перестройках ге­нетическая информация, заключен­ная в хромосомах, не изменяется. Меняется только ее количество. Полиплоидные клетки, например, могут иметь тройной, четверной и т. д. — до тысячи и более раз! — набор генов.

Анеуплоидный геном - это многотомное, ни разрозненно издание.  В одной клетке не хватает «тома» инструкций (обычно такие случаи у высших организмов детальны), в другой два одинаковых. Организмы с лишней хромосомой (трисомики) также часто гибнут на ранних ста­диях развития или же развиваются с серьезными дефектами. Много та­ких случаев описано относительно человека.

Иногда перестройка может при­вести к тому, что хромосома распа­дается на части. Судьба частей различна: они могут потеряться (делеция), снова воссоединиться в составе прежней хромосомы (иног­да в перевернутом виде — инвер­сия) или же присоединиться к дру­гой (транслокация). Все перестрой­ки, как правило, для организма небезразличны.

Все упоминавшиеся изменения хромосом начинаются с разрыва нуклеотидной цепи ДНК — знаме­нитой двойной спирали. Поэтому мы должны от тех построек, кото­рые видны в оптический микроскоп, перейти на молекулярный уровень.

 Насколько прочны фосфодиэфирные связи, скрепляющие полимер­ную ДНК, и насколько устойчивы пуриновые и пиримидиновые осно­вания в ДНК к внешним воздей­ствиям?

Это удалось установить с доста­точной точностью. Чтобы вызвать единичную мутацию — наследственное изменение генетической программы,— требуется подвести ка­ким-то способом к ДНК энергию в 2.5-3 электрон-вольта (эВ). Электрон-вольт — единица энергии: та­кую энергию приобретает электрон, ускоряемый напряжением в 1 вольт. Много это или мало? Ведь ДНК в клетке находится в окружении молекул, движущихся с весьма высокой скоростью. Оказывается, что средняя энергия теплового движе­ния молекул при тех температурах, когда жизнь возможна, составляет примерно 1/40 эВ. Иными словами, при физиологических температурах ДНК оказывается достаточно ста­бильной. Но проблема эта сложнее, чем кажется на первый взгляд.

Не следует забывать, что ско­рости молекул при хаотическом тепловом движении неодинаковы. Убедиться в этом нетрудно. В 1827 году шотландский ботаник Р. Броун, разглядывая в микроскоп кап­лю воды с пыльцой растений, об­наружил, что взвешенные в жид­кости пыльцевые зерна микронного размера не остаются на месте, а хаотически движутся как бы не­прерывно подталкиваемые беспоря­дочными ударами чего-то невиди­мого.

Достойно удивления, что Броуново движение не привлекало внимания физиков (может быть, пото­му, что открыл его ботаник?) до начала нашего века, до исследова­ний Альберта Эйнштейна, польско­го физика Мариана Смолуховского н французского физика Жана Перрена. А ведь из него не только вы­текала непреложность существова­ния молекул, но и возможность оценить их скорости и размеры!

Что происходит с частицей при броуновском движении? Со вей сторон она 'подвергается ударам молекул. Если она имеет достаточ­но большие размеры, то удары со всех сторон оказываются скомпен­сированными— частица остается и а месте. Но если размер ее, допустим, 10~⁵ см, то весьма вероятно, что с какой-либо стороны суммарный им­пульс будет больше, и частица сдвинется а непредсказуемую сто­рону.

Иначе   и   быть   не  может:   ведь скорости молекул разные и флук­туации в их распределении неиз­бежны. Именно от этих флуктуации зависит голубой цвет ясного неба, так как на них сильнее рассеива­ются синие лучи. Будь скорости всех молекул одинаковыми, сол­нечный свет не рассеивался бы и солнце светило бы в черном небе, как в космическом пространстве.

Эти же флуктуации кладут пре­дел усилению слабых сигналов в электрических цепях. В конце кон­цов мы слышим лишь треск, ре­зультат теплового движения элек­тронов в цепях усилителя. Чтобы уйти за этот предел, приходится охлаждать приемник жидким азо­том, водородом, а то и гелием.

