В. М. Найдыш Концепции современного естествознания icon

В. М. Найдыш Концепции современного естествознания


Смотрите также:
В. М. Найдыш Концепции современного естествознания...
Презентации лекций...
Темы докладов на семинар Экзопланеты...
В. М. Найдыш Концепции современного естествознания...
В. М. Найдыш Концепции современного естествознания...
Вопросы к экзамену по дисциплине: Концепции современного естествознания. Для студентов...
Учебно-методический комплекс дисциплины концепции современного естествознания Специальность...
Программа курса «Концепции современного естествознания»...
Найдыш В. М. Н20 Концепции современного естествознания: Учебник. Изд. 2-е, перераб и доп...
Учебно-методический комплекс дисциплины ( ен. Ф. 01 ) Концепции современного естествознания...
Т. Я. Дубнищева концепции современного естествознания...
Компьютерные технологии в преподавании дисциплины "концепции современного естествознания"...



Загрузка...
страницы: 1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14
вернуться в начало
скачать



Вплоть до 10-12 с после Большого взрыва (рис. 4) температура была высока (Т > 1015 К) и особенности материи во Вселенной резко отличались от ее современного состояния: адроны еще не образовались; не различались слабое и электромагнитное взаимодействия (электроны, мюоны и нейтрино не существовали в обычном виде; свойства фотонов перемешаны со свойствами W- и Z-частиц); кварки и лептоны еще существенно не различаются, не обладают массой покоя и др.


Однако вещество не могло продолжительно существовать в столь нестабильной фазе. Падение температуры ниже 1015 К вызывает внезапный фазовый переход, напоминающий замерзание воды и образование льда. В этот момент (10-12 с) нарушается калибровочная симметрия и электромагнитное взаимодействие отделяется от слабого. W- и Z-бозоны, кварки и лептоны приобретают массу, а фотон остался безмассовым. Результатом этого перехода явилось возникновение известных нам частиц – электронов, нейтрино, фотонов и кварков, которые теперь вполне различимы.


438


Следующий фазовый переход происходит при Т ≈ 1013 К и приводит к конденсации кварков. Кварки объединяются в группы (попарно или по три), и образуются адроны (протоны, нейтроны, мезоны и другие сильно взаимодействующие частицы). С этого момента (10-5 с) открылся прямой путь для ядерных реакций, прежде всего синтеза гелия.


При Т ≈ 2 1010 К и t ≈ 0,2 с электронные нейтрино перестают взаимодействовать с частицами. Поскольку нейтрино стабильны и очень слабо взаимодействуют с веществом, мир для них оказывается практически прозрачным; они легко перемещаются во Вселенной, сохранившись до наших дней, только их энергия уменьшается из-за ее расширения. К нашей эпохе температура этих реликтовых нейтрино должна оказаться около 2 К. Обнаружение этого излучения будет великим достижением астрономии. Но пока, к сожалению, методы обнаружения таких реликтовых нейтрино не разработаны.


11.8.4. От первых секунд Вселенной до образования звезд и галактик. Методом математического моделирования астрофизикам удалось воспроизвести детали ядерных процессов, происходивших в первые секунды существования Вселенной [1].


1 См.: Вайнберг С. Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной. М., 1981.


Согласно полученным результатам, в конце первой секунды температура достигала 1010 К. При такой высокой температуре сложные ядра существовать не могут. Тогда все пространство было заполнено хаотически движущимися протонами и нейтронами вперемешку с электронами, нейтрино и фотонами. Ранняя Вселенная расширялась чрезвычайно быстро и по прошествии еще минуты температура упала на два порядка, а спустя еще несколько минут стала ниже уровня, при котором возможны ядерные реакции. В этот относительно короткий (буквально несколько минут) промежуток времени протоны и нейтроны могли объединяться, образуя сложные ядра,


В тот период основной ядерной реакцией было слияние протонов и нейтронов с образованием ядер гелия, каждое из которых состоит из двух протонов и двух нейтронов. Поскольку протоны немного легче нейтронов, они присутствовали в несколько большем количестве и по завершении синтеза гелия часть протонов оставалась свободной. Образовавшаяся плазма состояла примерно на 10% из ядер гелия и на 90% из ядер водорода (протонов).


439


Эти цифры соответствуют наблюдаемому содержанию названных элементов в современной Вселенной.


Великое счастье для нас, что в первичном веществе был избыток протонов над нейтронами. Благодаря ему остались во Вселенной несвязанные протоны, и впоследствии образовался водород, без которого не светило бы Солнце, не было бы воды, не могла возникнуть жизнь. Не было бы жизни, не было бы и человечества. Так наше существование и сама возможность познания Вселенной прямо определяется отдаленным прошлым, начальными моментами Вселенной.


После стадии термоядерных реакций температура вещества была еще настолько высока, что оно находилось в состоянии плазмы еще сотни тысяч лет, вплоть до периода рекомбинации (t° ≈ 4000 К), когда ядра присоединяли электроны и превращались в нейтральные атомы. Первыми образовались атомы гелия и водорода. Как полагают, из этих первичных водорода и гелия, находившихся в газообразном состоянии, сформировались первые звезды и галактики.


Таким образом, согласно современным космологическим представлениям, атомы существовали не всегда: они являются реликтами физических процессов, происходивших в глубинах Вселенной задолго до образовании Земли. Атомы – это «ископаемые» космоса. Первооснову космического вещества составляли водород и гелий; элементов среднего и тяжелого веса космическое вещество практически не содержало. Такие элементы – это «зола» ядерных «костров», пылающих в недрах звезд.


Когда размеры Вселенной были примерно в 100 раз меньше, чем в настоящую эпоху, из зарождавшихся неоднородностей газообразного водорода и гелия возникли газовые сгустки – прото-галактические сгущения. Постепенно они фрагментировались, в них образовывались меньшие сгустки вещества. Из таких сгустков разной массы, имевших определенный вращательный момент, постепенно сформировались звезды и галактики. Расширение Вселенной определило разлет галактик, которые сами практически не расширяются.


Ядро звезды представляет собой термоядерный реактор, в котором горючим служат в основном ядра водорода (протоны). Последующие реакции синтеза приводят к превращению дейтерия в гелий, гелия – в углерод, а затем и обрзованию все более сложных ядер. По мере исчерпания запасов ядерного горючего звезды ее


440


внутренняя структура представляется слоями различных химических элементов, каждый из которых отражает различные стадии ядерного синтеза. Так на протяжении своей «жизни» звезда постепенно превращается из смеси первичного водорода и гелия в хранилище тяжелых химических элементов. А прекращая свою «жизнь», звезда может разбросать тяжелые элементы по просторам Галактики (см. 11.5.4). Со временем они могут войти в состав того межзвездного газо-пылевого облака, из которого образуются звезды нового поколения со своими планетными системами.


11.8.5. Сценарии будущего Вселенной. Любопытно знать не только далекое прошлое Вселенной, но и ее далекое будущее. Тем более что это будущее не менее поразительно, чем ее прошлое. Теоретическое моделирование будущего Вселенной существенно различается в «открытых» и «закрытой» ее моделях.


«Закрытая» модель предполагает, что в будущем расширение Вселенной сменится ее сжатием. Исходя из общей массы Вселенной 1052 т можно предположить, что примерно через 30 млрд лет она начнет сжиматься и через 50 млрд лет вновь вернется в сингулярное состояние. Полный цикл расширения и сжатия Вселенной составляет примерно 100 млрд лет. Таким образом, Вселенная может быть представлена как грандиозная осциллирующая система, испытавшая множество эволюционных циклов. При переходе от одного цикла к другому некоторые общие параметры Вселенной (Метагалактики), ее законы могут изменяться. Например, могут изменяться фундаментальные физические константы.


Совершенно иначе предстает будущее Вселенной в «открытых» в бесконечность космологических моделях, которые, по сути, представляют собой сценарии «тепловой смерти» Вселенной. В соответствии с ними уже через 1014 лет многие звезды остынут, что достаточно быстро (через 1015 лет) приведет к тому, что планеты начнут отрываться от своих звезд, а звезды покидать свои галактики. Примерно через 1019 лет большая часть звезд покинут свои галактики и постепенно превратятся в черные карлики. Центральные области галактик коллапсируют, образуя черные дыры. Таким образом галактики прекращают свое существование.


441


Дальнейшая эволюция будущей Вселенной не вполне ясна. Если обнаружится, что протон действительно нестабилен и распадается через 1031 лет на γ-квант и нейтрино, то Вселенная и будет представлять собой совокупность нейтрино, квантов света с убывающей энергией и черных дыр. Самые массивные черные дыры испарятся за 1096 лет и через 10100 лет во Вселенной останется лишь электронно-позитронная плазма ничтожной плотности.


Иначе разворачивается возможный сценарий будущего Вселенной в том случае, если протон стабилен. Тогда примерно через 1065 лет любое твердое вещество превратится даже при абсолютном нуле в жидкость. Все оставшиеся черные карлики станут жидкими каплями. А через 101500 лет любое вещество станет радиоактивным, и все жидкие капли (т.е. бывшие звезды) станут железными. От грандиозной и разнообразнейшей Вселенной останутся только жидкие холодные железные капли!


Что же дальше? Пройдет невообразимое число лет, которое можно выразить числом 10 1026, пока такие железные капли не превратятся в «черные дыры». Эти, уже последние, «черные дыры» за относительно небольшой промежуток времени 1067 лет испарятся, превратив Вселенную в поток сверхдлинноволновых квантов и электронно-позитронную плазму. Такое состояние — окончательная «смерть» Вселенной или ее возврат в исходную фазу — физический вакуум.


11.8.6. Антропный принцип. Одним из ярких проявлений глубокого взаимодействия естественного и социально-гуманитарного знания является сформулированный в современной космологии антропный принцип, заключающийся в том, что возникновение человечества, познающего субъекта были возможными в силу того, что крупномасштабные свойства нашей Вселенной, ее глубинные закономерности именно таковы, какими они являются; если бы они были иными, Вселенную просто некому было бы познавать. Этот вывод вытекает из того обстоятельства, что крупномасштабные свойства нашей Вселенной очень жестко связаны с величинами фундаментальных физических констант. Так, например, если постоянная тонкой структуры (α=е2/hс = 1/137, где е — заряд электрона, h — постоянная Планка, с — скорость света) была хотя бы на несколько процентов другой, то звезды типа нашего Солнца просто не могли бы образоваться, а значит, не было бы и человека, познающего Вселенную. Это касается многих мировых констант. Если бы они были хотя бы чуть-чуть другими, то невозможно было бы образование в эволюции материи ни атомов, ни звезд, ни Галактики, не сложились бы предпосылки и условия становления человека, цивилизации.


442


Величина большинства физических (характеризующих микромир) и космологических (характеризующих мегамир) констант имеет порядок 1040 или 10-40. Так, полученное из лабораторных измерений отношение электрических сил к гравитационным для двух заряженных элементарных частиц N1=e2/Gmp2 ≈ 1040, где mp — масса протона. Но того же порядка оказывается не связанное с N1 безразмерное отношение радиуса Вселенной к классическому радиусу электрона: N2 = ct/e2/mec2) = 1040 = N1, где mе — масса электрона, ct — радиус Вселенной в современную эпоху. Или безразмерная константа g = Gm2/hc = 10-40, где m — масса покоя элементарной частицы (электрон, протон и др.). Обратная ей величина выражает массу звезды и равна g = hc/Gm2 ≈ 1040. И так далее. Мега- и микромиры, Вселенная и мир элементарных частиц глубоко внутренне связаны друг с другом.


Таким образом, антропный принцип указывает на глубокое внутреннее единство закономерностей эволюции Вселенной, возникновения органического мира и возникновения человека и общества. Он указывает на существование некоторых универсальных жестких связей, определяющих целостный и системный характер нашей Вселенной, ее эволюции, ее способность образовывать сложные самоорганизующиеся системы (см. 16.4).


Следует подчеркнуть, что антропный принцип имеет важное методологическое значение. Он служит одним из критериев отбора тех или иных гипотез и моделей в астрофизике и космологии. Предпочтение нужно отдавать той из них, в которой описание свойств объектов Вселенной допускает возможность эволюции Вселенной, ее качественного усложнения, восхождения ох простого к сложному, от низшего к высшему. Человек и является вершиной этой эволюции.


В литературе иногда появляются и трактовки антропного принципа в духе телеологии — мир создан.Творцом для того, чтобы в нем возник человек. Как относиться к таким трактовкам? В любой эволюционирующей целостной естественной системе начальные, основополагающие характеристики неизбежно и закономерно связаны с ее конечными результатами и свойствами. Эти связи, закономерности обычно не лежат на поверхности. Нередко появляется соблазн подменить их сверхъестественными, те-


443


леологическими связями. Да, путь выявления объективных системных связей обычно сложен и тернист, но рано или поздно науке удается их раскрыть. Вселенная как целое — одна из таких эволюционирующих естественных систем. Телеологические трактовки антропного принципа приписывают такой системе сверхъестественную цель, подменяя объективные связи и закономерности произвольными предположениями, не имеющими под собой конструктивной базы. Но сама космология в этом не нуждается: практически все возникающие в ней вокруг антропного принципа конкретные задачи не сталкиваются с какими-либо принципиальными затруднениями и вполне доказательно и обоснованно решаются по мере накопления эмпирических и теоретических знаний [1].


1 См.: Космология. Теории и наблюдения. М., 1978. С. 360—380.


Следует иметь в виду и то, что скорее всего не всякая вселенная имеет такие фундаментальные законы, которые позволяют ей развиваться от простого к сложному, или, по крайней мере, эволюционировать длительное время. Вполне можно допустить, что в раздуваемом инфляцией «ансамбле вселенных» такая вселенная либо вовсе одна (наша Вселенная), либо их немного. «Коридор эволюции» оказался достаточно узким. По-видимому, далеко не в любой вселенной могут появиться условия для возникновения разума.


11.9. Жизнь и разум во Вселенной: проблема внеземных цивилизаций


11.9.1. Понятие внеземных цивилизаций. В последние десятилетия в массовом сознании отмечается наплыв очередной волны мистицизма. На этом фоне получило распространение обсуждение вопроса о внеземных цивилизациях, их поисках и контактах с ними. Поиски НЛО и страстное ожидание пришельцев из внеземных цивилизаций — одна из популярных тем в средствах массовой информации (в том числе и достаточно серьезных). Появляются «сообщения» об инопланетянах, контактах с ними и даже об умыкании ими землян прямо в центрах многомиллионных городов. Ширятся слухи о начатой операторами НЛО эвакуации землян в просторы Вселенной... Нет числа найденным доказательствам посещения Земли представителями высокоразвитых разумных цивилизаций в прошлом...


444


Занимается ли вопросом о внеземных цивилизациях современная наука? И если занимается, то как она его решает? Прежде всего следует отметить, что вопрос о внеземных цивилизациях имеет свою научную постановку, которая существенно отличается от его трактовок массовым, обыденным, вненаучным сознанием. Современная наука трактует внеземные цивилизации как общества разумных существ, которые могут возникать и существовать вне Земли (на других планетах, космических телах, в иных вселенных, средах и др.).


С позиций современной науки предположение о возможности существования внеземных цивилизаций имеет объективные основания: представление о материальном единстве мира; о развитии, эволюции материи как всеобщем ее свойстве; данные естествознания о закономерном, естественном характере происхождения и эволюции жизни, а также происхождения и эволюции человека на Земле; астрономические данные о том, что Солнце -типичная, рядовая звезда нашей Галактики и нет оснований для ее выделения среди множества других подобных звезд; в то же время астрономия исходит из того, что в Космосе существует большое разнообразие физических условий, что может привести в принципе к возникновению самых разнообразных форм высокоорганизованной материи.


В начале 1960-х гг. одним из итогов интенсивного развития астрономического познания, широкого научного международного сотрудничества в астрономии явился важный вывод: во-первых, сложились научные основания исследования проблемы внеземных цивилизаций и, во-вторых, эта проблема носит комплексный, междисциплинарный характер, решается совместными усилиями специалистов в области естественных, технических, социально-гуманитарных и философских наук. С 1960-х гг. вплоть до начала XXI в. в США, в нашей стране была проведена значительная научно-исследовательская и организационная работа в этой области [1]. Она осуществлялась по следующим основным направлениям:


1 В России ключевую роль в организации комплексных исследований внеземных цивилизаций играет «Научно-культурный центр SETI», представляющий собой научно-исследовательскую и культурно-просветительскую организацию, действующую в рамках Академии космонавтики им. К.Э. Циолковского. Этот центр организует не только научные исследования, но и образовательные, культурные программы, посвященные вопросам жизни и разума во Вселенной.


445


+ анализ и развитие мировоззренческих и теоретических оснований проблемы внеземных цивилизаций, их возникновения, развития и проявления; выработка различных стратегий поиска и установления контактов с ними;

+ разработка методов обнаружения внеземных цивилизаций (следов их активности, искусственных сигналов, которые они посылают, и т.д.);

+ поиск возможных сигналов от внеземных цивилизаций, проведение наблюдений в радио и оптическом диапазонах;

+ передача от нашей цивилизации сообщений внеземным цивилизациям.


Таким образом, развитие естествознания во второй половине XX в., выдающиеся открытия в области астрономии, кибернетики, биологии, радиофизики позволили перевести проблему внеземных цивилизаций из чисто умозрительной в конкретно-научную плоскость. Впервые в истории человечества появилась возможность вести экспериментальные исследования по этой фундаментальной проблеме. К тому же эта проблема имеет глубокий практический смысл. Ведь открытие внеземных цивилизаций и установление контакта с ними могут оказать огромное влияние на научный и технологический потенциал общества, на будущее человечества.


11.9.2. Оценка распространенности внеземных цивилизаций. Первым в комплексе вопросов, связанных с научным изучением внеземных цивилизаций, является вопрос об их возможной распространенности. В настоящее время оценка возможной распространенности внеземных (космических) цивилизаций в нашей Галактике осуществляется по формуле Дрейка:


N = R f n k d q L,


где N – число внеземных цивилизаций в Галактике; R – скорость образования звезд в Галактике, усредненная по всему времени ее существования (число звезд в год); f— доля звезд, обладающих планетными системами; n – среднее число планет, входящих в планетные системы и экологически пригодных для жизни; к – доля планет, на которых действительно возникла жизнь; d — доля планет, на которых после возникновения жизни разви-


446


лись ее разумные формы; q — доля планет, на которых разумная жизнь достигала фазы, обеспечивающей возможность связи с другими мирами, цивилизациями; L — средняя продолжительность существования таких внеземных (космических, технических) цивилизаций.


За исключением первой величины (R), которая относится к астрофизике и может быть подсчитана более или менее точно (около 10 звезд в год), и доли звезд, обладающих планетными системами (f ≈ 30%), все остальные величины являются весьма неопределенными. Поэтому они рассматриваются компетентными учеными на основе экспертных оценок, которые, разумеется, носят субъективный характер.


Вот, например, вопрос о вероятности возникновения жизни. Ясно, что далеко не на всякой планете может возникнуть жизнь. Для возникновения жизни (посредством естественного отбора) необходим сложный комплекс условий.


Во-первых, значительные интервалы времени; поэтому жизнь может возникнуть только вокруг старых звезд не первого, а второго поколения, поскольку только рядом с ними могут быть остатки тяжелых элементов, оставшиеся после взрывов сверхновых звезд первого поколения.


Во-вторых, на планете должны быть соответствующие температурные условия: слишком высокая или слишком низкая температуры исключают появление жизни.


В-третьих, масса планеты не должна быть слишком маленькой: в этом случае планета быстро теряет свою атмосферу, которая попросту испаряется («диссипация»). Чем легче газ, тем быстрее он уходит за пределы планеты. Масса планеты не должна быть и очень большой, чтобы не удерживать свою первоначальную атмосферу (из водорода и гелия), не препятствовать изменению ее состава и появлению вторичной атмосферы.


В-четвертых, наличие жидкой оболочки на ее поверхности: первичные формы жизни скорее всего возникли в воде.


И наконец, в – п я т ы х, на планете должны быть условия для возникновения сложных молекулярных соединений, на основе которых могут протекать разнообразные химические процессы.


В результате учета всех этих условий оказывается, что лишь у 1—2% всех звезд в Галактике могут быть планетные системы с явлениями жизни. Иначе говоря, при самых оптимальных оценках около 1 млрд звезд могут иметь планетные системы, на которых в принципе возможна жизнь [1].


1 Современная астрономия пришла к выводу о невозможности существования высокоразвитой жизни на других планетах Солнечной системы. Вместе с тем, астробиологи высказывают мнение о возможности существования простейших форм жизни на Марсе и даже на спутнике Юпитера — Ио.


447


Далее необходимо определить вероятность возникновения разумных форм жизни, достижения ими фазы цивилизации, продолжительности существования цивилизации. Здесь спектр оценок оказывается еще более разнообразны. В итоге остается неопределенность в оценке общей величины N: от 109 цивилизаций в Галактике до одной цивилизации в нескольких соседних галактиках. Однако в последние годы в связи с открытием большого количества планет у других звезд экспертные оценки сдвинулись в сторону большой вероятности существования внеземных цивилизаций.


11.9.3. Типы контактов с внеземными цивилизациями. Тема контактов со внеземными цивилизациями, пожалуй, одна из самых популярных в научно-фантастической литературе и кинематографии. Она вызывает, как правило, самый горячий интерес у поклонников этого жанра, всех, интересующихся проблемами мироздания. Но художественное воображение здесь должно быть подчинено жесткой логике рационального анализа. Такой анализ показывает, что возможны следующие типы контактов: непосредственные контакты, т.е. взаимные (или односторонние) посещения; контакты по каналам связи; контакты смешанного типа — посылка к внеземной цивилизации автоматических зондов, которые передают полученную информацию по каналам связи.


Конечно, наиболее привлекательны контакты первого типа, но именно они наиболее трудны в реальном осуществлении. Основная трудность связана с длительностью полета к другим цивилизациям, которая может быть больше времени жизни самой земной цивилизации. Отсюда возникает вопрос о возвращении, ценности привезенной информации, а значит, и смысле самого полета. Например, при полетах к далеким звездам со скоростями, много меньшими скорости света (v << с), требуются тысячелетия, а значит, такие полеты возможны только к ближайшим звездам.


448


Теоретические аспекты таких проектов учеными обсуждаются, хотя до их практического осуществления еще очень далеко.


Так называемые фотонные ракеты позволили бы перемещаться в пространстве со скоростями, близкими к скорости света (v ~ с). При этом путешествия в отдаленные области Галактики (и даже в другие галактики) заняли бы время жизни одного поколения космонавтов. Но согласно теории относительности, в условиях такого полета время сокращается только для экипажа космического корабля, а для жителей Земли оно будет течь как в нерелятивистской системе. Это значит, что за время путешествия на Земле пройдут сотни и тысячи лет.


Правда, учитывая эти аргументы, иногда высказывают идею космического путешествия без возвращения на Землю, т.е. межзвездного перелета со сменой поколений во время полета. В будущем эта проблема, очевидно, будет в принципе технически решаемой. Но ее смысл уже иной – это расселение земной цивилизации во Вселенной. Оценка целесообразности такого расселения – дело наших далеких потомков.


В настоящее время реально возможными контактами с внеземными цивилизациями являются контакты по каналам связи. Если время распространения сигнала в обе стороны t больше времени жизни цивилизации (t > L) , то речь может идти об одностороннем контакте. Если же t << L, то возможен двусторонний обмен информацией. Современный уровень естественно-научных знаний позволяет серьезно говорить лишь о канале связи с помощью электромагнитных волн, тем более что сегодняшняя радиотехника может реально обеспечить установление такой связи.


Поиск сигналов от внеземных цивилизаций – это одна сторона контакта с ними. Но существует и другая – сообщение таким цивилизациям о нашей, земной цивилизации. Поэтому наряду с поисками сигналов от космических цивилизаций неоднократно направлялись послания внеземным цивилизациям. В 1974 г. с радиоастрономической обсерватории в Аресибо (Пуэрто-Рико) в сторону шарового скопления М-31, находящегося от Земли на расстоянии 24 тыс. световых лет, было направлено радиопослание, содержащее закодированный текст о жизни и цивилизации на Земле. В 2001 г. была организована передача (к 6 звездам солнечного типа в радиусе 70 световых лет от Солнца) первого радиопослания внеземным цивилизациям от детей Земли. Информационные сообщения также помещались на космические аппараты, траектории которых обеспечивали им выход за пределы Солнечной системы.


449


Конечно, очень мало шансов на то, что эти послания когда-либо достигнут цели, но начинать с чего-то надо. Важно, что человечество не только серьезно задумывается о контактах с разумными существами из других миров, но уже и оказывается способным налаживать такие контакты, пусть в самой простейшей форме.


11.9.4. Поиски внеземных цивилизаций. Изучение внеземных цивилизаций направлено на установление той или иной формы связи с ними. Эти связи могут быть косвенные (фиксация активности внеземных цивилизаций в настоящем или в прошлом) и прямые (выявление сигналов, направляемых такими цивилизациями либо нам, либо какой-нибудь другой цивилизации, либо безадресно).


В настоящее время наметилось несколько направлений поиска следов активности внеземных цивилизаций.


Во-первых, поиск следов астроинженерной деятельности внеземных цивилизаций. Это направление базируется на предположении, что технически развитые цивилизации рано или поздно должны перейти к преобразованию окружающего космического пространства (создание искусственных спутников, искусственной биосферы и др.), в частности для перехвата значительной части энергии звезды. Как показывают расчеты, излучение основной части таких астроинженерных сооружений должно быть сосредоточено в инфракрасной области спектра. Следовательно, задача обнаружения подобных внеземных цивилизаций должна начинаться с поиска локальных источников инфракрасного излучения или звезд с аномальным избытком инфракрасного излучения. Такие исследования в настоящее время ведутся. В результате было обнаружено несколько десятков инфракрасных источников, однако пока нет оснований связать какой-либо из них с внеземной цивилизацией.


Во-вторых, поиск следов посещения Земли внеземными цивилизациями. В основе этого направления лежит допущение о том, что активность внеземных цивилизаций могла проявляться в историческом прошлом в виде посещения Земли, и такое посещение не могло не оставить следов в памятниках материальной


450


или духовной культуры различных народов. Так проблема внеземных цивилизаций сближается с историей культуры, археологией, где также имеется много «белых пятен», загадок, тайн и проблем. На этом пути немало возможностей для различного рода сенсаций — ошеломляющих «открытий», квазинаучных мифов о космических истоках отдельных культур. Так, рассказом о космонавтах называют легенды о вознесении святых на небо. Необъяснимые пока постройки больших каменных сооружений также не доказывают их космического происхождения. Например, спекуляции такого рода вокруг гигантских каменных идолов на острове Пасхи были развеяны Т. Хейердалом: потомки древнего населения этого острова показали ему, как это делалось не только без вмешательства космонавтов, но и без всякой техники. В этом же ряду находится и гипотеза о том, что Тунгусский метеорит был не метеоритом или кометой, а космическим кораблем инопланетян. Такого рода гипотезы и предположения необходимо исследовать самым тщательным образом.


В-третьих, поиск сигналов от внеземных цивилизаций. Данная проблема в настоящее время формулируется прежде всего как проблема поиска искусственных сигналов в радио- и оптическом (например, остронаправленным лучом лазера) диапазонах. Наиболее вероятной является радиосвязь. Поэтому важнейшей задачей оказывается выбор оптимального диапазона волн для такой связи. Анализ показывает, что наиболее вероятны искусственные сигналы на волнах λ ≡ 21 см (радиолиния водорода), λ ≡ 18 см (радиолиния ОН), λ ≡ 1,35 см (радиолиния водяного пара) или же на волнах, скомбинированных из основной частоты с какой-либо математической константой (π, е и др.).


Серьезный подход к поиску сигналов от внеземных цивилизаций требует создания постоянно действующей службы. Такая служба должна быть достаточно универсальной — рассчитанной на прием сигналов различного вида (импульсных, узкополосных и широкополосных).


Первые работы по поиску сигналов внеземных цивилизаций были выполнены в США в 1960 г. Исследовалось радиоизлучение ближайших звезд (х Кита и е Эридана) на волне 21 см. В последующем (1970—1980-е гг.) такие исследования проводились и в СССР. С 1972 г. поиски в оптическом диапазоне проводились на орбитальных станциях.


451


11.9.5. Чем объяснить молчание Космоса? Целенаправленный поиск внеземных цивилизаций осуществляется уже свыше сорока лет. Однако итоги оказываются обескураживающими. За сорок с лишним лет проведения в различных странах систематических наблюдений с целью обнаружения признаков внеземных цивилизаций или сигналов от них положительных результатов получено не было. Ни очевидных признаков существования мощных внеземных цивилизаций (сверхцивилизаций), следов их активности, ни сигналов, которые можно было трактовать как искусственные, передаваемые внеземными цивилизациями, обнаружить не удалось. Эту ситуацию определили как астросоциологический парадокс: теоретические предсказания, оценки и ожидания противоречат бесспорным результатам эксперимента [1]. Чем же объяснить молчание Космоса?


1 См.: Астрономия и современная картина мира. М., 1996. С. 203—231.


В ходе обсуждения этого вопроса были высказаны самые различные точки зрения: завышенные оценки количества внеземных цивилизаций; слабость наших средств и методов наблюдения (не так, не там, не теми средствами ищем); непродолжительность существования цивилизаций; большой разброс возрастов цивилизаций, приводящий к тому, что период времени, когда возможно взаимное понимание, весьма короток; большинство цивилизаций намного старее нас и поэтому нам сложно вообразить их возможности: может быть, таинственные мощнейшие гамма-всплески во Вселенной — продукты их активности?; и уж совсем «приземленное» объяснение — цивилизации конкурируют между собой, ведут «звездные войны» и потому конспирируются (!); и т.д. и т.п. Как всегда бывает в таких случаях, глубинной основой всех таких объяснений в конечном счете является тональность личностного мироощущения, настроения их автора — либо оптимистическая, либо пессимистическая.


Хотелось бы обратить внимание читателей на два возможных следствия из астросоциологического парадокса. Во-первых, он, по нашему мнению, призывает еще и еще раз задуматься над вопросом о смысле общения с внеземными цивилизациями. Даже при условии, что такая цивилизация расположена от нас всего лишь на расстоянии 50 или 100 световых лет, для обмена информацией с ней нужно соответственно 100 или 200 лет! За это время


452


на Земле сменится несколько поколений людей, значительно изменятся научные возможности, технический потенциал, цели и задачи нашей человеческой цивилизации, т.е. в конце концов основные смыслы контекстов переданной и полученной информации будут разительно различаться. Вплоть до того, что полученная нами информация может для нас быть уже не нужной и не новой. И совсем очевидна буквальная «бессмысленность» такого общения, если цивилизация, с которой мы хотим обмениваться информацией, расположена от нас на сотни, тысячи и десятки тысяч световых лет в нашей Галактике (напомним, что ее диаметр 100 тысяч световых лет), не говоря уже о межгалактическом общении!