Отсюда однозначно следует, что в любой достаточно большой попу­ляции молекул неизбежно найдут­ся такие, которые могут нарушить структуру гена и вызвать мутацию. Ясно, что такие изменения генети­ческих программ должны обладать следующими свойствами:

1. Они случайны в том смысле, что вероятность каждого единично­го изменения не равна единице. Более стабильные части гена мути­руют с меньшей частотой, более лабильные — с большей, но мы мо­жем говорить лишь о большей или меньшей вероятности мутаций.

2. Они непредсказуемы, посколь­ку для предсказания какой-либо мутации мы должны знать коорди­наты и импульсы всех молекул в данной клетке.

3. Они не направлены в том смысле, что изменяют генетическую программу без учета содержания сохраняющейся в ней информации. Поэтому они только случайно мо­гут оказаться адаптивными, приспособительными.

Не одна температура изменяет содержание генетических программ.

Пожалуй, большее значение имеют кванты жесткого излучения, начи­ная с ультрафиолета, быстро дви­жущиеся элементарные частицы, молекулы веществ, способные реа­гировать с ДНК (химические мутагены).

СЛУЧАЙНОСТЬ.

Теперь пора подытожить все, что мы знаем о на­следственных изменениях генетиче­ских программ и сформулировать аксиому биологии №3.

Прежде всего, эти изменения случайны и ненаправленны. Их можно сравнить с шумом в канале информации от родителей к потом­кам. Если мутация полностью иска­зит смысл передаваемой по цепи поколений инструкции, она будет смертельной (летальной). Это бы­вает, когда в результате мутации блокируется синтез жизненно важ­ного фермента.

Наоборот, часты случаи, когда мутация не сказывается на призна­ках фенотипа. Вспомним, что гене­тический код вырожден и одна и та же аминокислота кодируется не­сколькими кодонами. Если в ре­зультате мутации один кодон за­менится другим, но синонимичным, в полипептидную цепь включится та же аминокислота и изменения фенотипа мы не обнаружим.

Между этими двумя полюсами лежит огромная область мутаций, так или иначе изменяющих фено­тип. В каких-то конкретных усло­виях они могут оказаться полезны­ми, носители их с большей вероят­ностью оставят потомство и пере­дадут их потомству.

Это и есть дарвиновская неопределенная изменчивость — исход­ный материал для эволюции.

Аксиому биологии № 3 мы мо­жем сформулировать так:

В процессе передачи из поколе­ния в поколение генетические про­граммы в результате многих при­чин изменяются случайно и нена­правленно, и лишь случайно эти изменения оказываются приспособительными.

Третья аксиома вытекает из важнейших физических постула­тов — из практической невозмож­ности знать координаты и импульсы всех молекул в клетке, из чего следует распределение энергий мо­лекул по Максвеллу, и из принци­пиальной невозможности достаточ­но точно определить координаты и импульсы частиц, атакующих гены (принцип Гейзенберга).

ОТБОР.

Случайные, ненаправ­ленные изменения генетических программ должны, накапливаясь из поколения в поколение, разрушать и сами программы, и те фенотипы, которые этими программами коди­руются.

Случайные  изменения   генетиче­ских    программ    при    становлении фенотипов многократно усиливают­ся и подвергаются отбору условия­ми внешней среды.

Демон Дарвина. Важно подчер­кнуть, что естественный отбор, так же как искусственный, где роль условий внешней среды выполняют требования человека,— не просто уничтожение одних особей в попу­ляции и сохранение других. Это дифференциальное размножение, большак вероятность оставить по­томство. Вот простои пример: до­пустим, мы отправили н трудное путешествие через горы и пустыми караван из лошадей, ослов и их помесей — мулов, причем все жи­вотные навьючены до предела возможностей. Скорее всего, до цели дойдут лишь мулы, сочетающие вы­носливость осла и силу лошади. Но они бесплодны, оставить потомство не могут. Это не отбор.

Один весьма уважаемый мною физик эмоционально отрицал зна­чение отбора. Среди его доводов был к такой: уничтожая худшие фенотипы, отбор не улучшает по­пуляцию. Например, у меня в кар­мане есть золотые, серебряные и медные монеты. Если я выброшу все медные монеты. стану ли я богаче?