Во-вторых, есть еще одна сторона в вопросе о смысле общения цивилизаций. Все цивилизации — частицы и продукты, результаты развития одной и той же, «нашей» Вселенной, все они живут по ее законам и познают их. В системе таких законов выделяются общие и частные законы. Общие законы — это фундаментальный базис Вселенной, придающий ей целостность и единство. Они являются предметом физики, астрономии и космологии. И здесь важно иметь в виду, что общие законы Вселенной могут быть познаны в любой ее точке; для их познания нет необходимости в посещении различных частей Вселенной, в межзвездных и межгалактических путешествиях.


Но ведь мы уже сейчас можем в эксперименте воссоздавать состояния Вселенной, когда ее время было 10-12 с, а теоретически моделировать ее состояния вплоть до 10-30 с. Дальнейшее развитие науки несомненно позволит нам еще дальше углубиться в начало Вселенной. Любая другая разумная цивилизация так или иначе осваивает те же общие законы природы, в меньшей или большей мере продвинувшись по сравнению с нами.


Конечно, есть и множество частных законов, проявляющихся в разных звездных системах, галактиках, их скоплениях. И потому живые системы могут существовать не только на углеродной, а, допустим, на кремниевой основе, внешний облик и способы жизнедеятельности неземных носителей разума могут иметь самые поразительные свойства, о которых любят писать авторы научно-фантастических произведений, и т.п. Но принципиально нового приращения фундаментального знания, знания общих законов нашей Вселенной эти частные законы не дают. А общие


453


законы, повторяем, могут быть познаны во всех точках Вселенной. И это, возможно, еще одна причина, почему внеземные цивилизации не видят глубинного смысла в обмене информацией. Таким образом, каждая цивилизация ведет себя так, как будто она одинока во Вселенной.


И, наконец, нельзя отвергать полностью мнение, что Человечество одиноко если не во всей Вселенной, то во всяком случае в нашей Галактике. Такое мнение влечет за собой важнейшие мировоззренческие выводы о значении и ценности земной цивилизации, ее достижений. Вполне возможно, что наша планета Земля является высшим «цветом» развития всей или, по крайней мере, огромной части Вселенной, в человечестве сконцентрированы все основные результаты, итоги саморазвития Мира, Природы. Это значит, что мы, люди, человечество, в огромной степени ответственны — не только за нашу планету, но и за развитие Вселенной в целом!


11.10. Методологические установки «неклассической» астрономии XX в.


Краткий обзор современной астрономической картины мира показывает, что астрономия в XX в. кардинально преобразовала старые классические представления о Вселенной, ее структуре и эволюции, пережила глубокую научную революцию, которая изменила способ астрономического познания. На смену классического пришел «неклассический» способ астрономического познания. Свидетельством этого является радикальная смена методологических установок астрономического познания.


+ Основа астрономического познания — признание объективного существования предмета астрономической науки (космических тел, их систем и Вселенной в целом) и их принципиальной познаваемости научно-рациональными средствами (причем не только структурного, но и исторического аспекта Вселенной). Следовательно, можно говорить о полной победе материалистического принципа познаваемости природы, истории Вселенной в системе методологии астрономии XX в.


+ Эмпирическая основа современной астрономии — наблюдение во всеволновом диапазоне. Теоретические исследования и экспериментальные попытки регистрации гравитационных волн открывают перспективы развития гравитационной астрономии. Сведения о космосе несут космические лучи и нейтрино. Важная особенность наблюдений во внеоптических диапазонах состоит в том, что они дают информацию, как правило, о нестационарных процессах во Вселенной.


454


+ Теоретическая основа современной астрономии — не только классическая механика, но и релятивистская и квантовая механика, квантовая теория поля. Классическая механика не потеряла своего значения для астрономического познания (прежде всего, для объяснения процессов, происходящих в Солнечной системе). Как и прежде, все расчеты движений тел планетной системы и искусственных спутников Земли, Луны и планет, космических аппаратов, созданных человеком, осуществляются (в силу слабости релятивистских и квантовых эффектов для этих систем) на базе ньютоновской механики.


+ Физическая реальность состоит из трех качественно несводимых друг к другу уровней: микро-, макро- и мегамиров. В системе астрономического познания выделяются две большие подсистемы: во-первых, астрономические науки, изучающие закономерности космических тел и процессов макроуровня (небесная механика, астродинамика, астрометрия и др.); во-вторых, астрономические науки, изучающие космические процессы на уровне мегамира (внегалактическая астрономия, релятивистская космология и др.). Считается, что исследования носят космологический характер, если предмет изучения имеет линейные размеры, превышающие 109 пк; именно здесь проходит разграничительная линия между «обычным» астрономическим и космологическим масштабами.


В системе астрономического познания большую роль играет исследование закономерностей микромира, связанных с процессами излучения звезд, ранних этапов эволюции Вселенной и т.п., поэтому современная астрономия пользуется и аппаратом микрофизики (квантовая механика, квантовая электродинамика, теория электрослабого взаимодействия, квантовая хромодинамика и др.). Вопрос о глубинных внутренних связях между микро-, макро- и мегамирами, о том, что на определенном уровне они представляют, собой некое (диалектическое) единство, также входит в поле зрения современной астрономии.


455


+ Вопрос о единственности Вселенной как объекта космологии в современной астрономии решается отнюдь не однозначно. Наряду с точкой зрения, что Вселенная как объект космологии — это наша Метагалактика в ее самых общих свойствах, существует мнение, что множество вселенных, порождаемых виртуальной «пеной» физического вакуума, могут сосуществовать друг с другом, а тезис об уникальности Вселенной должен рассматриваться как исторически относительный, определяемый уровнем практики.


Хотя эмпирических данных, подтверждающих представление о множественности вселенных, пока нет (более того, проблематична даже та конкретная логико-гносеологическая форма, в которой такой эмпирический базис может быть зафиксирован), тем не менее такое представление вытекает из принципов инфляционной космологии.


+ Претерпеваютзначителъные изменения трактовки сущности пространства и времени. С одной стороны, современная астрономия опирается на общую теорию относительности, в соответствии с которой пространственно-временные характеристики перестают быть фундаментальными, не зависимыми ни от чего понятиями физики. Геометрические характеристики тел, их поведение и ход часов зависят прежде всего от гравитационных полей, которые в свою очередь создаются материальными телами. Важное значение имеет то обстоятельство, что в релятивистской физике такая характеристика, как «конечность-бесконечность», является вариантом (относительной величиной), значит, противопоставление конечности и бесконечности относительно — конечность пространства в одной системе не исключает его бесконечности в другой. Более того, относительны не только «конечность-бесконечность», но и топологические характеристики пространства-времени. Это значит, что метрический и континуальный характер пространства-времени в нашей Вселенной относителен и возможны пространственно-временные организации вещества и поля с иными топологическими характеристиками.


С другой стороны, инфляционная космология допускает на ранних стадиях эволюции Вселенной раздувание физического вакуума со скоростью, на много порядков превышающей скорость света; стадия раздувания физического вакуума, наполненного скалярным полем, осуществляется без присутствия вещества и излучения, которые к тому времени еще не образовались.


456


+ Современная астрономия теоретически и эмпирически обосновывает идею нестационарности Вселенной: мир астрономических объектов находится в состоянии постоянного качественного изменения, развития. Идея развития пронизывает всю современную астрономию. Эта идея носит не умозрительный характер, а воплощается в конкретных астрофизических и космологических моделях.


Общая идея о нестационарности Вселенной (пространственной и структурной) конкретизируется в следующих методологических установках:


во-первых, развитие космических тел рассматривается диалектически — со взрывами, скачками, перерывами постепенности; при этом учитывается многообразие путей развития, включая моменты нисходящего, регрессивного движения;


во-вторых, в качестве факторов, определяющих процесс развития космических тел, рассматриваются все четыре известных сейчас фундаментальных взаимодействия; прибегать ко всем четырем приходится в моделировании начальных стадий эволюции Вселенной, вблизи сингулярности; в масштабах Метагалактики решающая роль принадлежит силе тяготения;


в-третьих, признается необходимость доведения теоретического описания астрономического объекта и его эволюции до выделения его индивидуальных черт, поскольку астрономические объекты даже одного типа (например, звезды или даже звезды определенного класса) имеют заметные индивидуальные различия (масса, светимость, химический состав, температура и др.).


+ Современная астрономия исходит из установки о космогоническом смысле (прямом или опосредованном) любой астрономической проблемы. Именно космогонический аспект исследования Вселенной начинает все больше выступать в виде того организующего центра, который объединяет различные разделы дифференцировавшейся астрономической науки.


+ В современной неклассической астрономии (так же, как и в классической) нет свободы выбора условий наблюдения. Современная астрономия осознает зависимость результата наблюдения от условий, в которых находится наблюдатель. Но в отличие от классической современная астрономия не во всех случаях допускает возможность пренебречь этой зависимостью или внести в нее поправку. В современной астрономии на эмпирическом уровне познания возра-


457


стает роль субъекта. Так, при объяснении с помощью общей теории относительности космологических явлений (искривленного пространства-времени) необходимо пользоваться классическими понятиями для описания содержания эксперимента с излучением от удаленных объектов, поскольку он происходит в однородной и изотропной локальной области плоского пространства-времени. Это описание условий эксперимента не может быть элиминировано в окончательном результате исследования.


+ Резкое возрастание теоретической активности субъекта современного астрономического познания. Современная астрономия (как и «неклассическая» физика) отвергает классический идеал абсолютного описания, согласно которому в рамках одной теории можно достичь исчерпывающего описания закономерностей и свойств мира астрономических объектов. В системе теоретического описания структуры и эволюции Вселенной необходима не одна, а множество теоретических моделей.


+ Изменяемость структуры познавательной деятельности в астрономии — одна из новых методологических установок. Принципы и способы познавательной деятельности в развитии астрономии периодически изменяются. Эпохи, когда происходят такие изменения, — это эпохи научных революций в астрономии.


Итак, методологические установки современной астрономии существенно отличаются от методологических установок классической астрономии (см. 7.2.5).


Такая смена методологических установок позволяет сделать вывод о том, что в XX в. в астрономии произошла научная революция, которая привела к изменению способов астрономического познания и астрономической картины мира.


^ СОВРЕМЕННАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА


12. ПУТИ РАЗВИТИЯ И ПРИНЦИПЫ БИОЛОГИИ XX в.


В XX в. динамичное развитие биологического познания привело к открытию молекулярных основ живого. Наука непосредственно приблизилась к решению величайшей проблемы — раскрытию сущности жизни. Решена величайшая задача органического мира и важнейшая проблема биологии — объяснено явление наследственности. Усилиями молекулярной биологии расшифрован генетический код, осуществляется синтез генов. Биотехнологии революционизируют производительные силы общества, сельскохозяйственное производство, медицину. А генная инженерия открывает перед человечеством и вовсе неожиданные, удивительные, а подчас и настораживающие перспективы: клонирование животных и человека, создание генетически новых форм живого. Это определяет возрастание ответственности ученых-биологов за будущее нашей планеты, ее биосферы, за судьбы человечества.


Радикально изменились и сама биология, и ее место, роль в системе наук, отношение биологической науки и практики. Биология постепенно становится лидером естествознания.


12.1. Рождение генетики как науки


12.1.1. Успехи экспериментальной генетики. Вступление в XX в. ознаменовалось в биологии бурным развитием экспериментальных исследований явлений наследственности и зарождением генетики как науки. Важнейшим исходным событием явилось переоткрытие законов Менделя в 1900 г. (независимо тремя учеными — X. Де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии). В том же году была обнаружена и забытая, опередившая свое время работа Г. Менделя. Это говорит о том, что только в начале XX в. биология поднялась до уровня понимания открытия Менделя и рождения генетики как науки.


459


Далее последовала лавина эмпирических открытий и построение различных теоретических моделей. Большое число биологов разных специальностей (зоологов, ботаников и др.) после переоткрытия законов Менделя обратились к проблемам генетики и начали проводить генетические эксперименты на разных объектах, как растительных, так и животных (очень удобным объектом оказалась плодовитая мушка дрозофилы, имеющая всего четыре пары хромосом). За относительно короткий срок (20—30 лет) в учении о наследственности был накоплен колоссальный эмпирический и теоретический материал:


+ открыт дискретный характер наследственности;

+ обосновано представление о гене и хромосомах как носителях генов [1];

+ получено представление о линейном расположении генов;

+ доказано существование мутаций и возможность вызывать их искусственно;

+ установлен принцип чистоты гамет, законов доминирования, расщепления и сцепления признаков;

+ разработаны методы гибридологического анализа, чистых линий (генотипически однородного потомства) и инцухта, крос-синговера (нарушение сцепления генов в результате обмена участками между хромосомами);

+ получен вывод о том, что исходный материал для селекции должен быть генетически гетерогенным.


1 Понятия гена, генотипа, фенотипа были введены в биологию датским ученым В.Л. Иогансеном.


Все эти и другие открытия были экспериментально подтверждены, строго обоснованы.


В России станоатение генетики происходило несколько позже. Впервые университетский курс генетики был прочитан в 1913 г. Ю.А. Филипченко. Обширная и оригинальная сводка Е.А. Богданова по менделизму появилась в 1914 г. В 1920—1930-е гг. отечественная генетика развивалась широким фронтом, высокими темпами и достигла выдающихся результатов.


460


12.1.2. Хромосомная теория наследственности. Интенсивные экспериментальные исследования и фронтальное накопление эмпирического материла в первой четверти XX в. дали импульс разработке теоретических аспектов генетики.


Зарождающейся генетике (в форме менделизма) следовало прежде всего концептуально определиться по отношению к дарвинизму. Этот процесс был трудным и противоречивым. С одной стороны, «ортодоксальные дарвинисты» (А.Уоллес, Е. Паульсон, В.Уэлдон и др.), делавшие акцент на непрерывности эволюции в виде индивидуальных изменений (именно в них они усматривали материал для естественного отбора), не понимали, что менделизм может дать научные идеи, которые способны расширить, углубить, конкретизировать понятия дарвинизма.


С другой стороны, в общем контексте кризиса дарвинизма на рубеже XIX—XX вв. (см. 8.3.1) многие его критики попытались использовать менделизм в целях антидарвинизма, призывали полностью пересмотреть дарвинизм и заменить эволюцию мутационной теорией. По этому пути пошел, например, Хуго Де Фриз, считавший, что новый вид создается не путем постепенного перехода от старого вида к новому, а скачком, в результате мутаций у большинства особей исходного вида. Для образования нового вида не нужны борьба за существование и естественный отбор. Фриз не признавал внутривидового естественного отбора как творческий фактор эволюции и полагал, что возможен только межвидовой отбор как выбраковщик не особей, а видов.


Основная теоретико-методологическая установка попыток замены дарвинизма мутационными концепциями — автогенез, т.е. образование видов, осуществляемое исключительно за счет внутренних (мутационных) факторов и не требующее участия внешней среды. Крайним выражением такой позиции был генетический преформизм, согласно которому эволюция осуществляется как преформистское развертывание некоего комплекса наследственных факторов (генов). Так, У. Бэтсон, один из основателей генетики, учитель Н.И. Вавилова, считал, что эволюция состоит не в изменении генов под влиянием среды, а в выпадении генов, накоплении генетических утрат. Эта позиция вела к парадоксальному выводу: чем проще организм, тем генетически он сложнее.


461


Генетика не опровергала дарвинизм, наоборот, становилось все более очевидно, что генетика дополняет дарвинизм и восполняет главный его пробел, т.е. объясняет сущность неопределенной изменчивости. Вершиной теоретического обобщения накопленного генетикой эмпирического материала в первые десятилетия XX в. стала хромосомная теория наследственности.


Основу этой теории составляет ряд ключевых обобщений: во-первых, наследственный фактор локализован в хромосомах клеток; во-вторых, преемственность наследственных свойств организма определяется преемственностью хромосом; в-третьих, для нормального развития особи необходимо наличие всех хромосом, присущих данному виду; в-четвертых, в клетках тела (сомы) содержится диплоидный набор хромосом (один — от отца, другой — от матери); в мейозе (особый способ деления клетки) происходит уменьшение (редукция) числа хромосом и переход клеток из диплоидного в гаплоидное состояние, свойственное зародышевым клеткам.


Эти обобщения конкретизируются в следующих утверждениях:

+ хромосома состоит из генов;

+ гены расположены в хромосоме в линейном порядке;

+ ген — неделимая корпускула наследственности, ее «квант»; в мутациях ген изменяется как целое;

+ гены, локализованные в пределах одной хромосомы, составляют одну группу сцепления и передаются совместно, поэтому признаки, зависящие от сцепления генов, наследуются совместно;

+ сцепленное наследование признаков может нарушаться за счет перекреста хромосом (кроссинговера), ведущего к перераспределению генетического материала между гомологичными хромосомами.


Непосредственно основания хромосомной теории наследственности разрабатывались (1902—1907) Т. Бовери, У. Саттоном, а завершенная полная формулировка дана в работах Т.Х. Моргана и его школы (А.Г. Стёртевант, Г.Дж. Меллер, К. Бриджес и др.), удостоенных за разработку этой теории Нобелевской премии. Эта теория стала стартовой площадкой теоретической генетики. На ее принципах и понятиях базировался дальнейший теоретический анализ структуры генов, роли нуклеиновых кислот в передаче наследственных признаков, зависимости проявления гена от места его положения в хромосоме и т.д.


462


12.2. Синтетическая теория эволюции: первый синтез дарвинизма и генетики


12.2.1. Создание синтетической теории эволюции. Хромосомная теория наследственности не снимала противоречий между дарвинизмом и генетикой. (Собственно говоря, такая задача перед ней и не стояла.) Важнейшим шагом на пути их преодоления явилось создание синтетической теории эволюции — первого глубокого синтеза классического дарвинизма, генетики, систематики, палеонтологии, экологии. Он привел к качественному скачку в развитии биологического знания, к переходу биологии с классического на неклассический уровень познания.


Принципиальные и концептуальные положения синтетической эволюции были заложены трудами С.С. Четверикова (1926), Р.Фишера, Н.В. Тимофеева-Ресовского, С. Райта, Н.П. Дубинина, Дж. Холдейна (1929—1932) и др. Свое развитие она получила в трудах таких выдающихся биологов XX в., как Н.И. Вавилов, И.И. Шмальгаузен, Э. Майр, Дж. Симпсон, Дж. Хаксли, Ф.Г. Добжанский и др. Непосредственными предпосылками создания теории выступали: хромосомная теория наследственности; традиция разработки биометрических и математических подходов в решении проблем генетики и эволюции, в частности закон Харди—Вайнберга (1908) для идеальной популяции (гласящий, что такая популяция — совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, более или менее изолированную от соседних совокупностей того же вида, стремится сохранить равновесие концентрации генов при отсутствии факторов, изменяющих его) [1], результаты эмпирических исследований изменчивости в природных популяциях и т.д.


1 В 1935 г. А.Н. Колмогоров уточнил этот закон и показал, что самые большие изменения генотипического состава популяции наблюдаются не в случае малых или больших изолятов, а в случае полуизолированных популяций, между которыми периодически возникают потоки генов.


463


Идейные основы синтетической теории эволюции сложились в научной школе С.С. Четверикова, который еще в 1905 г. обратил внимание на то, что периодические колебания численности особей вида («волны жизни») могут влиять на направление и интенсивность естественного отбора. В 1921 — 1929 гг. организованный Четвериковым научный коллектив провел исследования мутаций в природных популяциях. Эти исследования показали, что мутационный процесс происходит в природных популяциях; популяция обладает общим генофондом, который насыщен разными мутациями, и по мере старения вида в нем накапливается все больше мутаций (при этом признаки вида расшатываются); полная изоляция популяции и естественный отбор приводят к образованию нового вида. Работы Четверикова и его школы стали основанием науки о генетике природных популяций, синтетической теории эволюции, идей популяционного мышления в биологии, революционных по своей сути.


Формирование синтетической теории эволюции ознаменовало переход к популяционной концепции, сменившей организмо-центрическую, начало преодоления противопоставления исторического и структурно-инвариантного «срезов» в исследовании живого, интеграцию биологии на базе дарвинизма (в России — Н.И. Вавилов, И.И. Шмальгаузен, А.Н. Северцов, разработавший учение о главных направлениях биологического процесса — аромофозе и идиоадаптации, и др.). Это открыло качественно новый этап в развитии биологии — переход к созданию единой системы биологического знания, воспроизводящей законы развития и функционирования органического мира как целого.


12.2.2. Принципы и понятия синтетической теории эволюции. Рассмотрим детальнее принципы и понятия синтетической теории эволюции, доказательно моделирующей протекание эволюционного процесса, который представляет собой «векторизированный, направленный процесс изменения дискретных форм живых организмов на Земле. Он характеризуется адаптациями к абиотической и биотической среде, связанными с ними усложнением и дифференцировкой в онтогенезах живых организмов и как результат последних эволюционным прогрессом» [1].


1 Тимофеев-Ресовский Н.В., Воронцов Н.Н., Яблоков А.В. Краткий очерк теории эволюции. М., 1977. С. 58.


464


Синтетическая теория эволюции строится на следующих принципах и понятиях:


+ элементарной «клеточкой» биологической эволюции является не организм, не вид, а популяция. Именно популяция — та реальная целостная система взаимосвязи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения в системе биологических поколений. Популяция — это элементарная эволюционная структура. Через изменение ее генотипического состава осуществляется эволюция вида;


+ элементарный эволюционный материал — это мутации (мелкие дискретные изменения наследственности), обычно случайно образующиеся. В настоящее время выделяют генные, хромосомные, геномные (изменения числа хромосом и др.), изменения внеядерных ДНК и др.;


+ наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под воздействием элементарных эволюционных факторов, таких как: мутационный процесс, поставляющий элементарный эволюционный материал; популя-ционные волны (колебания численности популяции в ту или иную строну от средней численности входящих в нее особей); изоляция (закрепляющая различия в наборе генотипов и способствующая делению исходной популяции на несколько новых, самостоятельных популяций); естественный отбор.


Естественный отбор — ведущий эволюционный фактор; именно он направляет эволюционный процесс. Отбор действует на всех стадиях онтогенеза особей данного вида. Существуют разные формы естественного отбора: движущий — благоприятствующий лишь одному направлению изменчивости, когда происходит дивергенции дочерних форм; дизруптивный — разрывающий, благоприятствующий двум или нескольким направлениям изменчивости; стабилизирующий — благоприятствующий сохранению в популяции оптимального фенотипа и действующий против проявлений изменчивости.


Таким образом, популяции являются подвижными динамическими системами, испытывающими непрерывное и неравновесное воздействие мутационного процесса, флуктуаций численности («волн жизни»), полной или частичной изоляции, естественного отбора. В разные периоды жизни в популяции может изменяться степень активности этих факторов, проявляться доминантное давление того или иного из них. Каждая популяция обладает «мобилизационным резервом внутривидовой изменчивости», который включается эволюционными факторами, выполняющими при этом роль пусковых механизмов эволюции. Реализации возможностей такого резерва приводят к появлению внутрипопуляционного полиморфизма, а затем и к возникновению нового вида.


465


12.2.3. Микроэволюция и макроэволюция. Эволюционные процессы в биологии в зависимости от их масштаба принято разделять на два типа: микроэволюция и макроэволюция.


Микроэволюция — это совокупность эволюционных процессов, протекающих в популяциях и приводящих к образованию нового вида. Описание микроэволюции дается синтетической теорией эволюции. Объектом теории выступают прежде всего закономерности эволюции вида как генетически целостной и замкнутой системы, состоящей из популяций. (Целостность вида обеспечивается возможностью скрещивания и потоком генов между разными популяциями.)


Макроэволюция — эволюционные процессы, ведущие к образованию таксонов более высокого ранга, чем вид (род, семейство, отряд, класс и др.).


Понимание отношений между микро- и макроэволюцией предполагает наличие четкого ответа на вопрос: можно ли свести закономерности макроэволюции к закономерностям микроэволюции. Иначе говоря, является ли синтетическая теория эволюции лишь теорией микроэволюции, или она одновременно объясняет и макроэволюцию.


На этот вопрос пытаются ответить со времени создания синтетической теории эволюции. Одна группа биологов (а их большинство) исходила (и исходит) из того, что макроэволюция не имеет специфических закономерностей и механизмов и реализуется посредством процессов микроэволюции, их накопления, являясь лишь их результирующим выражением. Просто более высокие таксоны образовываются на основе отношений межвидовой конкуренции, которые изменяют направление действия элементарных эволюционных факторов. Это значит, что синтетическая теория эволюции является и теорией макроэволюции. И если некоторым явлениям макроэволюции (паралеллизм, конвергенция, аналогия и гомология и др.) она не дает удовлетворительных объяснений, то со временем они будут получены.


466


Другая группа биологов (во главе с Р. Гольдшмидтом) исходила (и исходит) из того, что закономерности и механизмы макроэволюции не сводимы к механизмам и закономерностям микроэволюции. Макроэволюция должна осуществляться через макромутации — такие мутации, которые дают организму данного вида признак, свойственный таксонам более высокого ранга, т.е. мутации, как бы порождающие «монстров». Это значит, что синтетическая теория эволюции имеет не всеобъемлющий характер, является лишь теорией микроэволюции, а теория макроэволюции еще должна быть создана. Иначе говоря, на смену первому синтезу эволюционной теории и генетики, который завершился созданием синтетической теории эволюции, должен прийти второй, более широкий их синтез, снимающий противоречия между микро- и макроэволюцией.


Необходимость в этом определяется еще рядом обстоятельств.


Во-первых, синтетическая теория эволюции описывает эволюционный процесс лишь для высших животных и растительных организмов, характеризующихся половым размножением (или, как говорят биологи, для высших бисексуальных диплоидных организмов). За пределами синтетической теории эволюции осталось громадное количество видов (например, партеногенетические формы, при которых половые клетки развиваются без оплодотворения). А если рассматривать всю историю жизни на Земле, то среди вымерших видов таких, которые не охватываются синтетической теорией эволюции, даже больше, чем ныне живущих (поэтому в области палеонтологии эффективность синтетической теории эволюции оказывается недостаточной).


Во-вторых, синтетическая теория эволюции сформировалась еще до возникновения молекулярной генетики, до революции в молекулярной биологии, которая позволила непосредственно раскрыть структуру гена и освоить способы прямого воздействия на него. В настоящее время специалисты бурно обсуждают вопрос о том, требуют ли эти новые открытия пересмотра синтетической теории эволюции, ее принципов и понятий; а если требуют, то в какой степени такой пересмотр должен быть осуществлен.


В-третьих, эволюция — безусловно многофакторный и многокомпонентный процесс, охватывающий множество связей и отношений органических форм. Познание такого множества связей — задача длительного исторического периода развития биологии, в том числе и задача биологии XXI в. Таким образом, можно утверждать, что современная биология движется к новому (и, наверное, не последнему) синтезу теории эволюции и (уже молекулярной) генетики.


467


Несколько слов скажем о непростой судьбе отечественной генетики. Синтетическая теория эволюции создавалась усилиями интернационального коллектива ученых. Выдающуюся роль в формировании этой теории играли представители российской науки, и ее зарождение — яркая страница отечественной биологии, генетики. Но, к сожалению, в истории отечественной биологии, прежде всего генетики, было много мрачного и трагического. В условиях тоталитарного общества политике и идеологии подчиняется буквально все, вплоть до личной жизни человека, и тем более сфера научной деятельности — очень важная часть общественной жизни. В таком обществе активность ученых оценивается не по результатам поиска истины, а по их воздействию на идеологию, массовое сознание, политику, познание истины заменяется провозглашением идеологических лозунгов. Значение (а нередко и само существование) той или иной научной школы зависит не от полученных научных результатов, а от личных связей и контактов ее руководителей с «вождями народа», которые зачастую не обладают достаточными знаниями и не могут объективно оценивать деятельность ученых. И если власть и наука вступают в конфликт, то власть сначала побеждает насилием, но со временем эта победа становится ее позором.


В 1930—1940-е гг. в отечественной биологии сложилось направление, которое развернуло борьбу за монопольное положение в биологической науке, взяв на вооружение ламаркизм, причем в самой вульгарной его форме — механистического ламаркизма. Это направление не признавало достижений генетики, прежде всего хромосомной теории наследственности, объявила их «плодом буржуазной науки»; признавало наследуемость приобретенных признаков (т.е. определенной изменчивости), занималось распространением ошибочных теорий и гипотез («учение о живом веществе», скачкообразное, «порождение» одних видов другими отдаленными видами: «ржи — пшеницей, сорняков — злаками, ели — сосной, превращение вирусов в бактерии и многие другие). Этим было заторможено развитие в СССР не только генетики, но и цитологии и особенно бурно развивавшейся за рубежом в эти годы молекуляр-


468


ной биологии» [1]. Многие важнейшие направления отечественной биологии, прежде всего генетика, были отброшены на десятилетия назад. Только в 1964 г. удалось направить их развитие в русло нормальной неидеологизированной научно-исследовательской деятельности.


1 Гайсинович А.Н. Зарождение и развитие генетики. М., 1988. С. 323. Детальнее см.: Сойфер В. Власть и наука. История разгрома генетики в СССР. М., 1989.


12.3. Революция в молекулярной биологии


Во второй половине 1940-х гг. в биологии 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 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 ауто-репродукция материнских молекул. Правда, Кольцов считал, что эти процессы реализуются 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 1940-х гг. Скачок в направлении их тесного взаимодействия произошел после того, как биология перешла от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена. (В начале 1940-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. структуры ДНК. Ф. Крик и Дж.Д. Уотсон установили, что молекула ДНК состоит из двух комплементарных


469


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 это был лишь первый шаг на пути выявления механизма наследственности и изменчивости. Далее за относительно непродолжительное время 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 некоторых из них; на этой основе выявлены 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. Позднее было открыто явление «молчащих генов», обнаружены «прыгающие (мобильные) гены», оставляющие 5—10% генетического материала у эукариот, поставлена проблема «нестабильности генома». И это далеко не полный перечень открытий и достижений молекулярной генетики. Кроме того, 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 50 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.


470


12.4. Биология на рубеже XX—XXI вв.


12.4.1. На пути к новому теоретическому синтезу. К началу XXI в. биология достигла выдающихся результатов в эмпирической, теоретической и прикладных областях. Накоплен грандиозный массив новых эмпирических данных, особенно в молекулярной генетике; с помощью синтетической теории эволюции и более частных теорий удалось в основном успешно обобщить эти данные, объяснить сложные, многосторонние процессы эволюции; построить достаточно детальную биологическую картину мира. Велики и достижения прикладных биологических наук; чрезвычайно значительны открывающиеся перед ними перспективы (см. 17.2).


Но процесс познания органического мира, конечно, еще далек от своего завершения. Нужно решить много сложных проблем, сделать немало открытий, разгадать множество тайн живого. Важнейшей вехой здесь должен стать новый синтез наук, изучающих историю живого, и наук, исследующих структурно-инвариантные аспекты живого, который, по-видимому, дополнит синтетическую теорию эволюции (12.2.3). В последней четверти XX в. накоплен большой массив эмпирического материала, свидетельствующего о качественном своеобразии макроэволюционных явлений, несводимости их к микроэволюции.


Так, в частности, выделена новая форма видообразования — синтезогенез, которая предполагает гибридогенное происхождение видов, слияние генофондов разных видов. Представления о многократном синтезогенезе объясняют происхождение эукари-от от прокариотической клетки и происхождение фотосинтезирующих растений. Кроме того, получено много новых экспериментальных доказательств возможности макромутаций, которые придают организму признак другого таксона, более высокого ранга, и тем самым закладывают новые генетические системы. Особенно эффективна такая мутация, если она касается регуляторных генов, которые контролируют онтогенез и морфогенез. Например, начало совершенно новому виду может дать маленькая редкая мутация регулятивных генов, вызванная спонтанным удвоением отдельных участков ДНК, дупликацией генов, явлением трансдукции (переноса) генов (бактериями, вирусами, между прокариотами и эукариотами и др.), мобильными генами и др.


Согласно исследованиям последних двух—трех десятилетий, хромосомные мутации не принадлежат к редким явлениям: примерно 4—5% основных видов млекопитающих характеризуются хромосомным полиморфизмом. Хромосомные мутации сыграли важную роль и в происхождении человека. Набор хромосом человека (2n = 46) отличается от набора хромосом его ближайших антропоидных предков (2n = 48). Очевидно, в процессе антропогенеза хромосомные мутации обеспечили репродуктивную изоляцию предков человека от их ближайших родичей (см. 14.2.2).


471


Заметим, что хромосомные перестройки (разрывы, слияния) являются не равновероятными, а происходят в некоторых «слабых местах» (на границах разных генетических блоков). Это значит, что вероятность встречи двух особей с одинаковой хромосомной мутацией не так уж мала, причем она возрастает, если данный вид оказывается под воздействием мощных мутагенных факторов, таких как вирусные пандемии, высокая естественная радиоактивность, гамма-излучение, высокая концентрация радоновых вод, солей тяжелых металлов в районах с повышенной сейсмической активностью, где к тому же за счет частых изменений ландшафта происходит изоляция популяций или их частей, в результате чего скорость видообразования резко увеличивается.


Таким образом, новый теоретический синтез в современной биологии опирается на представление о многообразии путей и форм видообразования. В природе существует и медленное, постепенное, кумулятивное (через микроэволюцию) видообразование и прерывистое, дискретное, скачкообразное (через механизмы макроэволюции). Из этого, в частности, следует мозаичность эволюции, т.е. неравномерность темпов эволюции различных таксонов; неравномерность, независимость преобразования и эволюции органов (морфологических структур, разных молекул и др.) внутри одной системы организма. Новый теоретический синтез биологического знания еще не завершен, это — дело будущего.


12.4.2. Методологические установки неклассической биологии XX в.


В XX в. роль биологии в системе естествознания непрерывно возрастала. Выражением этой тенденции являются следующие процессы: укрепление связи биологии с точными и гуманитарными науками; развитие комплексных и междисциплинарных исследований; увеличение каналов взаимосвязи с теоретическим познанием и сферой практической деятельности, прежде всего с глобальными проблемами современности; явное участие запросов практики в актуализации тех или иных проблем биологического познания; непосредственно программирующая роль биологии по отношению к аграрной, медицинской, экологической и другим видам практической деятельности; возрастание ответственности


472


ученых-биологов за судьбы человечества (прежде всего в связи с перспективами генной инженерии); проявление гуманистического начала биологического познания, широкое внедрение ценностных подходов и др. Все в большей мере становится ясно, что логика биологического познания в перспективе будет непосредственно задаваться потребностями практического преобразования природы, развития общественных отношений и интересов людей.


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


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 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 и процесса интенсивной теоретизации биологического знания, включающего его формализацию, математизацию, аксиоматизацию и др.


473


В-четвертых, в XX в. заметно преобразовывается мировоззренческая функция биологии. В начале XXI в. мировоззренческая нацеленность биологии, ориентированность ее результатов на конкретизацию наших представлений об отношении человек— мир реализуется:


1) в направлении 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 антро-посоциогенеза (выявление биологических предпосылок становления человека и общества);


2) в направлении 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. 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 принципом глобального эволюционизма (см. 16.4).


^ 13. МИР ЖИВОГО


Жизнь на Земле чрезвычайно многообразна. Она представлена ядерными и доядерными одно- и многоклеточными существами. Богатейший мир многоклеточных существ представлен тремя царствами — грибами, растениями и животными. Каждое из них в свою очередь представлено разнообразными типами, классами, отрядами, семействами, родами, видами, популяциями и особями. Все эти таксоны являются результатом исторического развития мира живого, его эволюции. Но мир живого имеет еще и структурно-инвариантный аспект: живое обладает молекулярной, клеточной, тканевой и иной структурностью.


13.1. Особенности живых систем


13.1.1. Существенные черты живых организмов. По признаку клеточного строения все живые организмы делятся на доклеточные и клеточные. Подавляющее большинство ныне живущих организмов состоит из клеток. Доклеточные формы жизни — вирусы (открытые в 1892 г. русским микробиологом Д.И. Ивановским) и фаги. Вирусы занимают промежуточное место между живым и неживым. Они состоят из белковых молекул и нуклеиновых кислот (либо ДНК, либо РНК); не имеют собственного обмена веществ; вне организма или клетки они не проявляют признаков жизни. Вирусы способны проникать в определенные живые клетки и размножаются только внутри этих клеток. Это позволяет называть их внутриклеточными паразитами на генетическом уровне. Вирусы поражают все группы живых организмов. В настоящее время описано свыше 500 вирусов, поражающих теплокровных позвоночных. Иногда вирусы выделяют в особое царство живой природы.


Все клеточные подразделяются на четыре царства: безъядерные (бактерии, цианеи), растения (багрянки, настоящие водоросли, высшие растения), грибы (низшие и высшие) и, наконец, животные (простейшие и многоклеточные). Безъядерные, видимо, относятся к самым древним формам жизни на Земле. Число видов ныне существующих растений превышает 500 000, из них


475


цветковых примерно 300 000. Царство животных не менее разнообразно, чем царство растений, а по числу видов животные превосходят растения: описано около 1 200 000 видов животных (из них около 900 000 видов — членистоногих, 110 000 — моллюсков, 42 000 — хордовых животных). Грибов — около 100 000 видов.


Все эти виды объединяются во множество сообществ разной сложности, включающих как особей одного вида, так и особей, принадлежащих разным видам.


Всем живым организмам свойственны следующие существенные черты: обмен веществ, подвижность, раздражимость, рост, размножение, приспособляемость. Каждое из этих свойств порознь может встречаться и в неживой природе, поэтому само по себе не может рассматриваться как специфическое для живого. Однако все вместе они никогда не характеризуют объекты неживой природы, и свойственны только миру живого, и в своем единстве являются критериями, отличающими живое от неживого.


Живой организм — это множественная система химических процессов, в ходе которых происходит постоянное разрушение молекулярных органических структур и их воспроизводство. Современная молекулярная биология показала поразительное единство живой материи на всех уровнях ее развития — от простейшего микроорганизма до высшего млекопитающего. Выяснилось, что существуют только два основных класса молекул, взаимодействие которых определяет то, что мы называем жизнью, — нуклеиновые кислоты и белки. Взятые вместе, они образуют основу живого.


Воспроизводство живого организма осуществляется за счет синтеза белков в клетках организма при помощи нуклеиновых кислот — ДНК и РНК (рибонуклеиновая кислота). Белки — это очень сложные макромолекулы, структурными элементами которых являются аминокислоты. Структура белка задается последовательностью образующих его аминокислот, причем из 100 известных в органической химии аминокислот в образовании белков всех организмов используются только 20. До сих пор так и не ясно, почему именно эта двадцатка аминокислот, а не какие-либо другие, синтезирует белки нашего органического мира.


Нуклеиновые кислоты обладают более простой структурой. Они образуют длинные полимерные цепи, звеньями которых выступают нуклеотиды — соединения азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты. В ДНК основаниями служат аденин, гуанин, цитозин и тимин. Эти азотистые основания присоединяются к сахару по одному в разной последовательности.


476


Сущность живого наиболее концентрированно выражена в таком замечательном явлении, как конвариантная редупликация — «самовоспроизведение с изменениями», осуществляемое на основе матричного принципа синтеза макромолекул. В его основе — уникальная способность к идентичному самовоспроизведению основных управляющих систем (ДНК, хромосом и генов) благодаря их относительно высокой стабильности (явление наследственности). Все основные свойства живого немыслимы без наследственной передачи свойств в ряду поколений.


Но при самовоспроизведении управляющих систем в живых организмах происходит не абсолютное повторение, а воспроизведение с внесением изменений, что также определяется свойствами молекул ДНК. Абсолютной стабильности в природе не бывает. Любая достаточно сложная молекулярная структура претерпевает структурные изменения в результате движения атомов и молекул. Если эти изменения не ведут к летальному исходу, они будут передаваться по наследству в результате самовоспроизведения по матричному принципу. Конвариантная редупликация означает возможность передачи по наследству мутаций — дискретных отклонений от исходного состояния.


13.1.2. Мир живого как система систем. В основе современной биологической картины мира лежит представление о том, что мир живого — это грандиозная система высокорганизованных систем. Любая система (и в неорганической, и в органической природе) состоит из совокупности элементов (компонентов) и связей между ними (структуры), которые объединяют данную совокупность элементов в единое целое. Биологическим системам свойственны свои специфические элементы и особенные типы связей между ними. Сначала об элементах и компонентах биологических систем. В них выражена дискретная составляющая живого. Живые объекты, системы в природе относительно обособлены друг от друга (особи, популяции, виды). Любая особь многоклеточного животного состоит из клеток, а любая клетка и одноклеточные существа — из определенных органелл. Органеллы образуются дискретными, обычно высокомолекулярными, органическими веществами. Биологические системы предельно индивидуализированы. Среди живых систем нет двух одинаковых особей, популяций, видов и др. Это способствует их адаптации к внешней среде.


477


Вместе с тем сложная организация немыслима без целостности. Целостность системы означает несводимость свойств системы к сумме свойств ее элементов. Целостность порождается структурой системы, типом связей между ее элементами. Биологические системы отличаются высоким уровнем целостности.


Живые системы — открытые системы, постоянно обменивающиеся веществом, энергией и информацией со средой. Обмен веществом, энергией и информацией происходит и между частями (подсистемами) системы. Для живых систем характерны отрицательная энтропия (увеличение упорядоченности), способность к самоорганизации.


Динамические процессы в биологических системах, их самоорганизация, устойчивость и переходы из стационарного состояния в нестационарное обеспечиваются различными механизмами саморегуляции. Саморегуляция — это внутреннее свойство биологических систем автоматически поддерживать на некотором необходимом уровне параметры протекающих в них процессов (физиологических и др.). Системы органического мира организованы иерархически и представлены большим количеством уровней структурно-функциональной организации. На каждом уровне складываются свои специфические механизмы саморегуляции, основанные, как правило, на принципе обратной связи (отрицательной или положительной), когда отклонение некоторого параметра от необходимого уровня приводит к «включению» функций, которые ликвидируют дисбаланс, возвращая данный параметр к нужному уровню. В случае отрицательной обратной связи знак изменения противоположен знаку первоначального отклонения, а при положительной обратной связи знак изменения совпадает со знаком отклонения; при этом система выходит из одного стационарного состояния и переходит в другое. Любая биологическая система способна пребывать в различных стационарных состояниях. Это позволяет ей, с одной стороны, функционировать в определенных отношениях независимо от среды, а с другой — адаптироваться к среде при соответствующих условиях.


Кроме стационарных, биологические системы имеют и автоколебательные состояния, когда значения параметров колеблются во времени с определенной амплитудой. Такие состояния являются основой периодических биологических процессов, биологических ритмов, биологических часов и др.


478


13.2. Основные уровни организации живого


Системно-структурные уровни организации многообразных форм живого достаточно многочисленны: молекулярный, субклеточный, клеточный, органотканевый, организменный, популяционный, видовой, биоценотический, биогеоценотический, биосферный. Могут быть определены и другие уровни. Но во всем многообразии уровней выделяются некоторые основные.


Критерием выделения основных уровней выступают специфические дискретные структуры и фундаментальные биологические взаимодействия. На основании этих критериев достаточно четко выделяются следующие уровни организации живого: молекулярно-генетический, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический.


13.2.1. Молекулярно-генетический уровень. Знание закономерностей этого уровня организации живого — необходимая предпосылка ясного понимания жизненных явлений, происходящих на всех остальных уровнях организации жизни. На данном уровне организации жизни элементарной единицей являются гены, несущие в себе коды наследственной информации. В XX в. развитие хромосомной теории наследственности, анализ мутационного процесса, изучение строения хромосом, фагов и вирусов, развитие молекулярной биологии, биохимии позволили раскрыть основные черты организации элементарных генетических структур и связанных с ними явлений.


Выяснено, что основные структуры на этом уровне представлены молекулами ДНК, дифференцированными по длине на элементы кода — триплеты азотистых оснований, образующих гены. Основные свойства генов: способность их к конвариантной редупликации, локальным структурным изменениям (мутациям), способность передавать хранящуюся в них информацию внутриклеточным управляющим системам.


479


Молекула ДНК представляет собой две спаренные, закрученные в спирали нити, каждая из которых соединяется с другой водородными связями. Конвариантная редупликация происходит по матричному принципу: сначала разрываются водородные связи двойной спирали ДНК с участием фермента ДНК-поли-меразы; затем каждая нить на своей поверхности строит соответствующую нить; после этого новые нити комплементарно соединяются между собой. Пиримидиновые и пуриновые основания комплементарных нитей «сшиваются» между собой ДНК-поли-меразой. Этот процесс осуществляется очень быстро. Так, на самосборку ДНК примерно из 40 тыс. пар нуклеотидов требуется всего 100 с.


В синтезе белков важная роль принадлежит также РНК. Синтез белка происходит в особых областях клетки — рибосомах (иногда их образно называют «фабрики белка»). Существуют по крайней мере три типа РНК: высокомолекулярная, локализующаяся в рибосомах; информационная, образующаяся в ядре клетки; транспортная.


В ядре генетический код переносится с молекул ДНК на молекулу информационной РНК. Генетическая информация о последовательности и характере синтеза белка переносится из ядра молекулами информационной РНК в цитоплазму к рибосомам и там участвует в синтезе белка. Перенос и присоединение отдельных аминокислот к месту синтеза осуществляются транспортной РНК. Белок, содержащий тысячи аминокислот, в живой клетке синтезируется за 5—6 мин.


Таким образом, как при конвариантной редупликации, так и при внутриклеточной передаче информации используется единый матричный принцип: исходные молекулы ДНК и РНК являются матрицами, рядом с которыми строятся соответствующие макромолекулы. Молекулы ДНК играют роль кода, который «зашифровывает» все синтезы белковых молекул в клетках организма. Характерно, что все биологические организмы на Земле используют одинаковый тип генетического кода. Редупликация, основанная на матричном копировании, делает возможным сохранение не только генетической нормы, но и отклонений от нее — мутаций (основа процесса эволюции).


Центральная проблема современной молекулярной биологии — изучение строения и функций органических макромолекул, прежде всего иерархии их структурной организации, которую представляют следующим образом: первичная структура (последовательность мономеров в биополимерах), вторичная структура (биополимерная


480


спираль), третичная структура (организация молекул белка), четвертичная структура (макромолекулярные комплексы молекул белков). В настоящее время молекулярной биологией успешно дешифруется заложенный в структуре нуклеиновых кислот код, служащий матрицей при синтезе специфических белковых структур.


13.2.2. Организменный уровень. Следующий, более сложный, комплексный уровень организации жизни на Земле — организменный. Он связан с жизнедеятельностью отдельных биологических особей, дискретных индивидов. Индивид, особь — неделимая и целостная единица жизни на Земле.


В многообразной земной органической жизни особи имеют различное морфологическое содержание: одноклеточные, состоящие из ядра, цитоплазмы, множества органелл и мембран, макромолекул и т.д. Здесь и многоклеточная особь, образованная из миллионов и миллиардов клеток. Сложность многоклеточных особей неизмеримо выше сложности одноклеточных. Но и одноклеточная, и многоклеточная особи обладают системной организацией и выступают как единое целое.


Причем важно то, что характеристика особи не может быть исчерпана рассмотрением физико-химических свойств макромолекул, входящих в его состав. Невозможно разделить особь на части без потери «индивидуальности». Это позволяет назвать организменный уровень особым уровнем организации жизни. Таким образом, на организменном уровне единицей жизни служит особь — с момента ее рождения до смерти.


Развитие особи, последовательность морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом от образования зародышевой клетки до смерти, составляет содержание процесса онтогенеза. Онтогенез — это рост, перемещение отдельных структур, дифференциация и усложнение интеграции организма. По сути, онтогенез — это процесс реализации наследственной информации, закодированной в управляющих структурах зародышевой клетки, а также испытания, проверки согласованности и работы управляющих систем во времени и пространстве, присособления особи к среде и др.


481


Причины развития организма в онтогенезе являются предметом обстоятельного и интенсивного изучения эмбриологами, биохимиками, генетиками. Многие отрасли биологии изучают процессы и явления, происходящие в особи, согласованное функционирование ее органов и систем, механизм их работы, взаимоотношения органов, поведение организмов, приспособительные изменения и т.п. Пока не создана общая теория онтогенеза, не ясны все причины и факторы, определяющие строгую организованность этого процесса. Имеющиеся результаты позволяют понять только отдельные процессы, обеспечивающие индивидуальное развитие организма. Прежде всего это касается изучения дифференциации, т.е. образования разнообразных, специализированных для выполнения определенных функций частей организма. Онтогенез определяется деятельностью механизмов саморегуляции, согласованно реализующих наследственные свойства и работу управляющих систем в пределах особи.


Вместе с тем до сих пор не известно, почему в онтогенезе строго определенные процессы происходят в должное время и в должном месте. Одна из важнейших проблем современной биологии — выявление закономерностей регуляции внутриклеточных процессов, функций клетки и механизма включения генов в процессе клеточной дифференцировки, ведь в процессе развития каждой клетки в ней работают только те гены, функция которых необходима для развития данной ткани (органа).


13.2.3. Популяционно-видовой уровень. Особи в природе не абсолютно изолированы друг от друга, а объединены более высоким рангом биологической организации. Это популяционно-видовой уровень. Он возникает там и тогда, где и когда происходит объединение особей в популяции, а популяций в виды. Популяции характеризуются появлением новых свойств и особенностей в живой природе, отличных от свойств молекулярно-генетического и онтогенетического уровней.


Хотя популяции состоят из множества особей, они целостны. Их целостность в отличие от целостности молекулярно-генетического и онтогенетического уровней обеспечивается взаимодействием особей в популяциях и воссоздается через обмен генетическим материалом в процессе полового размножения. Виды — это системы популяций. Популяции и виды как надындивидуальные образования способны к существованию в течение длительного времени и к самостоятельному эволюционному развитию.


482


Популяции выступают как элементарные, далее неразложимые эволюционные единицы, представляющие собой генетически открытые системы, так как особи из разных популяций иногда скрещиваются и популяции обмениваются генетической информацией. На популяционно-видовом уровне особую роль играет свободное скрещивание между особями внутри популяции и вида. Виды являются генетически закрытыми системами, поскольку в природе скрещивание особей разных видов в подавляющем большинстве случаев не ведет к появлению плодовитого потомства.


Если популяция — основная элементарная структура на популяционно-видовом уровне, то элементарное явление на этом уровне — изменение генотипического состава популяции, а элементарный материал — мутации. В синтетической теории эволюции выделены элементарные факторы, действующие на этом уровне: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция и естественный отбор (см. 12.2.2). Каждый из этих факторов может оказать определенное воздействие на популяцию и вызвать изменения в генотипическом составе популяции.


Популяции и виды, а также протекающий в популяциях процесс эволюции всегда существуют в определенной природной среде, конкретной системе, которая включает в себя биотические и абиотические факторы. Такая система получила название «биогеоценоз» — элементарная единица следующего (биогеоценотического) уровня организации жизни на Земле.


13.2.4. Биогеоценотический уровень. Популяции разных видов взаимодействуют между собой. В ходе взаимодействия они объединяются в сложные системы — биоценозы. Биоценоз — совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с более или менее однородными условиями существования и характеризующихся определенными взаимосвязями между собой. Совокупность растений, входящих в биоценоз, называют фитоценозом, а совокупность животных — зооценозом. Компоненты, образующие биоценоз, взаимозависимы. Изменения, касающиеся только одного вида, могут сказаться на всем биоценозе и даже вызвать его распад.


483


Высокоорганизованные организмы для своего существования нуждаются в более простых организмах. Поэтому каждый биоценоз неизменно содержит как простые, так и сложные компоненты. Биоценоз только из бактерий или деревьев никогда не сможет существовать, как нельзя представить биоценоз, населенный лишь позвоночными или млекопитающими. Таким образом, низшие организмы в биоценозе — это не какой-то случайный пережиток прошлых эпох, а необходимая составная часть биоценоза.


Биоценозы характеризуются биомассой, продукцией и структурой (пространственной, видовой, пищевой). В ходе развития биоценоза растет его биомасса, усложняется структура, увеличивается продукция. Только знание всех закономерностей биоценоза позволяет рационально использовать продукцию биоценозов без их необратимого разрушения.


Биоценозы входят в качестве составных частей в еще более сложные системы (сообщества) — биогеоценозы. Биогеоценоз (экосистема, экологическая система) — взаимообусловленный комплекс живых и абиотических компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергией. Абиотическими компонентами биогеоценозов являются атмосфера, солнечная энергия, почва, вода, химические компоненты, включенные в биотический круговорот. Биогеоценоз — одна из наиболее сложных природных систем, продукт совместного исторического развития в относительно однородной абиотической среде многих видов растений и животных, в ходе которого все компоненты приспосабливались друг к другу.


Биогеоценоз — это целостная система. Виды в биогеоценозе действуют друг на друга не только по принципу прямой, но и обратной связи (в том числе посредством изменения ими абиотических условий). Выпадание одного или нескольких компонентов биогеоценоза может привести к разрушению его целостности, что часто ведет к необратимому нарушению равновесия и гибели биогеоценоза как системы. В целом жизнь биогеоценоза регулируется силами, действующими внутри самой системы, т.е. можно говорить о его саморегуляции. В то же время биогеоценоз представляет собой незамкнутую систему, имеющую каналы вещества и энергии, связывающие соседние биогеоценозы. Обмен веществом и энергией между ними может осуществляться в разных формах: газообразной, жидкой и твердой, а также в форме миграции животных.


484


Уравновешенная, взаимосвязанная и стойкая во времени система — биогеоценоз является результатом длительной и глубокой адаптации составных компонентов. Устойчивость его пропорциональна многообразию его компонентов: чем многообразнее биогеоценоз, тем он, как правило, устойчивее во времени и пространстве. Например, биогеоценозы, представленные тропическими лесами, гораздо устойчивее биогеоценозов в зоне умеренного или арктического поясов, так как они состоят из гораздо большего множества видов растений и животных.


Первичной биотической основой для сложения биогеоценозов в данных абиотических условиях (почва, вода и др.) служат автотрофы — зеленые растения и микроорганизмы, хемосинтетики, производящие органическое вещество. Автотрофные растения и микроорганизмы представляют жизненную среду для гетеротрофов — животных, грибов, большинства бактерий, вирусов. Поэтому границы биогеоценозов чаще всего совпадают с границами фитоценозов [1]. Но и животные впоследствии начинают играть важную роль в жизни растений: они осуществляют опыление, распространение плодов, участвуют в круговороте веществ и т.д. Так складывается биогеоценотический комплекс, который может существовать веками.


1 Авготрофы, прежде всего фотосинтетики, играют поистине космическую роль на Земле. Фиксируя энергию солнечного света в продуктах фотосинтеза, растения выполняют роль космического очага энергии на Земле. Ежегодно растения образуют до 100 млрд т органических веществ и фиксируют до 1016 кДж энергии солнечной радиации. При этом растения усваивают из атмосферы до 170 млрд т углекислого газа и разлагаются до 130 млрд т воды, выделяя до 115 млрд т свободного кислорода. Таким образом, жизнь на Земле полностью зависит от фотосинтеза. Учение о фотосинтезе было создано нашим соотечественником — великим ботаником К.А. Тимирязевым.


Вся совокупность связанных между собой круговоротом веществ и энергии биогеоценозов на поверхности нашей планеты образуют мощную систему биосферы Земли. Верхняя граница жизни в атмосфере достигает примерно 25—30 км, нижняя граница в земной коре сосредоточена в самом верхнем ее слое — до 10 м. (Отдельные виды микроорганизмов встречаются в нефтеносных слоях на глубине до 3 км.) В гидросфере (океаны и моря) зона, богатая живыми организмами, занимает слой воды до 200 м, но некоторые организмы обнаружены и на максимальной глубине глубоководных океанских впадин — до 11 км. Таким образом, «пленка жизни» на Земле достаточно тонкая — всего около 40 км. Она ограничена интенсивным потоком губительных ультрафиолетовых лучей за пределами озонового слоя в тропосфере и высокой температурой земных недр (на глубине 3 км она может достигать 100 °С).


485


Благодаря деятельности растений биосфера стала аккумулятором солнечной энергии. Живые организмы представляют собой самую важную биохимическую силу, которая преобразует земную кору. Более 90% всего живого вещества приходится на наземную растительность, которая в свою очередь составляет 97% биомассы суши. А общая масса живого вещества в биосфере оценивается в 2 1018г (в пересчете на сухое вещество). Масса же биосферы в целом составляет 3 1024 г.


Масштабы деятельности живых организмов поистине грандиозны. О них свидетельствуют тысячеметровые толщи известняка, огромные залежи каменного угля, мощные биогенные породы и т.п. Живые организмы способны усваивать из среды обитания различные химические элементы: железо (железобактерии), кальций (многие моллюски и т.д.), кремний (водоросли пр.), йод (губки), ванадий (асцидии) и др. Именно живое вещество определило состав атмосферы, осадочных пород, почвы, гидросферы.


Между неорганической и органической материей на Земле существует постоянный кругооборот вещества и энергии, в котором проявляется закон сохранения массы и энергии: каждое живое существо благодаря следующим цепям питания (особенно бактериям) после окончания жизненного цикла возвращает природе все, что взяло от лее в течение жизни. Именно кругооборот вещества и энергии обеспечивает продолжительность существования жизни, потому что иначе на Земле запасы необходимых элементов были бы очень быстро исчерпаны. Рассматривая биосферу Земли как единую экологическую систему, можно убедиться, что живое вещество Земли существенно не уменьшается и не увеличивается в массе, а только переходит из одного состояния в другое.


В современную эпоху преобразующая деятельность человека по своей мощности сравнилась с геологическими процессами. На Земле практически не осталось таких мест, где бы не сказывалось влияние практической деятельности человека. При этом использование природных ресурсов обычно происходит без учета закономерностей функционирования биосферы. Это влечет за собой загрязнение среды обитания, уничтожение лесов, эрозию почв, вымирание видов животных и растений и др. Под угрозой оказывается развитие биосферы — человечество вступает в период глобального экологического кризиса. Выход из него возможен только на пути изучения законов биосферы и строгого следования им в деятельности человека.


486


Раздел биологии, изучающий экологические системы (биоценозы, биогеоценозы) называется биогеоценология. Основателем ее был выдающийся отечественный ученый В.Н. Сукачев, учение о биосфере создал наш великий мыслитель В.И. Вернадский.


13.3. Возникновение жизни на Земле


13.3.1. Развитие представлений о происхождении жизни. Происхождение жизни — одна из трех важнейших мировоззренческих проблем наряду с проблемой происхождения Вселенной и проблемой происхождения человека.


Попытки понять, как возникла и развивалась жизнь на Земле, предпринимались еще в глубокой древности. В античности сложились два противоположных подхода к решению этой проблемы. Религиозно-идеалистический исходил из того, что возникновение жизни на Земле не могло осуществиться естественным, объективным, закономерным образом; жизнь является следствием божественного творческого акта (креационизм), поэтому всем существам свойственна особая, независимая от материального мира «жизненная сила» (vis vitalis), которая направляет все процессы жизни (витализм). В основе материалистического подхода лежало представление о том, что под влиянием естественных факторов живое может возникнуть из неживого, органическое из неорганического. При всей своей примитивности первые исторические формы концепции самозарождения сыграли прогрессивную роль в борьбе с креационизмом.


Идея самозарождения получила широкое распространение в Средневековье и эпоху Возрождения, когда допускалась возможность самозарождения не только простых, но и довольно высокоорганизованных существ, даже млекопитающих (мышей из тряпок). Например, в трагедии У. Шекспира «Антоний и Клеопатра» Леонид говорит Марку Антонию: «Ваши египетские гады заводятся в грязи от лучей вашего египетского солнца. Вот, например, крокодил...» [1]. Известны попытки Парацельса разработать рецепты искусственного человека (гомункулуса).


1 Шекспир В. Полн. собр. соч.: В 8 т. М.. 1960. Т. 7. С. 157.


487


Невозможность произвольного зарождения жизни была доказана многими опытами. Итальянский ученый Ф. Реди экспериментально доказал невозможность самозарождения сколько-нибудь сложных животных. Применение микроскопа в биологических исследованиях открыло большое разнообразие одноклеточных организмов. На этой основе вновь возродились старые идеи произвольного самозарождения простейших существ (абиогенез). Окончательно версия о самозарождении была развенчана Л. Пастером в середине XIX в. Пастер показал, что не только в запаянном сосуде, но и в незакрытой колбе с длинной S-образной горловиной хорошо прокипяченный бульон остается стерильным, потому что в колбу через такую горловину не могут проникнуть микробы. Это доказывало, что в наше время какой бы то ни было новый организм может появиться только от другого живого существа (биогенез).


Появление жизни на Земле пытались объяснить и занесением ее из других космических миров. В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Эта гипотеза была поддержана многими выдающимися учеными XIX в. — У. Томсоном, Г. Гельмгольцем и др. Сходную гипотезу, названную панспермией, в 1907 г. выдвинул известный шведский естествоиспытатель С. Аррениус: во Вселенной вечно существуют зародыши жизни, которые движутся в космическом пространстве под давлением световых лучей; попадая в сферу притяжения планеты, они оседают на ее поверхности и закладывают на этой планете начало живого.


Естествознание XX в. сделало шаг вперед в изучении жизни, ее проявлений на Земле и за ее пределами. Такие отрасли знаний, как биохимия, биофизика, генетика, молекулярная биология, космическая биохимия и др., расширили представления о сущности земной жизни, о возможности существования подобных явлений вне пределов нашей планеты. Сейчас уже определенно выяснено, что «азбука» живого сравнительно проста: в любом существе, живущем на Земле, присутствует 20 аминокислот, пять оснований, два углевода и один фосфат. Небольшое число одних и тех же молекул во всех живых организмах убеждает, что все живое должно иметь единое происхождение.


488


Отрицание возможности самозарождения жизни в настоящее время не противоречит представлениям о принципиальной возможности развития органической природы, жизни в прошлом из неорганической материи. На определенной стадии развития материи жизнь может возникнуть как результат естественных процессов, совершающихся в неорганической природе. Кроме того, элементарные химические процессы на начальных этапах возникновения и развития жизни могли происходить не только на Земле, но и в других частях Вселенной и в различное время. Поэтому не исключается возможность занесения определенных предпосылочных факторов жизни на Землю из Космоса. Однако в изученной пока человеком части Вселенной только на Земле они привели к формированию и расцвету жизни.