Всесилен ли отбор?   Над   этим следует подумать.  Во всех ли слу­чаях   безотказно   работает   демон Дарвина? Естественно, он бессилен, когда  не  из  чего  выбирать,  когда нет хоть малого количества откло­нившихся   от   нормы   генетических программ.   Такие популяции   быва­ют— это чистые линии организмов, полученные при помощи близкород­ственного скрещивания или же раз­множаемые  вегетативно.   Но  мута­ционный  процесс   поспешит доста­вить  материал,   и   через   несколько десятков  поколений линия утратит чистоту.

лиса — киса — коса      роса — роза

Игравшие в такую игру помнят, что далеко не все подобные превра­щения возможны. Порой с досадой убеждаешься, что путь лежит через бессмысленное буквосочетание или же нужно изменить не одну букву за один этап, а больше.

Примерно такие же трудности испытывает и эволюция. Чтобы по­лучить лучший вариант, нужно сначала провести на следующий этап бессмысленную последовательность, а этого отбор не допустит. Прихо­дится оставлять старую, ведь хотя бы она справляется. Выходит, что демон Дарвина только потому не всесилен, что чересчур ретив. Прав­да, в одном гене могут возникнуть сразу две, а то и более мутаций, но вероятность этого мала. Если, на­пример, вероятность одной мутации в гене 10~⁵, то двух: 10 ⁵  10"⁵ = = 10~'°. Такие ничтожные вероят­ности не столь часто реализу­ются.

Генетик С. Райт представил этот парадокс в виде очень наглядной картины. Вообразим разные степени приспособленности к внеш­нем условиям в виде холмистого ландшафта, где высота холма (адаптивного пика) соответствует степени приспособления. Популя­ция, поднявшаяся на маленький пик, не может сменить его на боль­шой, стать более приспособленной, ибо при смене пиков отбор пойдет против уровня приспособленности, Так, кошка во время наводнения, спасаясь на низком заборе, может утонуть, хотя бы рядом был высо­кий дом, В конечном счете все вы­мершие группы (панцирные рыбы н динозавры, саблезубые тигры и мамонты) повинны перед эволюци­ей лишь в том, что выбрали не­удачные, невысокие адаптивные пики. Нам, приматам, повезло, однако надо  помнить, что и наш  пик не  бесконечно  высок.

Есть еще несколько способов, так называемых модусов эволюции, которые придают принципу отбора удивительную гибкость, позволяю­щую создавать новые формы. Но мы не будем останавливаться на них, так как это, образно выража­ясь, теоремы биологии, а не -аксио­мы ее. Перейдем к одному аспекту четвертой аксиомы, ограничиваю­щему возможности человека, з по­тому для многих одиозному.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В итоге хотелось бы подчеркнуть, что предлагаемые на сей день решения не должны исходить ни из абсолютизации пути социальных преобразований, ни из своеобразной дилеммы - или социоцентризм или антропоцентризм. Социоцентристские модели в качестве исходно­го пункта (причем нередко трактуемого как единственно возможный) предлагают осуществлять изменения всего «социума», считая, что почти автоматическим следствием изменения «условий» будет измене­ние «природы человека». «Антропоцентристские» предлагают начинать с человека, по принципу его самосовершенствования, в результате чего столь же автоматически ожидается изменение социума. Если ста­вить вопрос по принципу «или-или» - какой из этих псевдоальтернативных подходов должен быть принят как единственно возможный - то все-таки придется, по-видимому, признать, что «оба правы», а ре­шение проблемы следует искать в их взаимодействии, в нахождении исторически-конкретной меры согласования потребностей и интересов системы «социум - индивид» в ее отношении к природе как внешней (среде существования), так и собственной, внутренне (духовно-те­лесной) природе человека, которая и составляет «субстрат» сущест­вования как социума, так и человека.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1.Медников Б.М. «Аксиомы биологии»,1982.

2.Резник С. «Раскрывающая тайна бытия»,1976.