Согласно положениям современной науки, жизнь возникла из неживого вещества в результате эволюции материи, является результатом естественных процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь — это свойство материи, которое ранее не существовало и появилось в особый момент истории Земли. Возникновение жизни явилось результатом процессов, протекавших сначала миллиарды лет во Вселенной, а затем многие миллионы лет на Земле. От неорганических соединений к органическим, от органических к биологическим — таковы последовательные стадии процесса зарождения жизни.


Возраст Земли исчисляется примерно 4,6 млрд лет. Жизнь существует на Земле, видимо, около 3,8 млрд лет. Признаки деятельности живых организмов обнаружены в докембрийских породах, рассеянных по всему земному шару.


В сложном процессе возникновения жизни на Земле можно выделить несколько основных этапов. Первый из них связан с образованием простейших органических соединений из неорганических.


489


13.3.2. Образование простых низкомолекулярных органических соединений. Происхождение жизни связано с длительной эволюцией углеродных соединений на поверхности первичной планеты.


На начальных этапах своей истории Земля представляла собой раскаленную планету. Вследствие вращения при постепенном снижении температуры атомы тяжелых элементов перемещались к центру, а в поверхностных слоях концентрировались атомы легких элементов (водорода, углерода, кислорода, азота), из которых и состоят тела живых организмов. При дальнейшем охлаждении Земли появились химические соединения: вода, метан, углекислый газ, аммиак, цианистый водород, а также молекулярный водород, кислород, азот. Благодаря физическим и химическим свойствам воды (высокий дипольный момент, вязкость, теплоемкость и т. д.) и углерода (трудность образования окислов, способность к восстановлению и образованию линейных соединений) они оказались у колыбели жизни.


На этих этапах сложилась первичная атмосфера Земли, которая носила не окислительный, как сейчас, а восстановительный характер. Кроме того, она была богата инертными газами (гелием, неоном, аргоном). Первичная атмосфера утрачена, а на ее месте образовалась вторая атмосфера Земли, состоящая на 20% из кислорода — одного из наиболее химически активных газов. Эта вторая атмосфера — продукт развития жизни на Земле, одно из его глобальных следствий.


Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда газообразных соединений в жидкое и твердое состояние, а также образование земной коры. Когда температура поверхности Земли опустилась ниже 100 °С произошло сгущение водяных паров. Длительные ливни с частыми грозами привели к образованию больших водоемов. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слоев Земли на поверхность выносилась раскаленная масса, в том числе карбиды — соединения металлов с углеродом. При взаимодействии карбидов с водой выделялись углеводородные соединения. Горячая дождевая вода как хороший растворитель имела в своем составе растворенные углеводороды, газы (аммиак, углекислый газ, цианистый водород), соли и другие соединения, которые могли вступать в химические реакции. С особым успехом, видимо, протекали процессы роста молекул при наличии группы — N = С = N —. Эта группа имеет большие химические возможности к росту за счет присоединения к атому углерода атома кислорода и реагирования с азотистым основанием. Так постепенно на поверхности молодой планеты Земля накапливались, причем в больших количествах, простейшие органические соединения. Подсчеты показывают, что только в результате вулканической деятельности на поверхности Земли могло образоваться около 1016 кг органических молекул. Это всего на 2—3 порядка меньше массы современной биосферы!


490


Вместе с тем астрономическими исследованиями установлено, что и на других планетах, и в космической газопылевой материи имеются углеродные соединения, в том числе углеводороды.


13.3.3. Возникновение сложных органических соединений. Второй этап биогенеза характеризовался возникновением более сложных органических соединений (в частности, белковых веществ нуклеиновых кислот) в водах первичного океана. Благодаря высокой температуре, грозовым разрядам, усиленному ультрафиолетовому излучению относительно простые молекулы органических соединений при взаимодействии с другими веществами усложнялись, полимеризировались и образовывались углеводы, жиры, аминокослоты, белки и нуклеиновые кислоты.


Возможность такого синтеза была доказана опытами А.М. Бутлерова, который еще в середине XIX в. получил из формальдегида углеводы (сахар). В 1953—1957 гг. химиками различных стран (США, СССР, Германии) в целом ряде экспериментов из смеси газов (аммиака, метана, водяного пара, водорода) при 70—80 °С и давлении несколько атмосфер под воздействием электрических разрядов напряжением 60 000 В и ультрафиолетовых лучей были синтезированы органические кислоты, в том числе аминокислоты (глицин, аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты), которые служат материалом для образования белковой молекулы. Таким образом, были смоделированы условия первичной атмосферы Земли, при которых могли образовываться аминокислоты, а при их полимеризации — и первичные белки.


Эксперименты в этом направлении оказались перспективными. В дальнейшем (при использовании других соотношений исходных газов и видов энергии) путем реакции полимеризации из простых молекул получали более сложные молекулы — белки, липиды, нуклеиновые кислоты и их производные, а позже была доказана возможность синтеза в условиях лаборатории и других сложных биохимических соединений, в том числе белковых молекул (инсулина), азотистых оснований нуклеотидов. Особенно важно то, что лабораторные эксперименты совершенно определенно показали возможность образования белковых молекул в условиях отсутствия жизни.


С определенного этапа в процессе химической эволюции на Земле активное участие стал принимать кислород. Он мог накапливаться в атмосфере Земли в результате разложения воды и водяного пара под действием ультрафиолетовых лучей Солнца. (Для превращения восстановленной атмосферы первичной Земли в окисленную потребовалось не менее 1—1,2 млрд лет.) С накоплением в атмосфере кислорода восстановленные соединения начали окисляться. Так, при окислении метана образовались метиловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота и т.д., которые вместе с дождевой водой попадали в первичный океан. Эти вещества, вступая в реакции с аммиаком и цианистым водородом, дали начало аминокислотам и соединениям типа аденина. Важно и то, что более сложные органические соединения являются более стойкими, чем простые соединения, перед разрушающим действием ультрафиолетового излучения.


Интересной закономерностью тех органических молекул, из которых состоит живое вещество, является их асимметричность. Так, углеводы представлены только правыми формами симметрии, а аминокислоты — только левыми. В этой асимметрии содержится «ключ» к разгадке конкретных условий возникновения жизни. Пока нет единой точки зрения, объясняющей происхождение этой асимметричности. Ее объясняют и магнитным полем Земли; и воздействием поляризованного света; и тем, что синтез органических веществ проходил на поверхности асимметрических кристаллов (кварца и др.) и т.д.


Анализ возможных оценок количества органического вещества, которое накопилось неорганическим путем на ранней Земле, впечатляет: по некоторым расчетам за 1 млрд лет над каждым квадратным сантиметром земной поверхности образовалось несколько килограммов органических соединений. Если их все растворить в мировом океане, то концентрация раствора была бы приблизительно 1%. Это довольно концентрированный «органический бульон». В таком «бульоне» мог вполне успешно развиваться процесс образования более сложных органических молекул. Таким образом, воды первичного океана постепенно насыщались разнообразными органическими веществами, образуя «первичный бульон». Насыщению его в немалой степени способствовала и деятельность подводных вулканов.


492


13.3.4. Образование фазовообособленных систем. Дальнейший этап биогенеза связан с концентрацией органических веществ и образованием фазовообособленных систем. Такие системы носят открытый характер и способны взаимодействовать с внешней средой. «Механизм», определяющий образование фазовообособленных систем, — так называемая неспецифическая самосборка, спонтанное упорядоченное объединение биополимеров за счет образования нековалентных, вторичных связей (ионные, водородные, межмолекулярного взаимодействия). Особенно активно такое объединение происходит в условиях пространственной взаимодополняемости (взаимное соответствие) поверхностей взаимодействующих молекул (комплементарность). Фазовообособленные системы — это некие протоклетки (пробионты). В качестве пробионтов могли выступать коацерваты — мельчайшие коллоидальные частицы, капли, обладающие осмотическими свойствами.


В водах первичного океана концентрация органических веществ увеличивалась, происходили их смешивание, взаимодействие и объединение в мелкие обособленные структуры раствора. Такие структуры довольно просто получить искусственно, смешивая растворы разных белков, например желатина и альбумина. Эти обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры русский ученый А.И. Опарин назвал коацерватными каплями, или коацерватами [1]. Коацерваты образуются в слабых растворах. Вследствие взаимодействия противоположных электрических зарядов происходит агрегация молекул. Мелкие сферические частицы возникают потому, что молекулы воды создают вокруг образовавшегося агрегата поверхность раздела.


1 См.: Опарин А.И. Материя —> жизнь —> интеллект. М., 1977.


Исследования показали, что коацерваты имеют достаточно сложную организацию и обладают рядом свойств, которые сближают их с простейшими живыми системами. Например, они способны поглощать из окружающей среды разные вещества, которые вступают во взаимодействие с соединениями самой капли, и увеличиваться в размере. Эти процессы в какой-то мере напоминают первичную форму ассимиляции. Вместе с тем в коацерватах могут происходить процессы распада и выделения продуктов распада. Соотношение между этими процессами у разных коацерватов неодинаково. Выделяются отдельные динамически более стойкие структуры с преобладанием синтетической деятельности.


493


Коацерваты объясняют, как появились биологические мембраны. Образование мембранной структуры считается самым «трудным» этапом химической эволюции жизни. Истинное живое существо (в виде клетки, пусть даже самой примитивной) не могло оформиться до возникновения мембранной структуры и ферментов. Биологические мембраны — это агрегаты белков и липидов, способные отграничить вещество от среды и придать упаковке молекул прочность. Мембраны могли возникнуть в ходе формирования коацерватов.


Повышенная концентрация органических веществ в коацерватах увеличивала возможность взаимодействия между молекулами и усложнения органических соединений. Уже на стадии формирования коацерватов зарождается отбор, который приводит к сохранению наиболее устойчивых, организованных структур. Однако все это еще не дает основания считать коацерваты живыми системами, потому что они лишены способности к самовоспроизведению и саморегуляции синтеза органических веществ. Но предпосылки возникновения живого в них уже содержались.


Кроме коацерватов в «первичном бульоне» накапливались полинуклеотиды, полипептиды и различные катализаторы, без которых невозможно формирование способности к самовоспроизведению и обмену веществ. Катализаторами могли быть и неорганические вещества. Так, Дж. Бернал в свое время выдвинул гипотезу о том, что наиболее удачные условия для возникновения жизни складывались в небольших спокойных теплых лагунах с большим количеством ила, глинистой мути. В такой среде и без нагрева очень быстро протекает полимеризация аминокислот, так как частицы ила выступают в качестве своеобразных катализаторов.


13.3.5. Возникновение простейших форм живого. Главная задача в учении о происхождении жизни — объяснить возникновение матричного синтеза белков. Жизнь возникла не тогда, когда образовались пусть даже очень сложные органические соединения, отдельные молекулы ДНК и др., а тогда, когда начал действовать механизм конвариантной редупликации. Именно поэтому завершение процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению составных


494


частей, генетического кода, с переходом к матричному синтезу белка, характерному для живых организмов. В ходе предбиологического отбора наибольшие шансы на сохранение имели те коацерваты, у которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизведению.


Переход к матричному синтезу белков был величайшим качественным скачком в эволюции материи. Однако механизм перехода пока не ясен. Основная трудность здесь состоит в том, что для удвоения нуклеиновых кислот нужны ферментные белки, а для создания белков — нуклеиновые кислоты. Иначе говоря, нужно объяснить, как в ходе предбиологического отбора объединились способности к самовоспроизведению полинуклеотидов с каталитической активностью полипептидов в условиях пространственно-временного разобщения начальных и конечных продуктов реакции.


На этот счет существуют разные гипотезы, но все они так или иначе не полны. В настоящее время наиболее перспективными считаются гипотезы, которые опираются на принципы теории самоорганизации (см. 15), синергетики [1], на представления о гиперциклах, т.е. системах, связывающих самовоспроизводящиеся (автокаталитические) единицы друг с другом посредством циклической связи. В таких системах продукт реакции одновременно является и ее катализатором или исходным реагентом. Потому и возникает явление самовоспроизведения, которое на первых этапах вовсе могло и не быть точной копией исходного органического образования. О трудностях становления самовоспроизведения свидетельствует само существование вирусов и фагов, которые представляют собой, вероятно, осколки форм предбиологической эволюции.


1 Эйген М., Шустер П. Гиперцикл. Принципы самоорганизации макромолекул. М., 1982.


В дальнейшем предбиологический отбор коацерватов, по-видимому, происходил в нескольких направлениях. Во-первых, в направлении выработки способности накапливать белковоподобные полимеры, ответственные за ускорение химических реакций. В результате строение нуклеиновых кислот изменялось в направлении преимущественного «размножения» систем, в которых удвоение нуклеиновых кислот осуществлялось с участием ферментов.


495


Во-вторых, в системе коацерватов происходил и отбор самих нуклеиновых кислот по наиболее удачному сочетанию последовательности нуклеотидов. На этом пути формировались гены. Самовоспроизводящиеся системы со сложившейся стабильной последовательностью нуклеотидов в нуклеиновой кислоте уже могут быть названы живыми.


Знание условий, которые способствовали возникновению жизни на Земле, позволяют понять, почему в наше время невозможно появление живых существ из неорганических систем. В нашу эпоху отсутствуют условия для синтеза и усложнения органических веществ: простые соединения, которые могли бы где-то образоваться, сразу же были бы использованы гетеротрофами. Возникшая на Земле жизнь преобразовала те условия, которые сделали возможным ее появление. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения.


Возникнув, жизнь стала развиваться быстрыми темпами (ускорение эволюции во времени). Так, развитие от первичных пробионтов до аэробных форм потребовало около 2 млрд лет, тогда как с момента возникновения наземных растений и животных прошло около 500 млн лет; птицы и млекопитающие развились от первых наземных позвоночных за 100 млн лет, приматы выделились за 12—15 млн лет, для становления человека потребовалось около 3 млн лет.


13.4. Развитие органического мира


13.4.1. Основные этапы геологической истории Земли. Геологическая история Земли подразделяется на крупные промежутки — эры, эры — на периоды, периоды — на века. Разделение на эры, периоды и века, конечно, относительное, потому что резких разграничений между этими подразделениями не было. Но все же именно на рубеже соседних эр, периодов происходили существенные геологические преобразования — горообразовательные процессы, перераспределение суши и моря, смена климата и пр. Кроме того, каждое подразделение характеризовалось качественным своеобразием флоры и фауны.


496


Геологические эры Земли:


катархей (от образования Земли 5 млрд лет назад до зарождения жизни);

архей, древнейшая эра (3,8 млрд — 2,6 млрд лет);

протерозой (2,6 млрд — 570 млн лет);

палеозой (570 млн — 230 млн лет) со следующими периодами:

кембрий (570 млн — 500 млн лет);

ордовик (500 млн — 440 млн лет);

силур (440 млн — 410 млн лет);

девон (410 млн — 350 млн лет);

карбон (350 млн — 285 млн лет);

пермь (285 млн — 230 млн лет);


мезозой (230 млн — 67 млн лет) со следующими периодами:

триас (230 млн — 195 млн лет);

юра (195 млн — 137 млн лет);

мел (137 млн — 67 млн лет);


кайнозой (67 млн — до нашего времени) со следующими периодами и веками:

палеоген (67 млн — 27 млн лет):

палеоцен (67—54 млн лет)

эоцен (54—38 млн лет)

олигоцен (38—27 млн лет)

неоген (27 млн — 3 млн лет):

миоцен (27—8 млн лет)

плиоцен (8—3 млн лет)

четвертичный (3 млн — наше время):

плейстоцен (3 млн — 20 тыс. лет)

голоцен (20 тыс. лет — наше время)


13.4.2. Начальные этапы эволюции жизни. Более 3,8 млрд лет назад на дне мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей, водоемов возникла жизнь в виде мельчайших примитивных существ — простейших клеток, обладающих способностью деления и передачи дочерним клеткам наследственных свойств родительских клеток.


Первый период развития органического мира на Земле характеризуется тем, что первичные живые организмы были анаэробными (жили без кислорода), питались и воспроизводились за счет «органического бульона», возникшего из неорганических систем; иначе говоря, они питались готовыми органическими веществами, синтезированными в ходе химической эволюции, т.е. были гетеротрофами. Но это не могло длиться долго, поскольку резерв органического вещества быстро убывал.


497


Первый великий качественный переход в эволюции живой материи был связан с «энергетическим кризисом»: «органический бульон» был исчерпан и следовало выработать способы синтезирования органических соединений из неорганических внутри клеток. В этой ситуации преимущество было у тех клеток, которые могли получать большую часть необходимой им энергии непосредственно из солнечного излучения.


Такой переход вполне возможен, так как некоторые простые соединения, включающие в свой состав атом магния (как в хлорофилле), обладают способностью поглощать свет. Уловленная таким образом световая энергия может быть использована для усиления реакций обмена, в частности для образования органических соединений, которые могут сначала накапливаться, а затем расщепляться с высвобождением энергии. В этом направлении и развивался процесс образования фотосинтеза.


Фотосинтез обеспечивает организму получение необходимой энергии от Солнца и вместе с тем независимость от внешних источников питательных веществ. Это значит, что питание таких организмов, называемых автотрофными, осуществляется внутренним путем благодаря световой энергии. При этом, разумеется, из внешней среды поглощаются и некоторые вещества — вода, углекислый газ, минеральные соединения. В результате фотосинтеза выделяется кислород.


Первыми фотосинтетиками на нашей планете были, видимо, цианеи, а затем зеленые водоросли. Остатки их находят в породах архейского возраста (около 3 млрд лет назад). В протерозое в морях обитало много разных представителей зеленых и золотистых водорослей. Вероятно, в это же время появились первые прикрепленные ко дну водоросли.


Переход к фотосинтезу и автотрофному питанию был великим революционным переворотом в эволюции живого. Значительно увеличилась биомасса Земли. В результате фотосинтеза кислород стал выделяться в атмосферу в значительных количествах. Первичная атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, и для анаэробных организмов он был ядом. Потому многие одноклеточные анаэробные организмы погибли в «кислородной катастрофе»; другие укрылись в болотах, где не было свободного кислорода, и, питаясь, выделяли не кислород, а метан; третьи приспособились к кислороду, получив огромное преимущество в способности запасать энергию (аэробные клетки выделяют энергии в 10 раз больше, чем анаэробные). Благодаря фотосинтезу в органическом веществе Земли накапливалось все больше и больше энергии солнечного света, что способствовало ускорению биологического круговорота веществ и эволюции в целом.


498


Переход к фотосинтезу потребовал много времени. Он завершился примерно 1,8 млрд лет назад и привел к важным преобразованиям на Земле: первичная атмосфера Земли сменилась вторичной, кислородной; возник озоновый слой, который сократил воздействие ультрафиолетовых лучей, а значит, прекратил производство нового «органического бульона»; изменился состав морской воды — она стала менее кислотной. Таким образом, современные условия на Земле в значительной мере были созданы жизнедеятельностью организмов.


С «кислородной революцией» связан и переход от прокариотов к эукариотам. Первые организмы — прокариоты представляли собой клетки, у которых не было ядра, генетическая система закреплена на клеточной мембране, деление клетки не включало в себя точной дупликации генетического материала. Прокариоты — это простые, выносливые организмы, обладавшие высокой вариабельностью, способностью к быстрому размножению, легко приспосабливающиеся к изменяющимся условиям природной среды. Но новая кислородная среда стабилизировалась; первичную атмосферу заменила новая. Понадобились организмы, которые пусть были бы и не вариабельны, но зато лучше приспособлены к новым условиям. Нужна была не генетическая гибкость, а генетическая стабильность. Ответом на эту потребность явилось формирование эукариотов примерно 1,8 млрд лет назад.


У эукариотов ДНК уже собрана в хромосомы, а хромосомы сосредоточены в ядре клетки. Такая клетка воспроизводится без каких-либо существенных изменений. Это значит, что в неизменной природной среде «дочерние» клетки имеют столько же шансов на выживание, сколько их имела «материнская» клетка.


13.4.3. Образование царства растений и царства животных. Дальнейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и животные клетки. Это разделение произошло еще в протерозое (около 1—1,5 млрд лет назад), когда мир был заселен одноклеточными организмами.


499


Растительные клетки покрыты жесткой целлюлозной оболочкой, которая их защищает. Но такая оболочка не дает им возможности свободно перемещаться и добывать пищу в процессе передвижения. Вместо этого растительные клетки совершенствуются в направлении использования фотосинтеза для накопления питательных веществ.


Животные клетки имеют эластичные оболочки и потому не теряют способности к передвижению; это дает им возможность самим искать пищу — растительные клетки или другие животные клетки. Животные клетки эволюционировали в направлении совершенствования способов передвижения и способов поглощать и выделять крупные частицы (а не отдельные органические молекулы) через оболочку. Сначала крупные органические фрагменты, затем куски мертвой ткани и разлагающиеся остатки живого и, наконец, поедание и переваривание целых клеток (формирование первых хищников). С появлением хищников естественный отбор резко ускоряется.


Эволюционное единство растительного и животного миров доказывается тем, что различия между некоторыми простейшими животными и простейшими растениями относительны. Так, одноклеточные эвгленовые водоросли сочетают в себе качества растений (способность к фотосинтезу) и животных (подвижность, способ питания).


Следующим важным этапом развития жизни и усложнения ее форм было возникновение примерно 900 млн лет назад полового размножения — механизма слияния ДНК двух индивидов и последующего перераспределения генетического материала. В результате потомство похоже на родителей, но не идентично им, изменчивость потомства увеличивается. Это способствует росту эффективности естественного отбора, значительно повышает видовое разнообразие, резко ускоряет эволюцию, позволяет быстрее приспосабливаться к изменениям окружающей среды.


Значительным шагом в дальнейшем усложнении организации живых существ было появление примерно 700—800 млн лет назад многоклеточных организмов. Характерные особенности их — различие клеток, слагающих их тело; их дифференцирование и объединение в комплексы тканей и органов, выполняющих разные


500


функции в системе организма. Таким образом, многоклеточные (растения, грибы, животные) обладают дифференцированным телом, развитыми тканями, органами, которые выполняют определенные функции. Многоклеточные происходят, по-видимому, от колониальных форм одноклеточных жгутиковых.


Первые ископаемые многоклеточные животные представлены сразу несколькими типами: губки, кишечнополостные, плеченогие, членистоногие. Эволюция многоклеточных животных шла в направлении совершенствования способов передвижения, лучшей координации деятельности клеток, совершенствования форм отражения с учетом предыдущего опыта, образования вторичной полости, совершенствования способов дыхания и т.п.


В протерозое и в начале палеозоя многоклеточные растения населяют моря. Жизнь развивается в воде. Среди прикрепленных ко дну встречаются зеленые и бурые водоросли, а в толще воды — золотистые, красные и др. В кембрийских морях уже существовали почти все основные типы животных (исключая птиц и млекопитающих), которые впоследствии лишь специализировались и совершенствовались. Облик морской фауны определяли многочисленные ракообразные, губки, кораллы, иглокожие, моллюски, плеченогие, трилобиты.


В теплых и мелководных морях ордовика обитали многочисленные кораллы, значительного развития достигли головоногие моллюски — существа, похожие на современных кальмаров, длиной несколько метров. В конце ордовика в море появляются крупные плотоядные, достигавшие 10—11 м в длину. В ордовике, примерно 500 млн лет назад, появляются и первые позвоночные — животные, имеющие скелеты. Это было значительной вехой в истории жизни на Земле.


Первые позвоночные возникли, видимо, в мелководных пресных водоемах, и уже затем эти пресноводные формы завоевывают моря и океаны. Первые позвоночные — мелкие (около 10 см длиной) существа, бесчелюстные рыбообразные, покрытые чешуей, которая помогала защищаться от крупных хищников (осьминогов, кальмаров). Дальнейшая эволюция позвоночных шла в направлении образования челюстных рыбообразных, которые быстро вытеснили большинство бесчелюстных. В девоне возникают и двоякодышащие рыбы, которые были приспособлены к дыханию в воде, но обладали и легкими.


501


Рыбы подразделяются на два больших класса: хрящевые (акулы [1] и скаты) и костные — наиболее многочисленная группа рыб (96%), в настоящее время преобладающая в морях, океанах, реках, озерах. Очевидно, некоторые пресноводные двоякодышащие рыбы девонского периода дали жизнь сначала первичным земноводным (стегоцефалам), а затем и сухопутным позвоночным. Таким образом, первые амфибии появляются в девоне.


1 Акулы — очень древние животные, они появились еще в девоне и с тех пор некоторые их виды не изменились. В настоящее время интерес к акулам в массовом сознании «подогревается» рассказами об их нападениях на людей, серией фантастических фильмов «Челюсти». Акулы действительно обладают сложной системой поведения, прекрасным обонянием и электромагнитной системой ориентации.


В девоне возникает и другой чрезвычайно прогрессивный и богатый видами класс животных — насекомые. Появление насекомых свидетельствовало о том, что в ходе эволюции сложились два разных способа укрепления каркаса тела (основных несущих органов и всего тела в целом) и совершенствования форм отражения. У позвоночных роль каркаса играет внутренний скелет, у высших форм беспозвоночных — насекомых — наружный. Что касается форм отражения, то у насекомых сложная нервная система, с разбросанными по всему телу огромными и относительно самостоятельными нервными центрами, врожденные реакции преобладают над приобретенными. У позвоночных развит головной мозг и условные рефлексы преобладают над безусловными. Различие этих способов решения важнейших эволюционных задач в полной мере проявилось после перехода к жизни на суше.


13.4.4. Завоевание суши. Важнейшим событием в эволюции форм живого являлся выход растений и живых существ из воды и последующее образование большого многообразия наземных растений и животных. Из них в дальнейшем и происходят высокоорганизованные формы жизни.


Переход к жизни в воздушной среде требовал многих изменений, поскольку вес тел здесь больше, чем в воде; в воздухе не содержится питательных веществ; воздух сухой, он иначе, чем вода, пропускает через себя свет и звук; содержание кислорода в воздухе выше, чем в воде. Вследствие всего этого выход на сушу предполагал выработку соответствующих приспособлений.


502


По-видимому, еще в конце протерозоя на поверхность суши выходят микроскопические одноклеточные растения. В результате взаимодействия абиотических (минералы, климатические факторы) и биотических (бактерии, цианеи) условий возникает почва. Почвообразовательные процессы в протерозое подготовили условия для выхода на сушу многоклеточных растений, а затем и животных.


Выход многоклеточных растений на сушу начался, очевидно, в конце силура. Растения, переселявшиеся в воздушную среду, получали значительные эволюционные преимущества, а главное из них — то, что солнечной энергии здесь больше, чем в воде, а значит, и фотосинтез становится более совершенным. Проблема высыхания решалась посредством формирования водонепроницаемой внешней оболочки, пропитанной восковидными веществами. А перестройка системы питания из почвы требовала развития корневой системы и системы транспортировки питательных веществ и воды по организму. Корни способствовали также укреплению опоры. По мере увеличения размеров растений формировалась и поддерживающая ткань — древесина. Жизнь на суше требовала также изменения репродуктивной системы.


Первые наземные растения — риниофиты; они занимали промежуточное положение между наземными сосудистыми растениями и водорослями. У риниофитов образуется сосудистая система, перестраиваются покровные ткани, появляются примитивные листья и корни. В конце силура именно риниофиты покрывали сплошным зеленым ковром прибрежные участки суши. Кстати, только в силуре началось сплошное озеленение Земли. После кислородной революции и до появления первой растительности поверхность Земли была красной в результате коррозии минералов железа.


Вслед за растениями из воды на сушу и воздух (сначала по берегам рек, озер, болот) последовали различные виды членистоногих — предки насекомых, пауков и скорпионов. Первые обитатели суши напоминали по виду современных скорпионов. И если первые амфибии появились в девоне, то активное завоевание суши позвоночными началось в карбоне. Первые полностью приспособившиеся к жизни на суше позвоночные — рептилии. Яйца рептилий были покрыты твердой скорлупой, не боялись высыхания, были снабжены пищей и кислородом для эмбриона. Первые рептилии были небольшими и напоминали живущих ныне ящериц.


503


В карбоне значительного развития достигают насекомые. Появляются летающие насекомые. Некоторые из них имели размах крыльев до 100 см.


Рассмотрим основные пути исторического развития основных наземных групп органического мира Земли — царства животных и царства растений.


13.4.5. Основные пути эволюции наземных растений. Эволюция растений после выхода на сушу была связана с усилением компактности тела, развитием корневой системы, тканей, клеток, проводящей системы, изменением способов размножения, распространения и т.д. Переход от трахеид к сосудам обеспечивал приспособление к засушливым условиям — по сосудам вода может подниматься на большую высоту. В наземных условиях оказались непригодными для размножения свободно плавающие голые половые клетки; здесь для целей размножения формируются разносимые ветром споры или семена. Постепенно происходит дифференциация тела на корень, стебель и лист, развивается проводящая система, совершенствуются покровные, механические и другие ткани.


С момента выхода на сушу растения развиваются в двух основных направлениях — гаметофитном и спорофитном. Высшим растениям свойственна правильная смена поколений в цикле их развития. Растение имеет две фазы развития, которые сменяют одна другую: гаметофит — половое поколение, на котором образуются половые органы — антеридии и архегонии, и спорофит — неполовое поколение, нормально развитое растение, которое имеет корень, стебель и листья. На спорофите образуются споры, которые прорастают и дают начало гаметофиту. Подобная смена поколений в цикле развития растений сложилась эволюционно, в ходе естественного отбора. Гаметофитное направление было представлено мохообразными, а спорофитное — остальными высшими растениями, включая цветковые. Спорофитная ветвь оказалась более приспособленной к наземным условиям.


Для девона характерны пышные леса из прогимноспермов и древних голосеменных [1]. В карбоне растения приспособились удерживать воду и защищать семена от высыхания, благодаря чему они завоевали сухие места обитания. В карбоне с его увлажненным и


504


равномерно теплым климатом в течение всего года мощные споровые растения—лепидодендроны и сигиллярии—достигали 40 м. В карбоне и перми получают дальнейшее распространение голосеменные, у которых происходил переход от гаплоидности (одинарный набор хромосом) к диплоидности (двойной набор хромосом), что усиливало генетические потенции организма.


1 Жизнь растений, М., 1978. Т. 4. С. 257—420.


Дальнейшая эволюция связана с совершенствованием семян: превращение мегаспорангия в семязачаток; после оплодотворения (благодаря ветру, переносящему пыльцу, вырабатываемую в достаточном количестве) семязачаток превращается в семя; оплодотворенный эмбрион упаковывается в водонепроницаемую защитную оболочку, наполненную пищей для эмбриона. Внутри семени зародыш мог находиться достаточно долго, пока растение не рассеет семена и они не попадут в благоприятные условия произрастания. И тогда росток раздувает семенную оболочку, прорастает и питается запасами до тех пор, пока его корни и листья не станут сами поддерживать и питать растение, вследствие чего у всех семенных растений исчезает зависимость процесса полового размножения от наличия водной среды.


Переход к семенному размножению связан с рядом эволюционных преимуществ, способствовавших широкому распространению семенных растений; в частности, диплоидный зародыш в семенах защищен от неблагоприятных условий наличием покровов и обеспечен пищей, а семена имеют приспособления для распространения животными и т.п.


В дальнейшем происходит специализация опыления (с помощью насекомых) и распространение семян и плодов животными; усиление защиты зародыша от неблагоприятных условий: обеспечение пищей, образование покровов и др. В раннем меловом периоде у некоторых растений улучшается система защиты семян за счет образования дополнительной оболочки. Примерно в это же время появляются и первые покрытосеменные растения.


Возникновение покрытосеменных было связано с совершенствованием процесса оплодотворения — пыльцу стал переносить не ветер, а животные (насекомые). Это потребовало значительных трансформаций растительного организма. Такой организм должен содержать средства сигнализации животным о себе, привлечения животных к себе, которые должны отнести пыльцу на другое растение того же вида; поэтому цветки каждого растения


505


по внешнему (форме, окраске) виду (и запаху) должны отличаться от цветков прочих растений; животное должно само что-либо при этом получить для себя (нектар или пыльцу). Результатом трансформации растений стало появление множества разнообразных покрытосеменных (цветковых) растений.


Покрытосеменные возникают в горах тропических стран, где и ныне сосредоточено около 80% покрытосеменных. Цветковым растениям свойственны высокая эволюционная пластичность, разнообразие, порождаемые опылением насекомыми. Ведь отбор шел как по растениям, так и по насекомым. Постепенно распространяясь, цветковые растения завоевали все материки, победили в борьбе за сушу. В этом главную роль играли цветки, привлекавшие насекомых-опылителей. Кроме того, цветковые имеют развитую проводящую систему, плод, значительные запасы пищи зародыша, развитие зародыша и семени происходит быстрее и т.д.


В кайнозое формируются близкие к современным ботанико-географические области. На Земле покрытосеменные господствовали, леса достигли наибольшего распространения. Территория Европы была покрыта пышными лесами: на севере преобладали хвойные, на юге — каштаново-буковые леса с участием гигантских секвой. Ботанико-географические области периодически изменялись в зависимости от потеплений и похолоданий, наступления ледников и вызванного ими отступления теплолюбивой растительности на юг, а кое-где и ее полного вымирания: появились холодоустойчивые травянистые и кустарниковые растения, леса сменялись степью и т.д. В плейстоцене складываются современные фитоценозы.


13.4.6. Пути эволюции животных. Вышедшие на сушу рептилии дали множество видов; они осваивали все новые места обитания: большинство уходило от воды, а некоторые вновь ушли в воду (мезозавры). В конце пермского периода рептилии преобладали на суше. Мезозойская эра — время господства рептилий, пресмыкающихся.


Некоторые рептилии становятся хищными, другие — растительноядными. В меловом периоде появились гигантские растительноядные динозавры. От древних мелких рептилий, напоминающих современных ящериц, произошли самые разнообразные виды — плавающие, передвигающиеся по суше и летающие рептилии, динозавры (весом до 30 т и до 30 м длиной, «правившие миром» более 100 млн лет). Особенно интенсивно развиваются морские рептилии в юре (ихтиозавры, плезиозавры).


506


Постепенно «заселяется» и воздушная среда. Насекомые начали летать еще в карбоне и около 100 млн лет были единовластными хозяевами воздуха. В триасе появляются первые летающие ящеры, В юре они успешно осваивают воздушную среду. Возникают самые известные нам летающие ящеры — птеродактили, охотившиеся на многочисленных крупных насекомых. Некоторые летающие ящеры имели размах крыльев до 20 м. В юрском же периоде от одной из ветвей рептилий произошли птицы; первые птицы причудливо сочетали признаки рептилий и птиц (поэтому птиц иногда называют «взлетевшие рептилии»).


От примитивных рептилий, из группы цельночерепных, развивается ветвь, приведшая несколько позже — в триасе — к млекопитающим. В юрском и меловом периодах млекопитающие стали более разнообразными. В конце мезозоя появились плацентарные млекопитающие.


В конце мезозоя в условиях похолодания сокращаются пространства, занятые богатой растительностью, что влечет за собой вымирание в конце мела сначала растительноядных динозавров, а затем и охотившихся на них хищных динозавров. При этом исключительные преимущества получают теплокровные животные — птицы и млекопитающие.


Кайнозой — время расцвета насекомых, птиц и млекопитающих. В палеоцене появляются первые хищные млекопитающие, а некоторые виды млекопитающих «уходят» в море (китообразные, ластоногие, сиреновые). От древних хищных происходят копытные. От некоторых видов насекомоядных обособляется отряд приматов. В плиоцене встречаются уже все современные семейства млекопитающих.


В кайнозое формировался стайный, стадный образ жизни, который явился ступенькой к социальному общению. Причем, если у насекомых (муравьи, пчелы, термиты) биосоциальность вела к "потере индивидуальности, то у млекопитающих, напротив, к усилению индивидуальных черт особи. В неогене на обширных открытых пространствах саванн Африки появляются многочисленные виды обезьян. Некоторые виды приматов переходят к прямохождению. Так в биологическим мире вызревали предпосылки возникновения Человека и мира Культуры.


^ 14. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА И ОБЩЕСТВА (АНТРОПОСОЦИОГЕНЕЗ)


Что такое человек? Каково место человека в природе? Вечно ли существует человек или он возник на каком-то этапе развития мира? Если он возник исторически, то каким образом? Каким было его раннее существование? В чем состоит его предназначение? Эти тесно связанные между собой вопросы издавна волновали людей.


Ответы на них определялись достигнутым уровнем развития науки, естествознания, философскими и идеологическими позициями мыслителей, ученых. Несмотря на ряд гениальных догадок, проблема происхождения человека и общества в древности и Средневековье была покрыта наслоениями мифологии, мистики, религиозных домыслов, умозрительных спекуляций, далеких от доказательности, обоснованности. Настоящий переворот в накоплении антропологических и этнографических данных начинается в эпоху Великих географических открытий (в конце XV в.). В конце XIX и в XX в. материалистическое естествознание в тесном союзе с гуманитарными и общественными науками существенно продвинулось в решении проблемы происхождения человека и общества.


14.1. Естествознание XVII— первой половины XIX в. о происхождении человека


14.1.1. Зарождение научной теории происхождения человека. Для


европейских мореплавателей, ученых и исследователей в эпоху Великих географических открытий мир неизмеримо расширился. Во вновь открытых заморских странах жили народы, находившиеся на разных ступенях общественного развития, имевшие различный физический облик, различные нравственные нормы, традиции и т.д. В этот период начинается взаимное знакомство народов, удаленных друг от друга на тысячи километров, разделенных океанами и материками.


Мысль о том, что живущие в Новом Свете, Северной и Южной Америке, в Австралии и других регионах племена и народности находятся на этапе первобытного развития, который с необходимостью должны пройти все народы, в том числе европейцы, не сразу сформировалась после Великих географических открытий


508


XV—XVI вв., поскольку в общественном сознании еще не утвердилась идея развития. Естественное развитие природных и общественных форм от простого к сложному, от низшего к высшему еще не осознавалось, и в сознании господствовало представление, что народы являются такими, какими их создал Творец, и другими стать не могут.


В XVIII в. постепенно формируется и входит в общественное сознание идея развития, а вместе с ней в антропологии, философии и этнографии возникает представление о том, что общественный строй жизни первобытных племен похож на общественное устройство древних европейских народов. Подобные идеи высказали французский исследователь-миссионер Ж.Ф. Лафито в своей книге «Обычаи американских дикарей в сравнении с обычаями первобытных времен» (1724) и немецкий просветитель Г. Форстер.


Следующий шаг в понимании первобытной истории человечества связан с построением таких общих схем всемирно-исторического процесса, в которых народы заморских стран выступали как представители ранней ступени развития человечества. Значительную роль в разработке этих теорий сыграли великие французские просветители XVIII в. — Ж.Ж. Руссо, Д. Дидро, Ш. Монтескье, Вольтер, Ж. Кондорсе и др. Одни из них (в частности, Руссо и Дидро) идеализировали первобытность, представляли ее как «золотой век» человечества, все основные позитивные качества которого утеряны последующими поколениями в эпоху цивилизации. Другие (например, Ж. Кондорсе) разрабатывали концепции исторического прогресса человеческой истории, разума и культуры. Благодаря развитию разума человек проходит определенные ступени общественного устройства — от охоты и рыболовства к одомашниванию животных (эпоха рабства), а от него — к земледелию (эпоха феодализма) [1].


1 Кондорсе Ж.А. Эскиз исторической картины прогресса человеческого разума. М., 1936.


Первоначально каменные орудия древних людей, которые случайно находили в земле, не рассматривались как предметы, имеющие отношение к истории человечества. Их считали талисманами, посланиями богов, которые боги метают вместе с молнией на землю. Но уже в XVIII в. возник интерес к изучению найденных в раскопках орудий труда и предметов утвари первобытных людей —


509


ведь именно такими инструментами пользовались первобытные народы Нового Света, Африки и Южной Азии. В первой половине XVIII в. все чаще высказываются мысли о существовании каменного века у древних людей, о том, что каменные предметы — это выполненные в незапамятные времена «произведения рук человеческих», что человек существовал задолго до Адама и Евы. Сначала такие заявления резко отторгались не только церковными, но и научными кругами. В 1730 г. в Парижской академии письменности и изящной литературы разразился публичный скандал: после доклада одного французского исследователя о каменных орудиях древних людей академики устроили ему обструкцию, требуя от него признания возможности образования каменных орудий в процессе физических реакций в воздухе, вызываемых ударами молнии.


В середине XVIII в. К. Линней положил начало научному представлению о происхождении человека. В своей «Системе природы» (1735) он отнес человека к животному миру, помещая его в своей классификации рядом с человекообразными обезьянами. Интересно, что Линней, подчеркивая родство человека и человекообразных обезьян, называет орангутана Homo silvetris («человек лесной»). В XVIII в. зарождается и научная приматология; так, в 1766 г. появилась научная работа Ж. Бюффона об орангутане. Голландский анатом П. Кампер показал значительное сходство в строении основных органов человека и животных. Все это позволило поставить на принципиально новую, научную основу вопрос о границах между человеком и высшими приматами.


В XVIII — первой половине XIX в. археологи, палеонтологи, этнографы накопили эмпирический материал, по объему уже достаточный для разработки научной теории антропосоциогенеза. Особый интерес здесь представляют исследования французского археолога Буше де Кравкер де Перта. В 1840—1850-х гг. он искал, собирал грубо оббитые каменные орудия и доказывал, что это — орудия труда первобытного человека, жившего одновременно с древним носорогом, мамонтом и т.п. Открытия археолога отодвигали происхождение человека в такую глубь тысячелетий, что опрокидывали библейскую хронологию. Не случайно креационисты и клерикально настроенные ученые встретили эти открытия в штыки. Длительная его борьба с консервативными французскими академическими кругами была полна драматизма, а временами носила чуть ли не детективный характер. Только в 1860-х гг. его идеи признали в науке. В 1862 г. в археологии для периодизации истории каменного века были введены понятия «палеолит» и «неолит».


510


14.1.2. Учение Дарвина как основа материалистической теории антропогенеза. В первой половине XIX в. создаются и теоретические предпосылки для создания научного учения о происхождении человека. Они связаны с развитием в биологии идеи эволюции органических форм (см. 7.4). В свете этой идеи эмпирический материал о древнейшем прошлом человечества получал качественно новое теоретическое толкование. Однако вопросы о происхождении человека выводились за рамки эволюции живого и долго рассматривались в духе согласия с основными религиозными догмами (творение человека Богом). Даже Ламарк не решался довести до логического завершения идею эволюции человека, т.е. до отрицания роли Бога в происхождении человека. Он завершил разбор проблемы происхождения человека в своей «Философии зоологии» словами об ином происхождении человека, чем только лишь от животных.


Возможность последовательно материалистического решения проблемы антропогенеза впервые появилась после создания Дарвином селекционной теории эволюции органического мира. Теория естественного отбора нанесла сокрушительный удар по идеализму, креационизму, телеологизму, явилась одним из важнейших естественно-научных подтверждений материализма, позволила заложить основы естественно-научного понимания антропосоциогенеза.


В 1871 г. вышел в свет труд Дарвина «Происхождение человека и половой отбор», в котором на громадном фактическом материале (из сравнительной анатомии, зоогеографии, истории, археологии) Дарвин обосновывал два кардинально важных положения: о животном происхождении человека и о том, что современные человекообразные обезьяны представляют собой боковые ветви его эволюции, а человек ведет свое происхождение от каких-то вымерших более нейтральных форм. Хотя идеи Дарвина не были приняты клерикалами и креационистами, подвергались нападкам со стороны священнослужителей и реакционеров самых разных мастей, тем не менее последующее развитие учения о происхождении человека было возможно только в русле естественно-научного, материалистического мировоззрения. «Тот, кто не смотрит, подобно дикарю, на явления природы как на нечто бессвязное, не может больше думать, чтобы человек был плодом отдельного акта творения», — писал Дарвин. После работ Дарвина материалистическое положение о животном происхождении человека стало краеугольным камнем теории антропосоциогенеза.


511


Поскольку человек — это не только биологическое, но и социальное существо, то его происхождение нельзя свести к действию исключительно биологических факторов эволюции. На определенном этапе в биологическую эволюцию предков человека должен был включиться еще и некоторый надбиологический, социокультурный фактор. Какой же это фактор? Ответ на этот вопрос дал Ф. Энгельс в работе «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека». В ее основе лежит идея о том, что труд — не только средство преобразования окружающей среды и удовлетворения потребностей человека, но и средство изменения самого человека. Именно трудовая деятельность является всеобщим основанием человеческого бытия, а вместе с тем и решающим критерием, разграничивающим человека и его животных предков — человекообразных обезьян. Идея о роли труда в происхождении человека и общества не потеряла своего значения и по сей день. Все специалисты по древней археологии, палеоантропологии исходят из представления о решающей роли труда в антропосоциогенезе.


14.2. Предпосылки антропосоциогенеза


14.2.1. Абиотические предпосылки. Каким образом происходило естественное возникновение человека, общества и сознания? Каковы основные закономерности и этапы антропосоциогенеза, этого связующего звена между историей природы и историей общества? Разумеется, мы не знаем всех деталей перехода от биологического к социальному. Но современной наукой уже создана достаточно целостная и стройная общая картина.


Общей предпосылкой возникновения человечества выступило длительное историческое развитие природы. Пьедесталом антропосоциогенеза явилось развитие органического (биологического) мира в его единстве с геологическими, географическими, климатическими, физико-химическими, космическими и другими неорганическими (абиотическими) системами. В соответствии с современной теорией эволюции (см. 12.2), историческое развитие биологических организмов определяется рядом эволюционных факторов


512


(мутационными процессами, популяционными волнами, изоляцией, естественным отбором и др.), включенными во взаимодействие с абиотическими системами природы. Эволюция действует не на отдельного индивида, а на популяцию. Через последовательную смену поколений сохраняются и утверждаются те признаки, которые оказываются удобными в данных условиях среды. Такое взаимодействие абиотических систем с эволюционными факторами определяло предпосылки и протекание антропосоциогенеза.


Абиотические предпосылки антропосоциогенеза лучше всего изучены в том, что касается геологического, географического и климатического фона, на котором возник человек. Меньше изучены космические и физико-химические факторы, которые, безусловно, оказывали большое влияние на процесс антропосоциогенеза.


Становление человека происходило в последний период кайнозойской эры истории Земли, в конце эпохи неогена. Геологические процессы — важная часть абиотической среды, изменения которой определяли развитие органических видов. Геологические предпосылки антропосоциогенеза включают в себя оледенения и потепления, усиленный вулканизм, сейсмические и тектонические процессы, повышение уровня радиоактивности (в результате землетрясений, горообразований, тектонических разломов коры и др.), изменение магнитного поля Земли (за последние 5 млн лет магнитные полюсы Земли менялись 4 раза) и т.д.


Географические предпосылки .включают в себя прежде всего изменения очертаний материков и морей. Так, еще в плейстоцене Британские острова соединялись с Европой, острова Малайского архипелага с Азиатским континентом, Азиатский континент с Американским и др. Это способствовало миграции животных, расселению их на Земле.


513


Географические предпосылки связаны также с климатическими изменениями, вызванными оледенениями [1]. Периоды оледенения с резкими похолоданиями чередовались с периодами сравнительного потепления, особенно характерными для плейстоцена. В периоды оледенений колоссальные пространства (до 30% суши) занимали ледники, двигавшиеся в Северном полушарии с севера на юг. Материковые льды 250 тыс. лет назад достигали широт Волгограда на Восточно-Европейской равнине и Оклахомы на Великих равнинах Северной Америки. Огромные территории, лежащие за пределами ледников, превращались в заболоченные тундры, которые на юге переходили в холодную степь и лесостепь.


1 В четвертичном периоде выделяют следующие периоды оледенения: дунай (от 1,8 млн до 1,2 млн лет), гюнц (от 1 млн до 750 тыс. лет), миндель (от 500 тыс. до 350 тыс. лет), рисе (от 200 тыс. до 120 тыс. лет) и вюрм (от 80 тыс. до 10 тыс. лет). Особенно сильными, вызывающими резкие перепады температуры и изменения климата, были плейстоценовые оледенения — миндель, рисе, вюрм. Кроме того, выделяются межледниковые периоды относительного потепления: пони—миндель, миндель—рисе, рисе—вюрм.


В периоды оледенения резко изменялись фауна и флора: вымирали многие виды теплолюбивых животных и растений, а оставались те виды, которым удалось приспособиться к новым условиям за счет изменения образа жизни, характера питания, поведенческих реакций. Так, в ходе рисского оледенения вымерли либо переселились на юг гиппопотамы, теплолюбивые виды слонов и носорогов. Их место заняли приспособившиеся к холодному климату мамонты и шерстистые носороги; распространились зубры, пещерные медведи, пещерные львы, северные олени, овцебыки и др. Хотя на юге Азии и в Африке не было материкового льда, а ледники отмечались лишь в районах высоких гор, но общее похолодание отразилось и на этих регионах. В период антропогена они испытали несколько смен влажных (дождливых) и засушливых (аридных) эпох. Смена фауны и флоры здесь не была такой резкой, как в более северных регионах. (Например, в Сахаре обитали крокодилы и бегемоты.)


Для эволюции животного мира имели большое значение и резкие колебания уровня Мирового океана. Во время оледенений этот уровень понижался по сравнению с современным на 120 м, обнажая при этом сухопутные мосты между Азией и Америкой, Европой и Британскими островами, материковые отмели континентов.


К абиотическим предпосылкам антропосоциогенеза следует отнести также влияние космических (ритмы солнечной активности, влияние космических лучей и др.) и физико-химических факторов (состав атмосферы, радиационный фон и др.).


Главная роль абиотических факторов в антропосоциогенезе состояла в том, что они, будучи мощным генератором мутационных процессов, средством интенсивной перекомбинации генофонда (слияние пар хромосом либо их выпадение, сальтация генов и др.), поставляли разнообразный элементарный эволюционный материал для естественного отбора, ускоряя происхождение новых ви-


514


дов животных (см. 13.5.1). Абиотическая среда была такой, что, с одной стороны, она не оказывала чересчур сильного давления на предков человека и ранних людей, которое могло бы привести к их полному вымиранию (хотя, конечно, многие виды обезьян третичного периода несомненно вымерли). С другой стороны, полное господство предков человека в своей экологической нише, отсутствие конкуренции в борьбе за существование тоже имело бы негативные последствия: отсутствие стимулов биологической эволюции, развитие в направлении узкой специализации, закрытие выходов на путь гоминидной, человеческой эволюции и др.


Анализ абиотических предпосылок нужен для ответа на один из ключевых вопросов учения об антропосоциогенезе — вопроса о прародине человека. Поскольку самое большое количество ископаемых остатков высших человекообразных обезьян эпохи плиоцена найдены в Южной Азии и Восточной Африке, то именно эти области претендуют на то, чтобы считаться прародиной человечества. В настоящее время больше всего аргументов свидетельствует в пользу африканской гипотезы. Ученые считают, что наиболее благоприятной для качественного перехода от животных к человеку была палеогеографическая обстановка, которая сложилась в рифтовой зоне приэкваториальной части Восточной Африки. Она характеризовалась разломами земной коры, сейсмическими процессами, вулканическими извержениями, выходами радиоактивных пластов, повышением радиационного фона. Например, в 25 км от Олдувайского ущелья, где найдены самые древние известные сейчас остатки гоминид и прегоминид, примерно 2 млн лет назад активно действовал вулкан (кратер Нгоро-Нгоро), забрасывая это ущелье продуктами извержений. Здесь теплый, устойчивый, достаточно влажный климат, в целом благоприятный для развития растительных и животных видов. Разнообразный ландшафт — саванны, тропические и горные леса, альпийские луга — также способствовал эволюции приматов. Это предположение о прародине человечества может быть уточнено и конкретизировано (возможно, скорректировано) в процессе развития науки о происхождении человека [1].


1 Решетов Ю.Г. Природа Земли и происхождение человека. М., 1966; Фоули Р. Еще один неповторимый вид. Экологические аспекты эволюции человека. М., 1990.


14.2.2. Биологические предпосылки. Понять антропосоциогенез невозможно, не проведя анализа эволюции высших биологических организмов, их анатомо-физиологического строения, которое послужило предпосылкой формирования определенной телесной организации человека, а следовательно, перехода к трудовой деятельности, формированию сознания. Современное материалистическое естествознание исходит из того, что человек естественным образом произошел от высших представителей животного мира — человекообразных обезьян.


Человек и обезьяна имеют столько много общих свойств, что это позволяет объединить их в один отряд приматов. Приматы — высшие представители класса млекопитающих. В современной фауне насчитывается около 200 видов приматов среди более чем 4000 видов млекопитающих. Невозможно себе представить появление человека в составе иного отряда, менее одаренного. Приматы обладают широким набором высших биологических качеств. Особенно важно то, что большая подвижность отряда приматов и разнообразие функций их передних конечностей обусловили развитие большого по размерам головного мозга и его высокую дифференциацию. Ведь быстрое перемещение в трехмерном пространстве и цепкие передние конечности, помогающие исследовать окружающую среду, высокая координированность движений требуют высокой организации нервной системы.


Еще в середине XIX в. Ч. Дарвин (на основании данных сравнительной анатомии и эмбриологии, которые убедительно указывали на множество сходных черт у человека и человекообразных обезьян) выдвинул и обосновал идею родства человека и обезьян, их происхождения от одного общего предка, жившего в эпоху неогена. Дарвин и его последователи (Т. Хаксли, Э. Геккель и др.) установили наличие сотен общих признаков телесного строения человека и антропоидных обезьян (шимпанзе, горилл), а также сходство эмбрионального развития человека с основными периодами развития органического мира. Более того, было показано, что антропоидные обезьяны по своей морфофизиологической организации ближе к человеку, чем к низшим обезьянам. Тем самым были заложены основы симиальной (обезьяньей) теории антропогенеза.


516


Согласно этой теории, человек и современные человекообразные обезьяны произошли от жившего в период неогена одного общего предка — обезьяноподобного существа. Дальнейшее развитие антропологии полностью подтвердило эту идею [1]. Четыре вида известных сейчас антропоидов (человекообразных обезьян) — шимпанзе, горилла, орангутан и гиббон — представляют собой боковые ветви «родственников» человека и тоже произошли от вымерших обезьян эпохи неогена. Во второй половине XX в. симиальная теория была подтверждена и данными молекулярной биологии, доказавшей родство белковых структур и ДНК у человека и антропоидов.


1 В истории антропологии имели место попытки ставить под сомнение симиальный характер сходства человека с высшими приматами. Так, в 1916 г. была высказана «тарзиальная гипотеза», в соответствии с которой человек произошел от низшего примата — древнетретичного долгопята, а черты сходства с обезьянами приобрел конвергентно, аналогично конвергенции обезьян Старого и Нового Света. Развитие науки не подтвердило этой точки зрения.


Долгое время отсутствовали убедительные эмпирические данные о промежуточных формах между человекообразными обезьянами позднего палеогена и неогена и далекими предками человека. Дарвин знал только одну такую форму — дриопитеков (останки найдены в 1856 г. во Франции) и писал о них как о далеких предках человека. Все это стимулировало появление различных гипотез о своеобразии далеких предков человека. Например, согласно одной точке зрения, древесная стадия в развитии обезьяньих предков человека отсутствовала, а предки человека просто передвигались по земле. Эта точка зрения нашла свое выражение в концепции Г. Осборна об эоантропе («человеке зари»), который полагал, что еще в олигоцене человеческий предок уже был наземным существом, обладавшим многими особенностями человека.


Только в XX в. палеоантропологические раскопки позволили обнаружить остатки ископаемых обезьян, живших в эпоху неогена (миоцен, плиоцен), т.е. примерно 20—12 млн лет назад (см. 13.4.1). К ним относятся проконсулы (обнаруженные в Восточной Африке), ориопитек (находка скелета в 1958 г. в Италии), рамапитек (1930-е гг., Индия), сивапитеки и др., которые уже по многим признакам обнаруживают определенное сходство как с современными человекообразными обезьянами, так и с человеком. Наиболее ранние находки высших обезьян (парапитек, проприопитек и др.) ученые относят к позднему палеогену, к эпохе


517


олигоцена. Именно в олигоцене сформировалось то ответвление от общего ствола обезьян, которое через высших обезьян привело к далеким обезьяньим предкам человека (понгидно-гоминидный ствол). По последним данным, это ответвление произошло не более 23—20 млн лет назад (египтопитек).


Расцвет высших обезьян пришелся на неоген, эпохи миоцена и плиоцена. Найдены остатки высших обезьян, живших в это время и обладавших по некоторым свойствам (в частности, строение зубов) уже большим сходством с человеком, чем с ныне живущими группами высших обезьян. Видовой состав антропоидной фауны в миоцене насчитывал, по-видимому, около 20 родов антропоидов. Но большинство из них вымерло. Переход к человеку впоследствии осуществил лишь один вид.


Анализ ископаемых форм позволил сделать вывод, что исходная предковая форма характеризуется меньшей, чем у современных антропоидов, приспособленностью к древесному образу жизни. Аппарат передвижения у них был одинаково приспособлен для передвижения как по земле, так и по деревьям [1]. У предковой высшей обезьяны верхние конечности были короче, а нижние — длиннее, чем у современных обезьян, мозг больше, чем у других обезьян того времени, клыки менее выдавались из зубного ряда. Предковая обезьяна обладала и многими другими чертами, свойственными современным антропоидам.


1 Однако есть мнение, что это условие не обязательно и исходная предковая форма вполне могла быть брахиатором (т.е. пропорции конечностей позволяли передвигаться по деревьям на задних конечностях, помогая себе при этом подвешиванием к ветвям передними конечностями), как современные человекообразные обезьяны. С этой точки зрения брахиация даже способствовала переходу к наземному образу жизни.


Один из крайне интересных вопросов антропологии: какая из ныне живущих человекообразных обезьян (шимпанзе, горилла, орангутан, гиббон) ближе к человеку? В истории учений о происхождении человека отмечены попытки сблизить человека и с гориллой, и с гиббоном, и даже с орангутаном в силу сходства отдельных морфофизиологических черт. Трудности решения этого вопроса связаны с неравномерным, «мозаичным» характером эволюции гоминид (в частности, скорость морфологических изменений не совпадает с темпами биохимической эволюции). Как недавно окончательно выяснилось, таким ближайшим «родственником» человека является шимпанзе.


518


Второй вопрос связан с определением времени выделения филетической линии человека. Долгое время из-за недостаточности палеонтологического материала по этому вопросу существовали разные точки зрения. Новые аспекты здесь выявились с развитием эволюционной биохимии и метода молекулярной гибридизации, который позволяет оценить степень генетического родства сопоставляемых групп организмов. Применение этого метода показало, что у человека и шимпанзе 95% сходных генов, у человека и гиббона — 76%, у человека и макаки-резус — 66%. Более того, оказалось, что шимпанзе и горилла ближе к человеку, чем к орангутану. По данным таких «молекулярных часов», время выделения мартышкообразных обезьян — 33—27 млн лет назад; линия гиббона отделилась от линии, ведущей к человеку 22—18 млн лет назад; линия орангутана — 16—13 млн лет; линия гориллы — 10—8 млн лет, а линия шимпанзе — 8—5 млн лет назад. Эти данные привели к распространению точки зрения, согласно которой «эволюция человеческой линии заняла не свыше 10 млн лет, а обезьяний предок гоминид имел черты сходства с шимпанзе, был, по существу, «шимпанзеподобен»... В качестве «модельного предка» человеческой и шимпанзоидной линии некоторые антропологи рассматривают карликового шимпанзе — бонобо — из джунглей Экваториальной Африки [1]. Человек и бонобо состоят в более близком родстве, чем каждый из них с гориллой.


1 Хрисанова Е.Н., Перевозчиков И.В. Антропология. М., 1991. С. 37—38.


Основные пути перестройки телесной организации ископаемого предка в направлении очеловечивания — прямохождение, развитие руки и мозга (так называемая гоминидная триада).


Переход к прямохождению, смена древесного образа жизни на наземный — одна из важнейших предпосылок формирования гоминид. Двуногая локомоция возникала неоднократно в разных линиях гоминид. Многие древесные формы обезьян часто в поисках пищи спускались на землю и проводили здесь часть времени (есть данные о том, что начальная адаптация к двуногому передвижению формировалась еще в верхнем миоцене 27—23 млн лет назад). Некоторые виды обезьян (с относительно более корот-


519


кими передними и более длинными задними конечностями) перемещались по земле в полувертикальном положении чаше других. Это освобождало их передние конечности, и они успешнее использовали камни и палки для самозащиты и охоты. Кроме того, поскольку перемещение на двух ногах было более медленным, чем брахиация, то понадобилась определенная компенсация — развитая психика (способность быстрого ориентирования, координации тела, передних и задних конечностей), совершенствование стадных отношений. Значительные изменения климата, которые привели к сокращению тропических лесов и распространению пустынь, вызвали гибель многих видов древесных обезьян, не успевших приспособиться к новым условиям. Сложились предпосылки для интенсивного развития тех популяций приматов, которые освоили прямохождение, т.е. был сделан решающий шаг для перехода от обезьяны к человеку [1].


1 Существует интересная гипотеза о том, что человек произошел от прибрежных обезьян, обитавших в неогене по берегам рек, ручьев, озер и других пресных водоемов в полусаванной гористой местности.


Таким образом, непосредственным предшественником человека были человекообразные обезьяны, у которых верхние конечности уже не выполняли функции опоры тела и передвижения и могли стать пригодными для использования природных предметов (камней, палок, костей), а затем и изготовления орудий. Такое недостававшее звено в цепи обезьяньих предков человека было обнаружено в 1924 г. в Южной Африке, где были найдены костные остатки австралопитековых — вымерших высших приматов, возраст которых составляет от 5 до 1 млн лет. В настоящее время большинство специалистов считает, что ближайшим предшественником человека являются именно австралопитековые — прямоходящие приматы [2]. К настоящему времени обнаружены костные остатки около 400 особей австралопитековых (в основном в Южной Африке, а судя по последним находкам, и в Центральной Африке, а также в Юго-Восточной, Восточной и Передней Азии — в долине реки Иордан). Австралопитековые являлись не антропоидными, а гоминидными (т.е. близкими к человеку) примата-


520


ми, не древесными, а наземными существами, вели стадный образ жизни и передвигались на двух ногах. Если для высших приматов прямохождение носит спорадический характер, то у австралопитековых оно было нормой. Австралопитековые были широко распространенной, биологически процветающей (с большой численностью и широким ареалом обитания) расой обезьян. Существовало несколько десятков их видов, поэтому они были перспективными в эволюционном отношении.


2 В середине 1990-х гг. в Эфиопии (Арамио) были найдены остатки наземной человекообразной обезьяны, которая претендует на роль прародителя австралопитековых (Aridipithecus ramidus — наземная человекообразная обезьяна).


Прямохождение у австралопитеков явилось результатом сложных морфофизиологических трансформаций — изменения анатомического строения тазовых костей и нижних конечностей, а также функций центрально-нервной регуляции поведения (обеспечивающих возможность со стороны мозга удерживать тело в равновесии во время ходьбы и бега на двух конечностях). Это в свою очередь повлекло значительное усложнение анатомической структуры мозга. Хотя в среднем объем мозга австралопитековых составлял 552 см3, т.е. практический такой же, как средний объем мозга современных человекообразных обезьян (у гориллы 496 см3, у шимпанзе 394 см3), тем не менее по сложности организации мозга австралопитековые значительно отличались и от исходной предковой формы, и от параллельно развивавшейся ветви антропоидов.


Овладение австралопитековыми прямохождением имело два важнейших следствия. Во-первых, прямохождение высвобождало передние конечности и создавало предпосылки для превращения их в руку — орган трудовой деятельности (отставленный большой палец и др.). Во-вторых, изменение положения головы и глаз привело к значительному увеличению объема зрительной информации, расширению поля зрения, т.е. создавались предпосылки для совершенствования форм восприятия действительности в конкретных образах. Эти достоинства австралопитековых обеспечивали им явные преимущества в борьбе за существование и соответственно возможность прогрессивной эволюции.


Австралопитековые жили сплоченными группами по 25—30 особей (несколько первых семей с потомством) не в лесу, а на открытой местности — в саваннах; питались не только растительной, но и животной пищей; вели охотничий образ жизни, о чем свидетельствуют остатки животных, скопления костей рядом с ископаемыми австралопитековыми. Особенно важно то, что австралопитековые систематически использовали природные предметы (камни, палки, кости и др.) как средство защиты от врагов, нападения на жертв во время охоты и т.д.


521


Использование природных предметов — это еще не труд. Труд предполагает создание орудий труда. Поэтому австралопитековых относят к животному миру, а не к миру людей. Но прямохождение, питание мясом, использование природных предметов для добывания пищи делает этих человекообразных обезьян непосредственными предшественниками человека.


14.3. Возникновение труда


14.3.1. «Человек умелый». Биологическая эволюция австралопитековых связана в первую очередь с переходом от древесной жизни к наземной. Это сопровождалось увеличением опасностей для жизни австралопитека. Так, ряд черт поведения австралопитековых, сложившихся в условиях древесной жизни, был мало пригоден, а то и вовсе вреден для наземной жизни: австралопитек медленно бегал, у него не было когтей и клыков, необходимых для самозащиты. Малая плодовитость, как и у всех высших приматов, грозила вымиранием вида в условиях наземной жизни и др. Поэтому естественный отбор происходил в направлении закрепления и развития тех качеств австралопитековых, которые позволяли противостоять враждебной окружающей среде. Прежде всего совершенствовались прямохождение и устойчивость тела, увеличивалась подвижность передних конечностей, для того чтобы использовать камни и палки для защиты и нападения, выкапывания корней и клубней, сдирания шкуры с убитого животного, разрезания мяса и т.п. Кроме того, увеличивались отделы головного мозга, которые обеспечивают ориентацию в пространстве; возрастали взаимозависимость членов стада, их сплоченность, усиливались связи внутри стада, развивались средства общения, психика, формы отражения.


Огромное достижение австралопитековых — выработка умения применять разнообразные по формам природные предметы в качестве средств охоты, нападения, защиты, обработки туш убитых животных и др. Существует предположение, что австралопитековые использовали в качестве орудий (и оружия) кости и зубы убитых ими на охоте животных и, как показывают раскопки, были


522


способны накапливать ассортимент естественных предметов, создавать «предметный фонд стада». При многократном использовании камней для нападения и обороны от камня неизбежно откалывались осколки с режущим, острым краем, которые были гораздо эффективнее, чем обветренные и окатанные природные камни, для раскалывания, резания, разделывания шкур. Операции обработки камней (а также палок и костей) сначала были спорадическими, а затем закреплялись естественным отбором и превращались в навыки всего первобытного стада.


Таким образом, у антропоидных предков человека трудовая деятельность (производство орудий труда) закономерно и неизбежно формируется в ходе систематического использования естественных предметов. С возникновением и освоением производства орудий труда был осуществлен один из важнейших в истории развития материального мира качественный скачок: из биологического мира посредством трудовой деятельности выделилась качественно новая форма материи — человеческое общество [1]. Став устойчивым, постоянным фактором жизни, трудовая деятельность обусловила зарождение социальных отношений, сознания, мышления, воли, языка, т.е. окончательное превращение животного в человека.


1 Часто задают вопрос: «Почему сейчас, в нашу эпоху, человек не возникает из обезьяны?» Дело в том, что при образовании новой сложно организованной системы она сама же преобразует предпосылки, ее породившие. Это показывает пример происхождения жизни (см. 13.3): те условия, которые привели к появлению живого, самим же органическим миром были преобразованы и устранены. Это диалектика любого развития качественно новых систем, в том числе и человека. Именно поэтому развитие не воспроизводимо в своих деталях, а то качественно новое, что появляется в истории, появляется лишь один раз. В полной мере это относится и к человеку: еще на заре своего формирования человек устранил многие из тех предпосылок (биотических и абиотических), которые его породили.


К какому времени относит наука возникновение производства орудий труда, а следовательно, человека и общества? Еще в середине XX в. было общепризнано, что древнейшим человеческим существом является найденный на острове Ява (Индонезия) питекантроп, живший примерно 800 тыс. лет назад. Тем самым длительность человеческой истории определялась примерно в 1 млн лет. Положение радикально изменилось после того, как в Восточной Африке в конце 1950-х — начале 1960-х гг. английский антрополог Л. Лики обнаружил в Олдувайском ущелье (Танзания) самую древнюю ископаемую форму человеческого существа — Homo habilis (человек умелый).


523


Гомо хабилис занимает промежуточное положение между австралопитековыми и сменившим его 1,5 млн лет назад Homo erectus (человек прямоходящий) — питекантроп, синантроп и др. Это двуногое существо ростом до 140 см с объемом мозга в среднем 668 см3, что больше, чем у австралопитековых, но меньше, чем у питекантропов. Для кисти руки характерны некоторые черты, свойственные современному человеку: способность к мощному силовому захвату, к изготовлению каменных орудий. Рядом с ископаемыми остатками этих существ обнаружены многочисленные примитивные, грубые каменные орудия, разбитые кости животных, осколки камней, получавшиеся в процессе изготовления орудий. Аналогичные существа находили и в других местах Восточно-Африканского региона (Кооби-Фора, оз. Рудольфа и др.). Возраст этих находок — 2—3 млн лет. Все это позволяло сделать вывод, что грань между человеком и животными гораздо отдаленнее, чем предполагалось раньше. Историю человеческого общества следует перенести по крайней мере на 2—3 млн лет.


Для древних существ, живших в Олдувайском ущелье, главным способом добычи пищи была охота, причем не только на мелких, но и на крупных животных (слонов, динотериев, баранов). В процессе охоты, которая, несомненно, носила коллективный характер, применялись самые различные приемы — облавы, загоны (в том числе в болотистую почву). Хабилисы умели изготовлять простейшие грубые каменные рубящие орудия для охоты, разделки туш, обработки дубин и пр. (около 20 типов). Для этого они использовали гальку и желваки различных пород камня (преимущественно вулканическую лаву), а также отщепы (получавшиеся при разбивании камней и после подработки их краев), которые служили для разрезания мяса, обработки туш животных, дерева, кости и др. У хабилисов существовали, очевидно, и костяные, и деревянные орудия труда. Люди олдувайской культуры умели строить жилища, охотничьи поселки, вели более или менее оседлый образ жизни, связанный с особенностями охоты в этой местности.


524


Ведущей биологической предпосылкой, которая сцементировала все остальные предпосылки антропосоциогенеза, синтезировала и вела их к образованию исходного первичного производственного коллектива, была, видимо, стадная охота. Именно в стадной охоте (деятельности в принципе коллективной) складываются и орудийное, практическое отношение к природе, и социальные отношения между членами первобытного стада, а также формируется высший уровень психики — сознание.


Переход от использования найденных природных предметов для обороны и охоты к систематическому изготовлению орудий труда был революционным скачком в создании человеческого общества. Труд стал необходимой, а затем и ведущей стороной в отношении человека и мира. Революционное значение трудовой деятельности в формировании человека состоит в следующем:


+ она позволяет выделять объективные, т.е. не зависящие от субъекта, свойства предметов и орудий труда;

+ результаты труда (и техника труда) существуют и развиваются по независимым от человека объективным закономерностям;

+ кроме биологических начинают формироваться социально-культурные потребности;

+ трудовой процесс способствует выработке и накоплению стихийно-эмпирических знаний о мире;

+ трудовой процесс с самого начала имеет общественную природу, он предполагает определенное разделение труда;

+ под влиянием труда постепенно преобразуется и психология гоминид: труд требует развития мышления, целеполагания, воображения, чувственного отражения, волевых качеств, т.е. сознания;

+ труд, общественное производство так или иначе предполагает постепенное формирование системы социального наследования приобретенных знаний, навыков и опыта.


Вместе с тем возникновение зачаточных форм труда еще не означало, что на развитие общества перестали влиять биологические факторы. Еще долгое время природные условия «вели за собой» формирующегося человека, постепенно выходившего через посредство орудий труда из животного состояния, преодолевавшего путы природно-биологических связей, формировавшего деятельное, практическое отношение к миру. «Человек вошел в мир бесшумно...» — так образно характеризовал первоначальные формы человечности один из выдающихся антропологов XX в. Пьер Тейяр де Шарден.


525


14.3.2. Развитие древнейшей техники человека. С возникновением гомо хабилис начался длительный период сосуществования социальных и биологических закономерностей, на протяжении которого биологические факторы и закономерности постепенно вытеснялись социальными. Этот период — нижний палеолит — длился вплоть до эпохи верхнего палеолита (40—35 тыс. лет назад) и закончился с появлением краманьонца — человека современного типа. Этот период получил название периода первобытного стада.


Для первобытного стада характерна интенсивная морфологическая эволюция человека, в первую очередь качественная перестройка коры головного мозга, руки, органов речи. Питекантроп, синантроп, гейдельбергский человек и другие ископаемые формы Homo erectus (человека прямоходящего) отличались более совершенным строением тела, большим объемом мозга (в среднем 900—1000 см3) и более высокой техникой обработки каменных орудий. Важно то, что не только объем мозга увеличился, но и усложнилась его структура, особенно тех зон коры больших полушарий, которые связаны со специфическими функциями труда и речевого общения.


Постепенно развивалась также техника производства и использования орудий труда. В нижнем палеолите отсутствуют устойчивые, стабильные формы орудий, а значит, и устойчивые способы их изготовления. Но техника обработки орудий труда совершенствовалась, а вместе с ней совершенствовались навыки и способы изготовления орудий, отрабатывались устойчивые, стабильные приемы. Очевидно, именно в это время появляются первые формы передачи социального опыта, выражавшиеся во взаимной передаче опыта обработки орудий в процессе обучения.


О противоречивом и многогранном характере эволюции гоминид свидетельствует тот факт, что не только хабилисы, но и человек прямоходящий длительное время сосуществовали с австралопите-ковыми. И только около 1 млн лет назад австралопитековые были вытеснены, их экологическая ниша занята и Homo erectus, по-видимому, стал единственным представителем гоминид на Земле.


Большую роль в эволюции человечества сыграло освоение огня. Первая стадия приспособления этой природной силы состояла в использовании естественного огня (молния, вызвавшая пожар), постоянном поддержании процесса горения. Так, в пещерах, где жили синантропы (350—400 тыс. лет назад), археологи обнаружили слой пепла и угля толщиной до 7 м. С помощью огня первобытные люди обрабатывали мясо, которое благодаря этому лучше усваивалось и дольше сохранялось. Вторую стадию — искусствен-


526


ное добывание огня — специалисты относят к 120—100 тыс. лет до н.э. Несомненно, что освоение огня стимулировалось похолоданием (сначала миндельское оледенение, а затем рисское). Благодаря освоению огня человек приобрел определенную независимость от климатических условий. Это позволило человеку резко расширить ареал обитания, увеличить количество видов продуктов питания, изготовлять более совершенные орудия труда, повышать эффективность охоты и рыболовства. Как удачно отметил известный отечественный антрополог П. И. Борисковский, «с появлением огня и очага возникло совершенно новое явление — пространство, строго предназначенное для людей» [1].


1 Борисковский П.И. Древнейшее прошлое человечества. М., 1980. С. 88.


В эпоху мустье (от 100 до 40 тыс. лет назад; неандертальский человек) начался процесс разделения труда при производстве орудий труда. Неандертальцы эпохи мустье достигли относительно высокой производительности, изготовляли более 60 видов орудий труда, вели развитый охотничий промысел, занимались собирательством, жили в постоянных поселениях. Люди мустьерской эпохи производили различные типы остроконечников (употреблявшиеся как ножи для резания, кинжалы, наконечники копий и др.), скребел (для разделывания туш, обработки шкур и дерева), выемчатые и зубчатые орудия (для обтачивания деревянных предметов, резания и пиления), рубил ища разных форм (служившие ударным орудием) и др. Все это говорит о специализации орудий труда в эпоху мустье в отличие от начальных этапов производства орудий труда, когда создавались универсальные орудия.


Увеличение разнообразия орудий труда свидетельствует об усложнении технологии их изготовления. Хотя структура технологического процесса осталась старой, но совершенствовались ее основные этапы: приобрели более правильную форму ядрища; стали более совершенными отщепы; росло число операций; технология производства стала в основном трехступенчатой (оббивка, скалывание, ретушь). Такой сложный процесс требовал значительного опыта, навыка, координации движений и определенной специализации в рамках рода. Позже появились составные орудия (копья, рогатины, ножи, скребла с деревянными рукоятками и др.) и стал применяться такой технологический прием, как раскаливание камня в огне, а затем охлаждение его в воде.


527


14.4. Становление социальных отношений


14.4.1. Биологические предпосылки социальных отношений. Генезис человека — это единый процесс морфофизиологического превращения животного в человека (антропогенез) и стадных объединений животных в человеческое общество (социогенез). Становление социальных отношений способствовало обузданию биологических инстинктов, в том числе проявлений зоологического индивидуализма, замене их отношениями социальной коллективности. Коллективность человеческих объединений обусловлена также характером передачи опыта. Если в биологическом мире опыт передается через естественный отбор, то накопленный в процессе труда опыт, т.е. социальный опыт, надо передавать каждый раз заново от одной особи к другой, от одного поколения к другому. Трудовые навыки не закрепляются генетически, и каждое новое поколение должно усваивать опыт предыдущих поколений, чтобы получить возможность эффективно трудиться.


Исследования приматологов позволяют сделать вывод, что социальная активность имеет определенные предпосылки в стадах обезьян [1]. Стадо обезьян — это не аморфное, бесструктурное образование, где каждый делает, что хочет, а довольно организованная целостная структура, в которой каждая особь занимает свое особое место. Это некоторая предсоциальная иерархия. Многие стороны поведения обезьян регулируются в рамках этой целостной структуры. Прежде всего, существуют отношения доминирования и подчинения: есть вожак, и ему все подчиняются, есть рядовые взрослые, юноши, дети — и у каждого своя форма поведения, выход за рамки которой наказуем. Кроме того, в стадах обезьян немало отношений, выражающих сотрудничество и взаимопомощь [2]. Такие отношения складываются между потомством одной матери, между представителями одного поколения («молодежные группы») и др. В то же время в стадах приматов между отдельными особями подчас устойчиво проявляются антипатия, враждебность и др., но они не являются определяющими.


1 Тих Н.А. Предыстория общества. Л., 1970; Фирсов Л.А. Поведение антропоидов в природных условиях. Л., 1977; Мак-Фарленд Д. Поведение животных. Психобиология, этология и эволюция. М., 1988; Тинберген Н. Социальное поведение животных. М., 1993; Гуолл Дж. Шимпанзе в природе: поведение. М., 1992; Поведение приматов и проблемы антропогенеза. М., 1991; и др.


2 У нас в свое время неправомерно большой акцент делали на зоологическом индивидуализме обезьяньих предков человека. Данные приматологии показывают, что у обезьян фактор помощи превалирует над фактором враждебности, насилия. Так, в естественных условиях наблюдались случаи, когда обезьяне со сломанной рукой соплеменники помогали переправляться через речку или обрыв. Кроме того, агрессивность обезьян не столь высока, как предполагали. Это обстоятельство помогает развеять миф о природной агрессивности человека, о неизбежности войн, вражды между народами, обществами.


528


Биосоциальное общение у антропоидов поддерживается средствами коммуникации — язык жестов, звуковые сигналы (выражающие радость, печаль, злобу, возбуждение и т.п.), действиями (поцелуи, объятия и др.). Важную роль играет и «демонстрационное манипулирование» как зачаточная форма передачи индивидуального опыта стадному коллективу (или его части).


14.4.2. Возникновение разделения труда. Формирование общественных отношений было обусловлено, с одной стороны, расшатыванием стадных отношений и стереотипов стадного поведения, а с другой — укреплением связей особей при производстве орудий деятельности, передачей социального опыта, сплоченностью (в силу привязанности к постоянному месту обитания) и др. Исторической основой собственно человеческих форм общения является разделение труда.


В первую очередь происходит становление технологических отношений, связанных с разделением производственного цикла на ряд операций. Этапы производства даже простого орудия труда разделены во времени, а это выдвигает особые требования к организации производства, к психике, сознанию, к развитию памяти. Особенно важно, что в процессе производства орудия труда нужно заранее учитывать его специфическое назначение, организовать и координировать с другими свои действия в направлении достижения цели. В сфере сознания происходит разграничение целеполагания и целереализации. Если однозвенному процессу производства орудий труда соответствует предметное сознание, т.е. нерасчлененность практического и познавательного отношений, то многозвенному процессу — образное, мифологическое сознание.


Определенный тип технологического разделения труда складывается и в связи с охотой. Как показывают археологические данные по олдувайской культуре, охота была ведущей формой деятельности хабилисов. Если при охоте на мелких животных было достаточно прямого поражения жертвы с помощью ударов


529


твердыми предметами с близкого расстояния, то охота на крупных животных предполагала применение методов непрямого поражения жертвы — загоны в болото, в ямы, с обрыва и др. Конечно, здесь требовалась (при всей стихийности такой охоты) определенная «стратегия поведения», коллективной организации, определенная (пока, конечно, примитивная) система целеполагания. Кроме того, на такой охоте разделение труда было связано также с преследованием, загоном и поражением жертв: одни члены стада оставались в группе загона, другие — в группе поражения жертв и т.д. Принципиально важно, что охота как форма первобытной деятельности имела коллективный характер. Подобная коллективность выступала основой кооперации как формы организации труда, воплощающей социальный характер трудовой деятельности. Кооперация предполагает, что индивиды сообща планомерно работают в одном производстве, взаимодействуя между собой, или в разных, но взаимосвязанных производствах.


Наряду и одновременно с технологическим формируется и социальное разделение труда, которое сначала строилось по естественно-биологическому признаку, прежде всего половозрастному. Это значит, что каждая группа определенного возраста и пола имела свои функции в хозяйственном механизме первобытного стада: одни в основном охотились (большинство мужчин); другие (преимущественно женщины) занимались собирательством, обработкой пищи, уделяли больше внимания детям; пожилые изготовляли орудия труда. Естественное разделение труда становится мощным фактором повышения производительности труда и постепенно утверждается, трансформируясь в ранние формы экономических отношений (обмена продуктами и результатами труда).


Особенность общественных отношений в первобытном обществе связана с коллективной собственностью на средства и продукты производства. Распределение продуктов тоже носило коллективный характер. В частности, анализ олдувайской культуры дает основания полагать, что (в отличие от животных, прежде всего хищников) хабилисы не поедали добычу на месте поражения жертвы, а доставляли ее к местам обитания (охотничьим лагерям), где делили между всеми членами стада (очевидно, по принципу доминирования — подчинения, хотя в смягченном варианте) Это, конечно, не исключало отдельных вспышек зоологического индивидуализма — драк, борьбы за пищу, самок, конфликтов и пр.


530


Формирование разделения труда, первичных производственных отношений происходило параллельно ограничению биологических инстинктов, через их подчинение. Первобытное стадо было эндогамной группой, т.е. брачные отношения осуществлялись внутри него, между родственниками. В силу законов генетики это тормозило развитие физической природы человека и могло привести к его вырождению. Дальнейшее развитие общества было возможно только при том условии, что биологические инстинкты будут поставлены под контроль. В эпоху мустье окончательно вступили в силу и запрет брачных отношений внутри первобытного коллектива (агамия), и обязанность вступать в брачные отношения вне своего родового коллектива (экзогамия). Так образовалась исторически первая форма социальной организации брачных отношений — дуально-родовой брак. Это завершило становление социальных начал, основы общественной жизни окончательно выделились из биологического мира.


Созданце родового общества (35—40 тыс. лет назад) означало полную победу социальных факторов развития человека над биологическими, завершение антропосоциогенеза.


14.5. Генезис сознания и языка


14.5.1. Раскрытие тайны происхождения сознания. Важной стороной антропосоциогенеза являлся генезис сознания. Сознание — высшая форма отражения мира. Носителем сознания выступает человек, обладающий мозгом — высокоразвитой материальной системой, способной осуществлять идеальное отражение мира. Сознание формируется только в системе социального общения людей и поэтому носит социально-исторический характер. Сознание позволяет человеку познавать окружающий мир, переживать свое отношение к нему, регулировать свою деятельность. В сфере сознания складываются цели деятельности человека (идеальное целеполагание), формы мышления (понятие, суждение, умозаключение и др.), чувственно-образные и волевые моменты. Основой, ядром, стержнем сознания является мышление. Именно благодаря мышлению в сознании формируется объективный образ, картина мира.


531


Генезис сознания, как и возникновение человека и общества, носит естественно-исторический характер [1]. Сознание складывалось на базе высокоразвитой психики животных — высших приматов. Как показывают исследования зоопсихологов, высшим приматам свойственны способности к обобщению и абстрагированию (причем достаточно широкого диапазона, включая установление соответствий разных предметов, аналогий, категоризации и даже задатков символического мышления), а также к оценке знаний и намерений других особей [2].


1 Анализ проблемы генезиса сознания см.: Гурьев Д.В. Загадка происхождения сознания. М., 1997.

2 Зорина З.А., Полетаева И.И. Зоопсихология. Элементарное мышление животных. М, 2002. Гл. 5-7.


Основные предпосылки генезиса сознания: увеличение размеров и качественное (структурное) изменение мозга высших приматов; трудовая, практическая деятельность; развитие социальных отношений, разделение труда, коллективность; развитие коммуникативной, сигнальной деятельности, языка, речи. Основой генезиса сознания является обобщение (и коллективное закрепление) результатов действий по производству орудий труда.


Сознание возникает как отражение прежде всего тех объективных свойств природных предметов, которые выявляются в процессе производства орудий труда. В этом процессе необходимо взаимодействие между собой двух (по крайней мере) природных предметов (камней, палок, костей). Результат их взаимодействия (т.е. орудие труда) определяется объективными свойствами таких природных предметов. Ставя во взаимодействие между собой два природных предмета, человек получает возможность выделять их объективные свойства (удар одним камнем по другому дает совсем иной результат, чем удар камнем по дереву: так проявляется объективное свойство твердости). Взаимодействие двух материальных предметов между собой позволяет выделять их объективные свойства, т.е. свойства, не зависящие от того, кто ставит во взаимодействие эти предметы.


532


Это принципиально важно и во многом объясняет, почему труд является основой сознания, познания, мышления. Без учета объективных свойств материальных предметов систематическое производетво орудий труда просто невозможно. Другими словами, производя орудия труда, субъект получает возможность выявлять не только преимущественно ситуативные, относительные связи между организмом и средой (что свойственно психике животных), но и объективные связи между предметами, вещами самой природной среды. Животное непосредственно выделяет не объективные свойства предметов среды, а лишь те ее свойства, которые для него биологически значимы, определяются инстинктивными программами поведения. Объективные свойства среды отражаются животными только в ходе исторической эволюции вида, естественного отбора, т.е. через смену поколений, отбор одних и вымирание других особей и др.


На уровне человека объективные связи, свойства среды проявляют себя прежде всего через устойчивые, повторяющиеся предметные действия субъекта. Их фиксация и выделение из множества случайных, второстепенных действий есть не что иное, как обобщение. Если результат обобщения закрепляется в каком-нибудь знаке, то тогда он может, во-первых, передаваться другим членам коллектива, во-вторых, достаточно долго сохраняться в коллективной памяти. Итак, производство и воспроизводство сознания изначально носит коллективистский характер, оно невозможно вне деятельности и общения людей; развитие форм деятельности и общения есть условие развития сознания.


Обобщение, зафиксированное в некотором знаке, в самом широком смысле уже есть познание. Таким образом, в сознании изначально заложен познавательный компонент. Когда мы говорим, что человек обладает сознанием, то прежде всего подразумеваем, что человек познает мир, обладает определенной системой знаний. Знания — это выраженные в определенной системе знаков (слово, навык, жест, схема и др.) обобщенные элементы сознания, благодаря которым различаются вещи объективного мира, их существенные и несущественные свойства, сам человек и его отношение к внешнему миру. Система знаний складывается в историческом опыте человечества. Каждый отдельный индивид осваивает ее заново в процессе социализации, обучения, образования, воспитания и др.


Безусловно, знание является сердцевиной, ядром сознания, но содержание сознания не может быть сведено только к знанию. Оно обладает еще и эмоционально-волевой сферой переживания действительности, которая выражает отношение субъекта к тому, что он отражает, преобразовывает. Это сфера выражения потребностей, интересов и целей. Человек не только познает мир, но и оценивает его свойства с точки зрения их значимости для удовлетворения своих потребностей.


533


Функцию оценки во многом выполняют эмоции человека. Богатая, разнообразная, но вместе с тем и мало управляемая эмоциональная сфера гоминид выступала базой исторического формирования ценностного аспекта сознания человека. Эмоциональный мир человека складывается по мере блокирования необузданной аффективности приматов развивающимися структурами мышления и волей, по мере подчинения эмоций целям и мотивам деятельности.


На начальных этапах сознание было предметно-действенным, было включено в акты предметных действий, отсутствовала логика отдельных идеальных действий, наличествовала лишь логика внешнего предметного действия. Поэтому человек не мог воспроизвести каких-либо действий по производству орудий труда в отрыве от них самих. Накапливавшийся опыт такого рода передавался в процессе коллективного подражания. На этом этапе еще не было устойчивого идеального целеполагания как сложившейся подсистемы сознания, о чем свидетельствует случайная, нестабильная форма орудий труда, создаваемых в результате еще во многом инстинктивных действий. В сознании еще не воспроизводилась закономерная связь между началом, процессом и результатом обработки предмета труда, поскольку логика практических действий была однозвенной (для производства орудий труда требовалось осуществление действий одного типа — скалывание заготовки отбойником). Орудия были однотипны и приспосабливались не к объекту, а к человеку.


Качественное изменение характера труда и сознания связано с переходом к многозвенной структуре трудового процесса, к созданию составных и специализированных орудий. Сначала процесс производства разделился на два этапа: на первом изготавливались стандартизованные заготовки для орудий, на втором они превращались в собственно орудия. Вместе с этим возрастали опыт, квалификация, навыки работников, вырабатывались более совершенные приемы использования орудий труда, улучшалась организация труда, развивалось разделение труда. Качественный переход завершился в эпоху мустье, когда действия по изготовлению орудий стали многоступенчатыми — изготовление заготовки из ядрища путем оббивки; скалывание; вторичная подправка.


534


При этом происходит интериоризация сознания, т.е. предметное действие человека, выражающее обобщенное значение, уходит во внутренний план, а непосредственным носителем мысли становится язык. Предметно-действенное сознание сменяется мифологическим. Обобщение мира происходит в форме не предметных действий, а идеальных чувственных образов. Вместе с тем развивается стихийно-эмпирическое накопление первобытных рациональных знаний (см. 1.1).


14.5.2. Генезис языка. Генезис и развитие сознания неразрывно связаны с генезисом и развитием языка, речи. Происхождение и начальные этапы развития языка – одна из интереснейших проблем истории культуры. Далеко не все детали этого процесса известны, но в общих чертах можно воспроизвести его основные направления.


Коммуникация животных – необходимое условие их жизнедеятельности, обеспечивающая их взаимодействие и согласованность, стадную организацию, в конечном счете безопасность. Исходной предпосылкой формирования человеческого языка являлись виды коммуникации животных: зрительно-двигательная, жестовая (позы, жесты, движения, выражающие страх, угрозу, подчинение и др.), действующая только при дневном свете и в пределах видимости; обонятельная (с помощью запахов); звуковая.


Звуковая коммуникация имеет ряд несомненных преимуществ: звуки дифференцированны и выражают широкий спектр эмоциональных состояний; звуковой сигнализации не мешает темнота; она воспринимается практически мгновенно.


Современные теории языка исходят из того, что у человекообразных обезьян и первобытных людей в зачаточной форме сосуществовали два типа языка – первичный и вторичный [1]. Первичный язык развивался на основе зрительно-двигательной (жестовой) коммуникации и выражал информацию об эмоциональном состоянии и поведенческих установках особи, значимую для другой особи.


1 О происхождении языка см.: Якушин Б.В. Гипотезы о происхождении языка. М., 1985.


535


Вторичный язык формировался на базе звуковой коммуникации, в основе которой были эмоционально окрашенные крики и нейтральные шумы, не сопровождавшиеся видимым возбуждением.


В современной приматологии существует целое направление, исследующее способности человекообразных обезьян к жестовой коммуникации. Обучение обезьян языку глухонемых, различным искусственным языкам показало, что обезьяны способны в определенных пределах понимать значения символов языка, оперировать ими и даже создавать новые значения, а также понимать устную речь человека [1]. Кроме того, в середине XX в. обнаружено, что в верхневисочной области коры мозга шимпанзе присутствует поле (№ 37), отвечающее за понимание звуковой речи. Есть данные о существовании такого же поля у австралопитековых. Это значит, что человеческая речь стала развиваться раньше, чем предполагали антропологи еще в середине XX в.


1 Линден Ю. Обезьяны, человек и язык. М., 1981; Резникова Ж.М. Интеллект и язык: животные и человек в зеркале экспериментов. М., 2000.


В истории становления человека (общества, сознания) соотношение между жестовым и звуковым типами языка было, по-видимому, весьма непростым. На начальных этапах антропосоциогенеза, когда развивалось предметно-действенное сознание, развитие и преимущество получила зрительно-двигательная, жестовая коммуникация. Австралопитековые, вероятно, общались между собой преимущественно языком жестов, которые сопровождались звуковыми восклицаниями (лалии). Жест являлся ведущим средством предметного обобщения действия, а значит, и регуляции (индивидуального и коллективного) действия. Но при этом он обычно сопровождался и дополнялся звуковой сигнализацией.


Но язык жестов является несовершенной формой коммуникации. Поскольку жест осуществлялся с помощью рук – главных рабочих органов, то он не всегда был возможен (когда руки просто заняты). Жестовый язык не мог применяться ночью, на больших расстояниях, в условиях ограниченной видимости, для выражения сложных ситуаций, так как он плохо подразделяется на составные элементы. Все эти факторы не позволяли жестовому языку стать полноценным вторым (наряду с предметным действием) материальным носителем мысли. Для этой роли приемлемы


536


звуковой носитель мысли, звуковая коммуникация. Ведь процесс становления человека включал в себя наряду с развитием языка жестов и параллельное непрерывное совершенствование звуковой коммуникации. Постепенно она приобретала характер вокально-информационной системы. Так, если у человекообразных обезьян было 20—30 сигналов, то у австралопитековых их могло быть уже несколько десятков и даже свыше сотни.


Язык развивался вместе с развитием речи. Можно предположить, что членораздельная речь возникла в эпоху формирования питекантропа. В его речи присутствовали щелкающие и носовые звуки; наряду с жестами слова обозначали предметы и лишь в отдельных случаях переходили в слова-предложения; речь носила диалогический характер. Но в целом в речи питекантропов и синантропов еще велика доля жестовой коммуникации, а речевые акты подобны телеграфному стилю.


Основная тенденция в историческом развитии речи — переход от диалогической к монологической речи, и далее — к внутренней речи, «проговариванию про себя». Эта тенденция определила интериоризацию сознания, его уход во внутренний план. Очевидно, этот переход осуществлялся в эпоху неандертальцев. У неандертальцев совершенствовалась артикуляция. Правда, возможно, были затруднения с произнесением отдельных гласных. Постепенно формировалась простейшая грамматика и синтаксис; появилась монологическая речь; расширялась лексика. Как показывают новейшие макетные исследования ротовой полости неандертальца, неандертальцы в принципе могли общаться с помощью членораздельной звуковой речи [1], у них уже образовались сложные формы высказываний, синтаксически сложные предложения [2].


1 Панов Е.Г. Знаки, символы, языки. М., 1983.

2 Алексеев В.П. Становление человечества. М., 1984. С. 222—224.


Язык всегда предполагает определенную систему знаков. С развитием языка зарождается сложная система знаков как выразителей смыслов и значений сознания. Генезис сознания, становление языка и речи завершились при переходе к верхнему палеолиту, к первобытно-общинному строю, к чувственно-образному мифологическому сознанию.


Раздел III

Естествознание XXI в.


15. ОСОБЕННОСТИ ПОСТНЕКЛАССИЧЕСКОЙ НАУКИ XXI в.


В течение последних трех столетий естествознание развивалось 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 с и радиуса Вселенной 1028 см. Недавно обнаружены астрономические объекты, свет от которых идет к нам 12 млрд лет. 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 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.


539


В начале XXI в. естествознание, по-видимому, вступило в новую историческую фазу своего развития — на уровень постнеклассической науки [1].


1 Степин B.C. Философская антропология и философия науки. М., 1992.


Для постнеклассической науки характерно выдвижение на первый план междисциплинарных, комплексных и проблемно ориентированных форм исследований. В определении познавательных целей науки все чаще начинают играть решающую роль не внутринаучные цели, а внешние для науки цели — цели экономического, социального, политического, культурного характера. Объектами современных междисциплинарных исследований становятся уникальные системы, характеризующиеся открытостью и саморазвитием.


Исторически развивающиеся системы представляют собой более сложный тип объекта даже по сравнению с саморегулирующимися системами, так как с течением времени они формируют новые уровни своей организации, изменяют свою структуру, характеризуются принципиальной необратимостью процессов и т.п. Среди таких систем особое место занимают природные комплексы, в которые включен человек (объекты экологии, медико-биологические объекты, объекты биотехнологии, системы человек — машина и др.).


Становление постнеклассической науки связано с изменением методологических установок естественно-научного познания:


+ формируются особые способы описания и предсказания возможных состояний развивающегося объекта — построение сценариев возможных линий развития системы (в том числе и в точках бифуркации);

+ идеал построения теории как аксиоматическо-дедуктивной системы все чаще сочетается с созданием конкурирующих теоретических описаний, основанных на методах аппроксимации, компьютерных программах и т.д.;

+ все чаще применяются методы исторической реконструкции объекта, сложившиеся в гуманитарном знании;


540


+ исследование развивающихся объектов требует изменения стратегии эксперимента: результаты экспериментов с объектом, находящимся на разных этапах развития, могут быть согласованы только с учетом вероятностных линий эволюции системы; в первую очередь это относится к системам, существующим лишь в одном экземпляре, — они требуют особой стратегии экспериментального исследования, поскольку нет возможности воспроизводить первоначальные состояния такого объекта;

+ нет свободы выбора эксперимента с системами, в которые непосредственно включен человек;

+ изменяются представления классического и неклассического естествознания о ценностно нейтральном характере научного исследования — современные способы описания объектов (особенно таких, в которые непосредственно включен человек) не только допускают, но даже предполагают введение аксиологических факторов в содержание и структуру способа описания (этика науки, социальная экспертиза программ и др.).


Есть основания считать, что по мере развития науки все эти современные особенности естественно-научного познания будут проявлять себя еще более контрастно и очевидно.


^ 16. ТЕОРИЯ САМООРГАНИЗАЦИИ (СИНЕРГЕТИКА)


Классическое и неклассическое естествознание объединяет одна общая черта: их предмет познания — это простые (замкнутые, изолированные, обратимые во времени) системы. Однако такое понимание 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» простых систем меньшая часть. Подавляющее большинство реальных систем открытые и сложные. Это значит, что они обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой.


16.1. От моделирования простых систем к моделированию сложных


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? Среди сложных систем особый интерес вызывают самоорганизующиеся системы. К такого рода сложным открытым самоорганизующимся системам относятся биологические и социальные системы, которые более всего значимы для человека.


В 1970-е гг. начала активно развиваться теория сложных самоорганизующихся систем. Результаты исследований в области математического моделирования сложных открытых систем привели к рождению нового мощного научного направления в современном естествознании — синергетики. Как и кибернетика, синергетика — это некоторый междисциплинарный подход. Но если в кибернетике акцент делается на процессах управления и обмена информацией, то синергетика ориентирована на исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения.


542


Мир самоорганизующихся систем гораздо богаче, чем мир закрытых, линейных систем. Вместе с тем его сложнее моделировать. Как правило, для (приближенного) решения большинства возникающих здесь нелинейных уравнений (порядок выше первого) требуется сочетание современных аналитических методов и вычислительных экспериментов. 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 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 самоорганизующихся систем, их структур и функций.


16.2. Характеристики самоорганизующихся систем


16.2.1. Открытость. 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].


1 Хакен Г. Информация и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. М., 1991. С. 28—29. См. также: Николис Г., Пригожим И. Познание сложного. М., 1990; Пригожин И., Стенгерс И. Время. Хаос и Квант. М., 1994; Князева Е.Н., Курдюков С.П. Основания синергетики. СПб., 2002; и др.


543


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.


Напомним, что объект изучения классической термодинамики — закрытые системы, т.е. системы, которые не обмениваются со средой веществом, энергией и информацией, а центральным понятием термодинамики является понятие энтропии. Оно относится к закрытым системам, находящимся в тепловом равновесии, которое можно охарактеризовать температурой Т. 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 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 этому началу, запас энергии во Вселенной иссякает, а вся Вселенная неизбежно приближается к «тепловой смерти». Ход событий во Вселенной невозможно повернуть вспять, чтобы воспрепятствовать возрастанию энтропии. Со временем способность Вселенной поддерживать организованные структуры ослабевает, и такие структуры распадаются на менее организованные, которые в большей мере наделены случайными элементами. По мере того как иссякает запас энергии и возрастает энтропия, в системе нивелируются различия. Это значит, что Вселенную ждет все более однородное будущее.


Вместе с тем уже во второй половине XIX в., и особенно в XX в., биология, прежде всего теория эволюции Дарвина, убедительно показала, что эволюция Вселенной не приводит к снижению уровня организации и обеднению разнообразия форм материи. Скорее, наоборот. История и эволюция Вселенной развивают ее от простого к сложному, от низших форм организации к высшим, от


544


менее организованного к более организованному. Иначе говоря, старея, Вселенная обретает все более сложную организацию. Попытки согласовать второе начало термодинамики с выводами биологических и социальных наук долгое время были безуспешными. Классическая термодинамика не могла описывать закономерности открытых систем. Такая возможность появилась только с переходом естествознания к изучению открытых систем.


Открытые системы — это такие системы, которые поддерживаются в определенном состоянии за счет непрерывного притока извне и (или) стока вовне вещества, энергии или информации. Причем приток и сток обычно носят объемный характер, т.е. происходят в каждой точке данной системы. Так, во всех компонентах биологического организма (ткани, органы, клетки и т.д.) происходит обмен веществ, приток и отток вещества (с помощью кровеносных сосудов, эндокринной и других систем). Постоянный приток (и сток) вещества, энергии или информации является необходимым условием существования неравновесных, неустойчивых состояний в противоположность замкнутым системам, неизбежно стремящимся (в соответствии со вторым началом термодинамики) к однородному равновесному состоянию.


Неравновесность, неустойчивость открытых систем порождается постоянной борьбой двух тенденций. Первая — это порождение и укрепление неоднородностей, структурирования, локализации элементов открытой системы. И вторая — рассеивание неоднородностей, «размывание» их, диффузия, деструктурализация системы. Если побеждает первая тенденция, то открытая система становится самоорганизующейся системой, а если доминирует вторая — открытая система рассеивается, превращаясь в хаос. А когда эти тенденции примерно равны друг другу, тогда в открытых системах ключевую роль — наряду с закономерным и необходимым — могут играть случайные факторы, флуктуационные процессы. Иногда флуктуация может стать настолько сильной, что существовавшая организация разрушается.


Открытые системы — это системы необратимые; в них важен фактор времени.


545


16.2.2. Нелинейность. Но если большинство систем Вселенной носит открытый характер, то это значит, что во Вселенной доминируют не стабильность и равновесие, а неустойчивость и неравновесность. Вследствие этого Вселенная оказывается способной к развитию, эволюции, самоорганизации. Стабильные и равновесные системы не способны к самоорганизации, они являются тупиками эволюции.


Неравновесные системы благодаря избирательности к внешним воздействиям среды воспринимают различия во внешней среде и «учитывают» их в своем функционировании. При этом некоторые слабые воздействия могут оказывать большее влияние на эволюцию системы, чем воздействия, хотя и более сильные, но не адекватные собственным тенденциям системы. Иначе говоря, на нелинейные системы не распространяется принцип суперпозиции: здесь возможны ситуации, когда эффект от совместного действия причин А и В не имеет ничего общего с результатами воздействия А и В по отдельности.


Процессы в нелинейных системах часто носят пороговый характер — при плавном изменении внешних условий поведение системы изменяется скачком. Другими словами, в состояниях, далеких от равновесия, очень слабые возмущения могут усиливаться до гигантских волн, разрушающих сложившуюся структуру и способствующих ее радикальному качественному изменению. Для каждой системы существует некий оптимальный «коридор нелинейности», способствующий структурообразованию. Очень сильная нелинейность, так же как и очень слабая нелинейность, несовместима с образованием локальных структур. Зато в пределах только оптимального «коридора» усиление нелинейности увеличивает количество способов образования и форм локальных структур, а также количество вариантов эволюции системы, ее маршрутов в будущее.


Нелинейные системы, являясь неравновесными и открытыми, сами создают и поддерживают неоднородности в среде. В таких условиях между системой и средой могут иногда создаваться отношения обратной положительной связи, т.е. система влияет на свою среду таким образом, что в среде вырабатываются условия, которые в свою очередь обусловливают изменения в самой этой системе (например, в ходе химической реакции вырабатывается фермент, присутствие которого стимулирует производство его самого). Последствия такого рода взаимодействия открытой системы и ее среды могут быть самыми неожиданными и необычными.


546


16.2.3. Диссипативность. Хаос как фактор самоорганизации. Открытые неравновесные системы, активно взаимодействующие с внешней средой, могут приобретать особое динамическое состояние — диссипативность, т.е. своеобразное макроскопическое проявление процессов, протекающих на микроуровне. Неравновесное протекание множества микропроцессов приобретает интегративную результирующую на макроуровне, которая качественно отличается от того, что происходит с каждым отдельным ее микроэлементом. Диссипация — это тенденция к размыванию организации, но в нелинейных, неравновесных системах она проявляет себя и через противоположную функцию — структурообразование. Благодаря диссипативности в неравновесных системах могут спонтанно формироваться новые типы структур, совершаться переходы от хаоса и беспорядка к порядку и организации, возникать новые динамические состояния материи.


Диссипативность проявляется в различных формах: в способности «забывать» детали некоторых внешних воздействий, в «естественном отборе» среди множества микропроцессов, разрушающем то, что не отвечает общей тенденции развития; в когерентности (согласованности) микропроцессов, устанавливающей их некий общий темп развития, и др.


Понятие диссипативности тесно связано с понятием хаоса. Синергетика переосмысливает понятие хаоса, характерное для классического и неклассического естествознания: хаос как пассивное, разрушительное, деструктивное начало, как окончательный продукт разложения, дезорганизации материи, как воплощение максимальной энтропийности, абсолютной неопределенности и неконструктивности. В этической плоскости такое представление дополнялось еще и нравственно-оценочной характеристикой хаоса как образа абсолютного зла.


Синергетика определяет хаос как многоликое материальное начало, которое не только разрушает и само является продуктом разрушения, но и способствует созиданию нового. (В этических оценках: хаос не только зло, но и добро.) Благодаря хаосу материя деструктурируется и насыщается неопределенностью, в то же время она порождает структурные организации, оказывается способной к самоорганизации, потенциально готова к новаторству. Потенциальная способность хаоса к творчеству порождается тем, что, философски выражаясь, случайность сама случайна, а значит, она


547


не всегда несущественна, иногда она закономерна. А если закономерна, то направлена на порождение и поддержание некоторой структурности, организованности. Синергетика конкретизирует эту общую идею и показывает, при каких условиях хаос оказывается конструктивной силой.


В нелинейных (неравновесных открытых) системах постоянно действует диссипативный, рассеивающий, хаотизирующий фактор. Однако в силу избирательности такой системы, ее различной чувствительности к разным воздействиям (и внешним, и внутренним) диссипативный фактор действует также избирательно: он рассеивает одни образования и усиливает другие, способствуя тем самым их структурированию и локализации. Итак, хаос содействует стабилизации и самоструктурированию нелинейной среды, проявляет себя как творческое начало. Следовательно, хаос и деструктивная, и созидательная сила; хаос не только разрушает то, что он сам создал, но и способствует созиданию качественно нового, самоорганизации мира.


Синергетика конкретизирует созидательные функции хаоса. Во-первых, хаос необходим для исходного структурирования нелинейной среды. Во-вторых, он способствует резонансному объединению простых структур в единую сложную структуру, согласованию темпов их эволюции, объединению, «склеиванию» «темпомиров». В-третьих, «хаос может выступать как механизм переключения, смены различных режимов развития системы, переходов от одной относительно устойчивой структуры к другой» [1].


1 Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Основания синергетики. С. 129.


Итак, синергетика подводит нас (разумеется, на совершенно новом уровне) к тому образу, который сформулировала еще древнегреческая философия (и мифология): все существующее (Космос) рождается из Хаоса и рано или поздно возвращается в Хаос (см. 3.2).


548


16.3. Закономерности самоорганизации (аттракторы, точки бифуркации и др.)


Главная идея синергетики — идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Решающим фактором самоорганизации является образование петли положительной обратной связи системы и среды. При этом система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции ее разрушения средой. Например, в химии такое явление называют автокатализом. В неорганической химии автокаталитические реакции довольно редки, но, как показали исследования последних десятилетий в области молекулярной биологии, петли положительной обратной связи (вместе с другими связями — взаимный катализ, отрицательная обратная связь и др.) составляют саму основу жизни (см. 13.3.5).


Самоорганизующиеся системы — это обычно очень сложные открытые системы, которые характеризуются огромным числом степеней свободы. Однако далеко не все степени свободы системы одинаково важны для ее функционирования. С течением времени в системе выделяется небольшое количество ведущих, определяющих степеней свободы, к которым «подстраиваются» остальные. Такие основные степени свободы системы получили название аттракторов. Аттракторы характеризуют те направления, в которых способна эволюционировать открытая нелинейная среда. (В закрытой системе аттрактор один, и он определяется вторым началом термодинамики — максимальная энтропия.) Иначе говоря, аттракторы — это те структуры (и цели), по направлению к которым протекают процессы самоорганизации в нелинейных средах. Для наглядной иллюстрации понятия аттрактора часто используют образ конуса «воронки», который втягивает в себя траектории эволюции нелинейной системы.


В процессе самоорганизации возникает множество новых свойств и состояний. Очень важно, что обычно соотношения, связывающие аттракторы, намного проще, чем математические модели, детально описывающие всю новую систему. Это связано с тем, что аттракторы отражают содержание оснований неравновесной системы. Поэтому задача определения аттракторов — одна из важнейших при конкретном моделировании самоорганизующихся систем.


Становление самоорганизации во многом определяется характером взаимодействия случайных и необходимых факторов системы и ее среды. Система самоорганизуется не гладко и просто, не неизбежно. Самоорганизация переживает и переломные моменты — точки бифуркации. Вблизи точек бифуркаций в системах наблюдаются значительные флуктуации, роль случайных факторов резко возрастает.


549


В переломный момент самоорганизации принципиально неизвестно, в каком направлении будет происходить дальнейшее развитие: станет ли состояние системы хаотическим или она перейдет на новый, более высокий уровень упорядоченности и организации (фазовые переходы и диссипативные структуры — лазерные пучки, неустойчивости плазмы, флаттер, химические волны, структуры в жидкостях и др.). В точке бифуркации система как бы колеблется перед выбором того или иного пути организации, пути развития. В таком состоянии небольшая флуктуация (момент случайности) может послужить началом эволюции (организации) системы в некотором определенном (и часто неожиданном или просто маловероятном) направлении, одновременно отсекая при этом возможности развития в других направлениях.


Переход от Хаоса к Порядку вполне поддается математическому моделированию. Более того, в природе существует не так уж много универсальных моделей такого перехода. Качественные переходы в самых разных сферах действительности (в природе и обществе — его истории, экономике, демографических процессах, духовной культуре и др.) подчиняются подчас одному и тому же математическому сценарию [1].


1 Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. М., 1997.


Синергетика убедительно показывает, что даже в неорганической природе существуют классы систем, способных к самоорганизации. История развития природы — это история образования все более и более сложных нелинейных систем. Такие системы и обеспечивают всеобщую эволюцию природы на всех уровнях ее организации — от низших и простейших к высшим и сложнейшим (человек, общество, культура).


16.4. Глобальный эволюционизм


Одна из важнейших идей европейской цивилизации — идея развития мира. В своих простейших и неразвитых формах (преформизм, эпигенез, кантовская космогония) она начала проникать в естествознание еще в XVIII в. (см. 7.2 и 7.4). Но только XIX в. по праву может быть назван веком эволюции. Сначала в геологии, затем биологии и социологии теоретическому моделированию развивающихся объектов стали уделять все большее и большее внимание.


550


Однако в науках физико-химического цикла идея развития пробивала себе дорогу очень сложно. Вплоть до второй половины XX в. здесь господствовала исходная абстракция закрытой обратимой системы, в которой фактор времени не играет роли. Даже переход от классической ньютоновской физики к неклассической (релятивистской и квантовой) ничего не изменил в этом отношении. Правда, в классической термодинамике был сделан некоторый робкий прорыв — введены понятие энтропии и представление о необратимых процессах, зависящих от времени («стрела времени»). Но в конечном счете классическая термодинамика изучала лишь закрытые равновесные системы, а неравновесные процессы рассматривались как возмущения, второстепенные отклонения, которыми можно пренебречь в окончательном описании познаваемого объекта.


Проникновение идеи развития в геологию, биологию, социологию, гуманитарные науки в XIX — первой половине XX в. происходило независимо в каждой из этих отраслей познания. Философский принцип развития мира (природы, общества, человека) не имел общего, стержневого для всего естествознания (а также для всей науки) выражения. В каждой отрасли естествознания у него были свои (независимые от другой отрасли) формы теоретико-методологической конкретизации.


Только к концу XX в. естествознание нашло теоретические и методологические средства для создания единой модели универсальной эволюции, выявления общих законов природы, связывающих в единое целое происхождение Вселенной (космогенез), возникновение Солнечной системы и нашей планеты Земля (геогенез), возникновение жизни (биогенез) и, наконец, возникновение человека и общества (антропосоциогенез). Такой моделью является концепция глобального эволюционизма. В этой концепции Вселенная предстает как развивающееся во времени природное целое, а вся история Вселенной от фазы инфляции физического вакуума и Большого Взрыва до возникновения человечества рассматривается как единый процесс, в котором космический, химический, биологический и социальный типы эволюции преемственно и генетически связаны между собой. Космохимия, геохимия, биохимия отражают здесь фундаментальные переходы в эволюции молекулярных систем и неизбежности их превращения в органическую материю.


В концепции глобального эволюционизма подчеркивается важнейшая закономерность — направленность развития мирового целого на повышение своей структурной организации. Вся история Вселенной — от момента сингулярности до возникновения человека — предстает как единый процесс материальной эволюции, самоорганизации, саморазвития материи. Принцип глобального эволюционизма требует не просто знания временного порядка образования уровней материи, а глубокого понимания внутренней логики развития космического порядка вещей, логики развития Вселенной как целого.


Важную роль в концепции универсального эволюционизма играет идея отбора: новое возникает как результат отбора наиболее эффективных формообразований, неэффективные же инновации отбраковываются историческим процессом; качественно новый уровень организации материи окончательно самоутверждается тогда, когда он оказывается способным впитать в себя предшествующий опыт исторического развития материи. Эта закономерность характерна не только для биологической формы движения, но и для всей эволюции материи.


Ключевую роль в концепции глобального эволюционизма играет сформулированный релятивистской космологией антропный принцип (см. 11.8.6), который выявляет фундаментальные условия, при которых наша Вселенная может обладать способностью к саморазвитию, развиваться от Хаоса элементарных частиц к Человеку, Разуму. Как оказалось, спектр таких условий очень узкий. Более того, и переход на каждый новый, более высокий уровень организации является все менее и менее вероятным. Однако возможность такого перехода рано или поздно реализуется. Причем существует закономерность глобального ускорения развития: для перехода на очередной уровень качественной организации материи требуется все меньше времени. Это значит, что каждый более высокий уровень организации материи более разнообразен, поле возможных путей эволюции у него намного шире, кроме того, он более динамичный, чем предыдущий, протекающие в нем процессы более интенсивны, их скорость более высокая. Это позволяет быстрее «перебрать» все возможные пути эволюции и (селекционно) выбрать тот, который ведет на следующую ступень организации материи.


552


В настоящее время идея глобального эволюционизма — не только констатирующее положение, но и регулятивный принцип. С одной стороны, он дает представление о мире как о целостности, позволяет мыслить общие законы бытия в их единстве, а с другой — ориентирует современное естествознание на выявление конкретных закономерностей глобальной эволюции материи на всех ее структурных уровнях, на всех этапах ее самоорганизации.


^ 17. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ И БУДУЩЕЕ ЦИВИЛИЗАЦИИ


Естествознание — и продукт цивилизации, и условие ее развития. С помощью науки человек развивает материальное производство, совершенствует общественные отношения, воспитывает и обучает новые поколения людей, лечит свое тело. Прогресс естествознания и техники значительно изменяет образ жизни, повышает благосостояние человека, совершенствует условия быта людей. Благодаря знанию законов природы человек может изменить и приспособить природные вещи и процессы так, чтобы они удовлетворяли его потребностям.


17.1. Экологический кризис и пути его разрешения


17.1.1. Естествознание как революционизирующая сила цивилизации. Естествознание — один из важнейших двигателей общественного прогресса. Будучи основным фактором материального производства, естествознание выступает мощной революционизирующей силой. Великие научные открытия (и тесно связанные с ними технические изобретения) всегда оказывали колоссальное (и подчас совершенно неожиданное) воздействие на судьбы человеческой истории. Такими были, например, открытия в XVII в. законов механики, позволившие создать всю машинную технологию цивилизации; открытие в XIX в. электромагнитного поля и создание электротехники, радиотехники, а затем и радиоэлектроники; создание в XX в. теории атомного ядра, а вслед за ним открытие средств высвобождения ядерной энергии; раскрытие в середине XX в. молекулярной биологией природы наследственности (структуры ДНК) и появившиеся благодаря этому возможности генной инженерии по управлению наследственностью; и др. Большая часть современной материальной цивилизации была бы невозможна без участия в ее создании научных теорий, научно-конструкторских разработок, предсказанных наукой технологий и др.


554


Однако у современных людей наука вызывает не только восхищение и преклонение, но и опасения. Часто можно услышать, что наука приносит человеку не только блага, но и несчастья. Загрязнение атмосферы, катастрофы на атомных электростанциях, повышение радиоактивного фона в результате испытаний ядерного оружия, «озонная дыра» над планетой, исчезновение многих видов растений и животных — эти и другие экологические проблемы люди склонны объяснять самим фактом существования науки. Но дело не в науке, а в том, в чьих руках она находится, какие социальные интересы за ней стоят, какие общественные и государственные структуры направляют ее развитие.


Нарастание глобальных проблем человечества повышает ответственность ученых за судьбы человечества. Вопрос об исторических судьбах и роли науки в ее отношении к человеку, перспективах его развития никогда так остро не обсуждался, как в настоящее время, в условиях нарастания глобального кризиса цивилизации. Старая проблема гуманистического содержания познавательной деятельности («проблема Руссо») приобрела новое конкретно-историческое выражение: может ли человек (и если может, то в какой степени) рассчитывать на науку в решении глобальных проблем современности? Способна ли наука помочь человеку избавиться от того зла, которое несет в себе современная цивилизация, технологизируя его образ жизни?


Наука — это социальный институт, и он теснейшим образом связан с развитием всего общества. Сложность, противоречивость современной ситуации в том, что наука безусловно причастна к порождению глобальных, прежде всего экологических, проблем цивилизации (не сама по себе, а как зависимая от других структур часть общества); в то же время без науки, без дальнейшего ее развития решение этих проблем в принципе невозможно. Это значит, что роль науки в истории человечества постоянно возрастает, поэтому умаление роли науки, естествознания в настоящее время чрезвычайно опасно — оно обезоруживает человечество перед нарастанием глобальных проблем современности. К сожалению, такое умаление подчас имеет место, оно представлено определенными умонастроениями, тенденциями в системе духовной культуры.


555


17.1.2. Сущность современного экологического кризиса. Экология — цикл научных отраслей, изучающих взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой. В этот цикл входят: общая экология, изучающая основные принципы строения и функционирования различных надорганизменных систем — популяций, биоценозов, биогеоценозов и биосферы (см. 13.2), частные экологии, изучающие конкретные биоценозы или биогео-ценозы (например, экология млекопитающих, гидробиология, агроэкология и др.). В 1970-х гг. в цикле экологических наук выделилась экология человека, или социальная экология, изучающая закономерности взаимодействия человеческого общества и окружающей среды. Современная экология — сложная междисциплинарная и комплексная система познания, включающая в себя методы, понятия и принципы как естествознания (биологических, геологических, химических, физических наук), математики, так и социально-гуманитарного знания, философии.


Начиная со средины XX в. рост потребностей человека и его производственной активности привел к тому, что масштабы возможного воздействия человека на природу стали соизмеримыми с масштабами глобальных природных процессов. В результате труда человека создаются каналы и новые моря, исчезают болота и пустыни, перемещаются огромные массы ископаемых пород, синтезируются новые химические материалы. Преобразующая деятельность современного человека распространяется даже на дно океана и космическое пространство. Однако все возрастающее влияние человека на окружающую среду порождает сложные проблемы в его взаимоотношениях с природой. Неконтролируемая и непредсказуемая деятельность человека стала оказывать отрицательное воздействие на ход природных процессов, вызывать резко негативные необратимые изменения как окружающей среды, так и биологической природы самого человека. Это касается буквально всей среды — атмосферы, гидросферы, недр, плодородного слоя; гибнут животные и растения, разрушаются и исчезают биоценозы и биогеоценозы; растет заболеваемость людей. При этом неуклонно увеличивается численность населения земного шара [1]. Вывод напрашивается сам собой: человечество неумолимо идет к экологической катастрофе — истощению энергетических, минеральных и земельных ресурсов, гибели биосферы, а возможно, и самой человеческой цивилизации. Поэтому возникла необходимость защиты среды обитания человека от его же воздействия на нее.


1 По прогнозам, к 2010 г. она составит 11 млрд человек, а примерно в 2025 г., согласно новейшим синергетическим математическим моделям, ожидается «режим с обострением», когда рост населения (пропорциональный не числу численности, а квадрату численности) резко устремится к бесконечности. Конечно, в реальности он не будет бесконечным, но в любом случае, если не будут приняты какие-то меры, глобальная демографическая ситуация может полностью выйти из-под контроля.


556


Итак, современная цивилизация находится в состоянии глубочайшего экологического кризиса. Это не первый экологический кризис в истории человечества (см. 2.1.1), но он может стать последним.


17.1.3. Основные черты современного экологического кризиса. Охарактеризуем основные кризисные направления развития экологической ситуации.


Исчезновение растительных и животных видов, видового многообразия, генофонда флоры и фауны Земли, причем животные и растения исчезают, как правило, не в результате их непосредственного истребления человеком, а вследствие изменения среды обитания. С начала 1980-х гг. ежедневно вымирает один вид животных, а еженедельно — один вид растений. Вымирание угрожает тысячам видов животных и растений. Под угрозой исчезновения находится каждый четвертый вид земноводных, каждый десятый вид высших растений. А каждый из видов является неповторимым, уникальным результатом эволюции, протекавшей много миллионов лет.


Человечество обязано сохранить и передать потомкам биологическое разнообразие Земли, и не только потому, что природа прекрасна и восхищает нас своим великолепием. Есть еще более значимое основание: сохранение биологического разнообразия является непременным условием жизни самого человека на Земле, поскольку устойчивость биосферы тем выше, чем больше составляющих ее видов.


Исчезновение лесов (особенно тропических) со скоростью несколько десятков гектаров в минуту. Это влечет за собой, в частности, эрозию почв (почвы — продукт сложного и длительного взаимодействия живой и косной материи), уничтожение верхнего плодородного слоя земли, опустынивание Земли, которое происходит со скоростью 44 га/мин.


557


Кроме того, леса — главные поставщики кислорода в атмосферу посредством фотосинтеза. В настоящее время баланс прихода и расхода кислорода отрицательный. За последние 100 лет концентрация кислорода в воздухе снизилась с 20,948 до 20,8%, а в городах даже ниже 20%. Уже 1/4 суши лишена естественного растительного покрова. Большие площади коренных биогеоценозов заменены вторичными, более упрощенными и однообразными, с заметно пониженной продуктивностью. Растительная биомасса глобально уменьшилась примерно на 7%.


Под сильным сельскохозяйственным воздействием находится около 50% поверхности суши, причем каждый год не менее 300 тыс. гектаров сельскохозяйственных земель поглощается урбанизацией. Площадь пашни в расчете на одного человека из года в год сокращается (даже без учета роста населения).


Истощение природных ресурсов. Ежегодно из недр Земли извлекается более 100 млрд т различных пород. Для жизнедеятельности одного человека в современной цивилизации в год необходимо 200 т различных твердых веществ, которые он с помощью 800 т воды и 1000 Вт энергии превращает в продукты своего потребления. При этом человечество живет за счет не только эксплуатации ресурсов современной биосферы, но и невозобновляемых продуктов былых биосфер (нефть, уголь, газ, руды и т.п.). По самым оптимистическим оценкам, существующих запасов таких природных ресурсов человечеству хватит ненадолго: нефти примерно на 30 лет; природного газа на 50 лет; угля на 100 лет и т.д. Но и возобновляемые природные ресурсы (например, древесина) становятся невозобновляемыми, поскольку условия их воспроизводства коренным образом изменяются, они доводятся до крайнего истощения или полного уничтожения, т.е. все природные ресурсы на Земле конечны.


Непрерывный и бурный рост энергетических затрат человечества. Расход энергии (в ккал/сутки) на одного человека в первобытном обществе был примерно 4000, в феодальном обществе — около 12 000, в индустриальной цивилизации — 70 000, а в развитых постиндустриальных странах достигает 250 000 (т.е. выше в 60 раз и более, чем у наших палеолитических предков) и продолжает возрастать. Однако этот процесс не может продолжаться долго: атмосфера Земли разогревается, что может иметь самые непредсказуемые неблагоприятные последствия (климатические, географические, геологические и др.).


558


Загрязнение атмосферы, воды, почвы. Источником загрязнения атмосферы являются прежде всего предприятия черной и цветной металлургии, тепловые электростанции, автомобильный транспорт, сжигание мусора, отходов и др. Их выбросы в атмосферу содержат оксиды углерода, азота и серы, углеводороды, соединения металлов, пыль. Ежегодно в атмосферу выбрасывается около 20 млрд т СО2; 300 млн т СО2; 50 млн т оксидов азота; 150 млн т SO2; 4—5 млн т Н2S и других вредных газов; более 400 млн т частиц сажи, пыли, золы.


В природе за счет жизнедеятельности растений и животных происходит непрерывный круговорот углерода. В ходе его углерод из органических соединений постоянно переходит в неорганические, и наоборот. На круговорот углерода существенное влияние оказывает сжигание топлива. При этом в атмосферу выбрасывается такое огромное количество углекислого газа и пыли, что это может привести к изменению климата на Земле. Углекислый газ атмосферы свободно пропускает на Землю излучение Солнца, но задерживает излучение Земли, результатом чего является так называемый парниковый эффект — слой углекислого газа играет ту же роль, что стекло в теплице. Поэтому увеличение содержания СО2 в атмосфере (в настоящее время на 0,3% в год) может стать причиной потепления на Земле, привести к таянию полярных льдов и вызвать катастрофическое повышение уровня Мирового океана на 4—8 м.


Увеличение содержания в атмосфере SO2 обусловливает образование «кислотных дождей», вызывающих рост кислотности водоемов, гибель их обитателей. Под губительным действием оксидов серы и азота разрушаются строительные материалы, памятники архитектуры. Из-за переноса воздушных масс на большие расстояния (трансграничные переносы) опасное повышение кислотности водоемов распространяется на большие площади.


Выхлопные газы автотранспорта наносят огромный урон жизнедеятельности животных и растений. Составные части выхлопных газов автомобилей — оксид углерода, оксиды азота, оксид серы, соединения свинца, ртути и др. Оксид углерода СО (угарный газ) взаимодействует с гемоглобином крови в 200 раз активнее кислорода и снижает способность крови быть переносчиком кислорода. Поэтому даже при незначительных концентрациях в воздухе угарный газ оказывает вредное воздействие на здоровье (вызывает головную боль, снижает умственную деятельность). Оксид серы вызывает спазмы дыхательных путей, оксиды азота —


559


общую слабость, головокружение, тошноту. Содержащиеся в выхлопных газах соединения свинца — очень токсичного элемента — действуют на ферментные системы и обмен веществ, свинец накапливается в пресной воде. Один из опаснейших загрязнителей — ртуть, накапливаясь в организме, она отрицательно действует на нервную систему.


Загрязнение гидросферы. Вода широко, хотя и не повсеместно, распространена на нашей планете. (Общий запас воды около 1,4 1018 т. Основная масса воды сосредоточена в морях и океанах. На долю пресной воды приходится только 2%.) В природных условиях осуществляется постоянный круговорот воды, сопровождающийся процессами ее очистки. Вода выносит огромные массы растворенных веществ в моря и океаны, где происходят сложные химические и биохимические процессы, способствующие самоочищению водоемов.


Вместе с тем вода широко применяется во всех областях хозяйства и в быту. В связи с развитием промышленности, ростом городов расход воды постоянно увеличивается. Одновременно усиливается загрязнение воды промышленными и бытовыми отходами: ежегодно в водоемы сбрасывается около 600 млрд т промышленных и бытовых стоков, свыше 10 млн т нефти и нефтепродуктов. Это приводит к нарушению естественного самоочищения водоемов. Промышленные сточные воды, содержащие ядовитые вещества, в частности соединения токсичных металлов, а также растворенные в сточных водах минеральные удобрения, смываемые с поверхности почвы, наносят огромный урон живым организмам в водоемах. Кроме того, удобрения (особенно нитраты, фосфаты) вызывают бурное разрастание водорослей, засоряют водоемы и способствуют их гибели. Загрязняются не только поверхностные и подземные воды суши, но даже Мировой океан (ядовитыми и радиоактивными веществами, солями тяжелых металлов, сложно-органическими соединениями, мусором, отходами и т.п.).


Радиоактивное загрязнение окружающей среды в результате ядерных испытаний, аварий на предприятиях ядерной энергетики (Чернобыльская катастрофа 1986 г.), накопления радиоактивных отходов.


560


Все эти негативные тенденции, а также безответственное и неправильное использование достижений цивилизации оказывают губительное влияние на организм человека и создают еще один комплекс экологических проблем—медико-генетический. Учащаются известные ранее заболевания и появляются совершенно новые, ранее не известные. Сложился целый комплекс «болезней цивилизации», порожденных научно-техническим прогрессом (возрастание темпа жизни, количества стрессовых ситуаций, гиподинамия, нарушение питания, злоупотребление фармацевтическими препаратами и др.) и экологическим кризисом (особенно загрязнением среды мутагенными факторами); глобальной проблемой становится наркомания.


Масштабы загрязнения природной среды настолько велики, что естественные процессы метаболизма и разбавляющая деятельность атмосферы и гидросферы не в состоянии нейтрализовать вредное воздействие производственной деятельности человека. В результате способность к саморегуляции складывавшихся миллионы лет (в ходе эволюции) систем биосферы подрывается, а сама биосфера разрушается. Если этот процесс не остановить, то биосфера просто умрет. А вместе с ней исчезнет и человечество.


К сожалению, в массовом, обыденном сознании нет достаточного понимания остроты сложившейся ситуации. Люди по-прежнему живут и действуют в убеждении, что природная среда неограниченна и неисчерпаема. Они удовлетворяются своим временным благополучием, ближайшими целями и немедленным благом, а возникшие экологические угрозы не воспринимают всерьез, относя их в далекое будущее. Люди мало задумываются о том, в каких природных условиях будут жить их потомки (причем даже не далекие, а уже внуки и правнуки), и позволят ли эти условия вообще выжить человеку. Жертвовать своими потребностями человечество мало расположено. (Это нередко относится и к тем, кто принимает государственные решения.) Такой эгоистический путь ведет к экологической катастрофе и гибели цивилизации.


17.1.4. Принципы и пути преодоления экологического кризиса. Таким образом, перед человечеством остро встала проблема сознательного и целенаправленного регулирования обмена веществом и энергией между обществом и биосферой, выработки стратегии охраны природы, а значит, и самого человека. Такое регулирование может осуществляться на основе следующих принципов.


561


+ Человечество развивается до тех пор, пока сохраняется равновесие между предметно-материальным преобразованием им природной среды и восстановлением этой среды (естественным и искусственным). Нарушение равновесия неизбежно ведет к гибели человечества.


+ Период неконтролируемого взаимодействия общества и природной среды заканчивается [1]. Охрана природы исторически неизбежна; ценность природы выше эгоистических и корпоративных интересов и носит характер абсолютного императива; охрана природы — это прежде всего охрана самого человека; не будет биосферы — не будет человечества.


1 Количественные границы, за которыми начинается разрушение биосферы, экологи определяют следующим образом: «Грубо говоря, можно изменить лик планеты на 100% на одной сотой части Земли, на 10% на ее десятой части или на I % глобально. За этим пределом лежит неминуемая деструкция биосферы» (Реймерс Н.Ф. Экология. Теории, законы, правила и гипотезы. М., 1994. С. 209).


+ От безоглядной эксплуатации природной среды нужно перейти к очень осторожному изменению среды жизни человека, к двусторонней адаптации (коэволюции) и, возможно, к абсолютным экологическим ограничениям. Выживание человека — доминанта экономики и политики.


+ Экологическое в конечном счете оказывается и наиболее экономичным. Чем рациональнее подход к природных ресурсам, тем меньше вложений потребуется для восстановления баланса между человечеством и природой. У наших потомков «поле возможностей» рационального решения экологических проблем будет уже, степеней свободы меньше, чем у нас.


+ Принцип необходимости разнообразия природы: только многообразная и разнообразная биосфера устойчива и высокопродуктивна.


+ Идея В.И. Вернадского о превращении биосферы в ноосферу означает, что разум человека будет играть решающую роль в развитии системы взаимодействий общества и природы, прежде всего — в управлении самим человеком, его потребностями. При этом всегда нужно иметь в виду: природные системы настолько сложны, что заранее предсказать и предвидеть все последствия их преобразования, по существу, невозможно, многие из них лежат за пределами современных знаний [1]. Кроме того, каждый компонент биосферы потенциально полезен; трудно, а подчас и просто невозможно предвидеть то значение, которое он будет иметь для человечества в будущем.


1 О масштабах системной сложности биосферы свидетельствуют такие оценки: расчет параметров биосферы требует операций с величинами, количество которых колеблется в пределах от 1050 до 101000; для решения простейшей из таких задач на ЭВМ (с быстродействием 1010 операций в секунду), при условии, что будет привлечено 1010 ЭВМ (грандиозное количество!), понадобится в простейшем варианте 1030 с, т.е. 3 1021 лет, тогда как жизнь на Земле существует всего 3 109 лет. Разница в 12 порядков впечатляет, не правда ли?


562


+ Попытки решить экологические проблемы за счет выселения людей в Космос, которые у нас в стране (родине идеи и практики освоения Космоса, К.Э. Циолковского и Ю.А. Гагарина) одно время были очень популярны, — продолжают традиции экстенсивного подхода к этим проблемам. При всей их внешней привлекательности они утопичны и должны быть отнесены к разряду фантастики.


Научно-технологические разработки позволяют выделить следующие пути, методы, средства разрешения или по крайней мере смягчения экологического кризиса:


+ создавать эффективные очистные сооружения, развивать безотходные (замкнутые) и малоотходные технологии [2];


2 Это возможно, в частности, на пути создания территориально-промышленных комплексов с предприятиями, взаимосвязанными принципами безотходной технологии в масштабах всего экономического района.


+ переходить на циклическое использование ресурсов, прежде всего водных;

+ разрабатывать технологии комплексной переработки сырья;

+ не допускать перепроизводства энергии, которое может дестабилизировать геофизические системы на Земле;

+ резко ограничивать извлечение химических веществ из недр планеты, выброс и загрязнение среды обитания;

+ снижать материалоемкость готовой продукции: количество природного вещества в усредненной единице общественного продукта необходимо уменьшать (миниатюризация изделий, разработка и применение ресурсосберегающих технологий и т.п.);


563


+ увеличивать скорость оборота вовлекаемых природных ресурсов, особенно на фоне развития безотходных технологий;

+ исключить из производства ядохимикаты, способные накапливаться в организмах животных и растений;

+ проводить лесонасаждения, совершенствовать использование лесополос (они увеличивают снегозадержание, здесь птицы строят гнезда, что в свою очередь способствует уничтожению вредителей сельскохозяйственных культур и др.);

+ расширять сеть заповедников, охраняемых природных территорий;

+ создавать центры разведения исчезающих животных и растений с их последующим возвращением в естественные места обитания;

+ развивать биологические методы защиты сельскохозяйственных культур и лесов, экологические биотехнологии (см. 17.2.3);

+ разрабатывать методы планирования роста народонаселения;

+ совершенствовать правовое регулирование охраны природы;

+ развивать международное экологическое сотрудничество, разрабатывать правовые основы международной глобальной экополитики;

+ формировать экологическое сознание, системы экологического образования и воспитания.


Отметим еще одно обстоятельство. Отстаивание экологических принципов в борьбе с технократическими и прагматическими установками и ценностями требует коллективной воли, а нередко и личного мужества.


Политики, экономисты, инженеры, хозяйственники и т.д. — все будут просить вас быть «разумными», «подходить с ответственностью» и идти на компромиссы. Вы обнаружите, что вам противостоят люди -часто умные, приятные, благонамеренные люди, которые хотят всего лишь продолжать действовать так, как вполне можно было действовать в последние два столетия. Помните всегда: эти люди ваши противники. Какими бы благими ни были их намерения, они невольно несут угрозу вам, вашим детям и детям ваших детей. То, что от их деятельности пострадают и они сами, и их потомки, не делает их менее опасными для всего мира [1].


1 Биология охраны природы. М., 1983. С. 386.


564


77.2 Биотехнологии и будущее человечества


17.2.1. Понятие биотехнологии. В XXI в. биология выступает лидером естествознания. Это обусловлено прежде всего возрастанием ее практических возможностей, ее программирующей ролью в аграрной, медицинской, экологической и других сферах деятельности, способностью решать важнейшие проблемы жизнедеятельности человека, в конечном счете даже определять судьбы человечества (в связи с перспективами биотехнологий, генной инженерии) и т.п. Одной из важнейших форм связи современной биологии с практикой являются биотехнологии.


Биотехнологии — технологические процессы, реализуемые с использованием биологических систем — живых организмов и компонентов живой клетки. Другими словами, биотехнологии связаны с тем, что возникло биогенным путем. Биотехнологии основаны на последних достижениях многих отраслей современной науки: биохимии и биофизики, вирусологии, физико-химии ферментов, микробиологии, молекулярной биологии, генетической инженерии, селекционной генетики, химии антибиотиков, иммунологии и др. [1]


1 См.: Биотехнология. М., 1984; Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. М., 1987.


Сам термин «биотехнология» новый: он получил распространение в 1970-е гг., но человек имел дело с биотехнологиями и в далеком прошлом. Некоторые биотехнологические процессы, основанные на применении микроорганизмов, человек использует еще с древнейших времен: в хлебопечении, в приготовлении вина и пива, уксуса, сыра, различных способах переработки кож, растительных волокон и т.д. Современные биотехнологии основаны главным образом на культивировании микроорганизмов (бактерий и микроскопических грибов), животных и растительных клеток, методах генной инженерии.


Основными направлениями развития современных биотехнологий являются медицинские биотехнологии, агробиотехнологии и экологические биотехнологии. Новейшим и важнейшим ответвлением биотехнологии является генная инженерия.


565


17.2.2. Медицинские биотехнологии. Медицинские биотехнологии подразделяются на диагностические и лечебные. Диагностические медицинские биотехнологии в свою очередь разделяют на химические (определение диагностических веществ и параметров их обмена) и физические (определение особенностей физических процессов организма).


Химические диагностические биотехнологии используются в медицине давно. Но если раньше они сводились к определению в тканях и органах веществ, имеющих диагностическое значение (статический подход), то сейчас развивается и динамический подход, позволяющий определять скорости образования и распада представляющих интерес веществ, активность ферментов, осуществляющих синтез или деградацию этих веществ, и др. Кроме того, современная диагностика разрабатывает методы функционального подхода, с помощью которого можно оценивать влияние функциональных воздействий на изменение диагностических веществ, а следовательно, выявлять резервные возможности организма.


В будущем возрастет роль физической диагностики, которая дешевле и быстрее, чем химическая, и состоит в определении физико-химических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности клетки, а также физических процессов (тепловых, акустических, электромагнитных и др.) на тканевом уровне, уровне органов и организма в целом. На базе такого рода анализа в рамках биофизики сложных биологических систем будут развиваться новые методы физиотерапии, выяснится смысл многих так называемых нетрадиционных методов лечения, приемов народной медицины и т.д.


Биотехнологии широко используются в фармакологии. В древности для лечения больных применяли животные, растительные и минеральные вещества. Начиная с XIX в. в фармакологии получают распространение синтетические химические препараты, а с середины XX в. и антибиотики — особые химические вещества, которые образуются микроорганизмами и способны оказывать избирательно токсическое воздействие на другие микроорганизмы. В конце XX в. фармакологи обратились к индивидуальным биологически активным соединениям и стали составлять их оптимальные композиции, а также использовать специфические активаторы и ингибиторы определенных ферментов, суть действия которых — в вытеснении патогенной микрофлоры невредной для здоровья людей микрофлорой (использование микробного антагонизма).


566


Биотехнологии помогают в борьбе современной медицины с сердечно-сосудистыми заболеваниями (прежде всего с атеросклерозом), с онкологическими заболеваниями, с аллергиями как патологическим нарушением иммунитета (способность организма защищать свою целостность и биологическую индивидуальность), старением и вирусными инфекциями (в том числе со СПИДом). Так, развитие иммунологии (науки, изучающей защитные свойства организма) способствует лечению аллергии. При аллергии организм отвечает на воздействие некоторого специфического аллергена чрезмерной реакцией, повреждающей его собственные клетки и ткани в результате отека, воспаления, спазма, нарушений микроциркуляции, гемодинамики и др. Иммунология, изучая клетки, осуществляющие иммунный ответ (иммуноциты), позволяет создавать новые подходы к лечению иммунологических, онкологических и инфекционных заболеваний.


Человек пока не умеет лечить СПИД и плохо лечит вирусные инфекции. Химиотерапия и антибиотики, эффективные в борьбе с бактериальной инфекцией, неэффективны в отношении вирусов (например, возбудителей атипичной пневмонии). Предполагается, что здесь существенный прогресс будет достигнут благодаря развитию иммунологии, молекулярной биологии вирусов, в частности изучению взаимодействия вирусов со специфическими для них клеточными рецепторами.


Биотехнологическими способами производят витамины, диагностические средства для клинических исследований (тест-системы на наркотики, лекарства, гормоны и т.п.), биоразлагаемые пластмассы, антибиотики, биосовместимые материалы. Новая область биоиндустрии — производство пищевых добавок.


17.2.3. Сельскохозяйственные и экологические биотехнологии. В XX в.


произошла «зеленая революция» — за счет использования минеральных удобрений, пестицидов и инсектицидов удалось добиться резкого повышения продуктивности растениеводства. Но сейчас понятны и ее отрицательные последствия, например насыщение продуктов питания нитратами и ядохимикатами. Основная задача современных агробиотехнологий — преодоление отрицательных последствий «зеленой революции», микробиологический синтез средств защиты растений, производства кормов и ферментов для кормопроизводства и др. При этом упор делается на биологи-


567


ческие методы восстановления плодородия почвы, биологические методы борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур, на переход от монокультур к поликультурам (что повышает выход биомассы с единицы площади сельхозугодий), выведение новых высокопродуктивных и обладающих другими полезными свойствами (например, засухоустойчивостью или устойчивостью к засолению) сортов культурных растений.


Продовольственные сельскохозяйственные культуры служат сырьем для пищевой промышленности. Биотехнологии используются при изготовлении пищевых продуктов из растительного и животного сырья, их хранении и кулинарной обработке, при производстве искусственной пищи (искусственной икры, искусственного мяса из сои, бобы которой богаты полноценным белком), при производстве корма для скота из продуктов, полученных из водорослей и микробной биомассы (например, получение кормовой биомассы из микробов, растущих на нефти).


Поскольку микроорганизмы чрезвычайно разнообразны, микробиологическая промышленность на их основе вырабатывает самые разные продукты, например ферментные препараты, находящие широкое применение в производстве пива, спирта и т.д.


Биотехнологии выступают одним из важнейших способов решения экологических проблем. Они применяются для уничтожения загрязнений окружающей среды (например, очистка воды или очистка от нефтяных загрязнений), для восстановления разрушенных биоценозов (тропических лесов, северной тундры), восстановления популяций исчезающих видов или акклиматизации растений и животных в новых местах обитания (см. 17.2.6).


Так, с помощью биотехнологий решается проблема освоения загрязненных территорий устойчивыми к этим загрязнениям видами растений. Например, зимой в городах для борьбы со снежными заносами используются минеральные соли, от которых гибнут многие виды растений. Однако некоторые растения устойчивы к засолению, способны поглощать цинк, кобальт, кадмий, никель и другие металлы из загрязненных почв; конечно, они предпочтительнее в условиях больших городов. Выведение сортов растений с новыми свойствами — одно из направлений экологической биотехнологии.


568


Важные направления экологических биотехнологий — ресурсная биотехнология (использование биосистем для разработки полезных ископаемых), биотехнологическая (с использованием бактериальных штаммов) переработка промышленных и бытовых отходов, очистка сточных вод, обеззараживание воздуха, генно-инженерные экологические биотехнологии (см. 17.2.6).


17.2.4. Многообразие сфер применения биотехнологий. Биотехнологии успешно применяются в некоторых «экзотических» отраслях. Так, во многих странах микробная биотехнология используется для повышения нефтеотдачи. Микробиологические технологии исключительно эффективны и при получении цветных и благородных металлов. Если традиционная технология включает в себя обжиг, при котором в атмосферу выбрасывается большое количество вредных серосодержащих газов, то при микробной технологии руда переводится в раствор (микробное окисление), а затем путем электролиза из него получают ценные металлы.


Использование метанотрофных бактерий позволяет снизить концентрацию метана в шахтах. А для отечественной угледобычи проблема шахтного метана всегда была одной из самых острых: по статистике, из-за взрывов метана в шахтах каждый добытый 1 млн т угля уносит жизнь одного шахтера.


Созданные биотехнологическими методами ферментные препараты находят широкое применение в производстве стиральных порошков, в текстильной и кожевенной промышленности.


Космическая биология и медицина изучают закономерности функционирования живых организмов, прежде всего человеческого, в условиях космоса, космического полета, пребывания на других планетах и телах Солнечной системы. Одним из важных направлений в этой области является разработка космических биотехнологий — замкнутых биосистем, предназначенных для функционирования в условиях длительного космического полета. Созданная отечественной наукой система такого рода способна обеспечить жизнедеятельность космонавтов в течение 14 лет. Этого вполне достаточно для реализации космической мечты человечества — полета к ближайшим планетам Солнечной системы, прежде всего к Марсу.


Таким образом, современные биотехнологии исключительно разнообразны. Не случайно XXI в. нередко называют веком биотехнологии. Важнейшим ответвлением биотехнологии, открывающим самые ошеломляющие перспективы перед человечеством, является генная инженерия.


569


17.2.5. Развитие генной инженерии. Генная инженерия возникла в 1970-е гг. как раздел молекулярной биологии, связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала, способного размножаться (в клетке) и синтезировать конечные продукты. Решающую роль в создании новых комбинаций генетического материала играют особые ферменты (рестриктазы, ДНК-лигазы), позволяющие рассекать молекулу ДНК на фрагменты в строго определенных местах, а затем «сшивать» фрагменты ДНК в единое целое. Только после выделения таких ферментов стало практически возможным создание искусственных гибридных генетических структур — рекомбинантных ДНК. Рекомбинантная молекула ДНК содержит искусственный гибридный ген (или набор генов) и «вектор-фрагмент» ДНК, обеспечивающий размножение рекомбинированной ДНК и синтез ее конечных продуктов — белков. Все это уже происходит в клетке-хозяине (бактериальной клетке), куда вводится рекомбинированная ДНК.


Методами генной инженерии сначала были получены трансгенные микроорганизмы, несущие гены бактерии и гены онко-генного вируса обезьяны, а затем — микроорганизмы, несущие в себе гены мушки дрозофилы, кролика, человека и т.д. Впоследствии удалось осуществить микробный (и недорогой) синтез многих биологически активных веществ, присутствующих в тканях животных и растений в весьма низких концентрациях: инсулина, интерферона человека, гормона роста человека, вакцины против гепатита, а также ферментов, гормональных препаратов, клеточных гибридов, синтезирующих антитела желаемой специфичности, и т.п.


Генная инженерия открыла перспективы конструирования новых биологических организмов — трансгенных растений и животных с заранее запланированными свойствами. По сути, непреодолимых природных ограничений для синтеза генов нет (так, существуют программы по созданию трансгенной овцы, покрытой вместо шерсти шелком; трансгенной козы, молоко которой содержит ценный для человека интерферон; трансгенного шпината, который вырабатывает белок, подавляющий ВИЧ-инфекции, и др.). Возникла новая отрасль промышленности — трансгенная биотехнология, занимающаяся конструированием и применением трансгенных организмов. (Сейчас в США функционирует уже около 2500 генно-инженерных фирм.)


570


В неразрывной связи с разработкой технологий генной инженерии развиваются фундаментальные исследования в молекулярной биологии. Одним из важнейших направлений молекулярной биологии и генной инженерии является изучение геномов растительных и животных видов и разработка способов их реконструкции. Геном — это совокупность генов, характерных для гаплоидного, т.е. одинарного набора хромосом данного вида организмов. В отличие от генотипа геном представляет собой характеристику вида, а не отдельной особи. Общая логика исследования ведет молекулярную биологию от выяснения способов воссоздания генома вида к разработке способов воссоздания генотипа особи.


Огромное значение имеет изучение генома человека. В рамках одного из самых трудоемких и дорогостоящих в истории науки международного проекта «Геном человека» (начат в 1988 г., задействовано несколько тысяч ученых из более чем 20 стран; стоимость — до 9 млрд долл.) была поставлена задача — выяснить последовательность нуклеотидных оснований во всех молекулах ДНК человека и локализовать их, т.е. полностью картировать все гены человека. Ожидается, что затем исследователи определят все функции генов и разработают технологические способы использования этих данных.


К настоящему времени удалось установить, что геном человека состоит из 3 млрд нуклеотидов, 30 млн из которых (около 10% всей хромосомной ДНК) объединяется в 40 тысяч генов. (Можно предложить такую аналогию. Геном человека — это созданный природой грандиозный текст, состоящий из 3 млрд букв, в качестве которых выступают молекулы-нуклеотиды — аденин, гуанин, цитозин и тимин.) В 2003 г. было объявлено о завершении важной части проекта — выявлены последовательности нуклеотидов в 40 тыс. генов человека. (Функции остальных 90% нуклеотидов ДНК не вполне понятны, и сейчас они выясняются.) Интересно, что различия между двумя людьми на уровне ДНК составляют в среднем один нуклеотид на тысячу, они и обусловливают наследственные индивидуальные особенности каждого человека.


574


В ходе выполнения проекта «Геном человека» разработано много новых методов исследования, большинство из которых в последнее время автоматизировано. Это значительно ускоряет и удешевляет расшифровку ДНК, что является важнейшим условием для их широкого использования в медицинской практике [1], фармакологии, криминалистике и т.д. Среди этих методов есть и такие, которые позволяют расшифровывать генотип отдельного человека и создавать генные портреты людей [2]. Это дает возможность эффективнее лечить болезни, оценивать способности и возможности каждого человека, выявлять различие между популяциями, оценивать степень приспособленности конкретного человека к той или иной экологической обстановке [3]. По последовательностям ДНК можно устанавливать степень родства людей. Разработан метод «генетической дактилоскопии», который с успехом применяется в криминалистике. Сходные подходы можно использовать в антропологии, палеонтологии, этнографии, археологии.


1 К настоящему времени известно около 10 тыс. различных заболеваний человека, из которых более 3 тыс. — наследственные. Выявлены мутации, отвечающие за такие заболевания, как гипертония, диабет, некоторые виды слепоты и глухоты, злокачественные опухоли; обнаружены гены, ответственные за одну из форм эпилепсии, гигантизм и др.

2 В настоящее время для медицинских целей разрабатываются технологии, позволяющие за одну неделю получить «генетическую карту» человека и записать ее на компакт-диск.

3 С недавних пор остро обсуждается вопрос о конфиденциальности генетической информации о конкретных людях. В некоторых странах приняты законы, ограничивающие распространение такой информации.


Вместе с тем, как говорят специалисты, изучение генома человека прояснило гораздо меньше загадок, чем ожидалось. Удалось только «поставить указатели» для дальнейших исследований. Прочтение генома — это первый этап в понимании его функционирования. Задача следующего — разобраться в том, каковы функции генов, как и какие белки они синтезируют, как функционируют гены по отдельности и как они взаимодействуют между собой; иначе говоря, как работают вместе 3 млрд нуклеотидов. Это, пожалуй, главная проблема биологии XXI в.


17.2.6. Трансгенные организмы: проблема жизни в генетически модифицированном мире. Уже сейчас молекулярная генетика открывает широкие перспективы для генной инженерии. Одно из таких перспективных направлений — создание трансгенных растений, животных, микроорганизмов, т.е. таких организмов, в собственный генетический материал которых «встроены» чужеродные гены.


572


На этом пути получены замечательные результаты. Так, за последние 15 лет прошли полевые испытания около 25 000 различных трансгенных растительных культур, одни из которых устойчивы к вирусам, другие — к гербицидам, третьи — к инсектицидам. Площадь посевов трансгенных гербицидоустойчивых сои, хлопка, кукурузы занимают 28 млн га во всем мире. Стоимость урожая трансгенного зерна 2000 г. оценен в 3 млрд долл. Развита и индустрия трансгенных животных. Они широко используются для научных целей как источник органов для трансплантации, как производители терапевтических белков, для тестирования вакцин и др. Например, в Германии трансгенный бык (по кличке Герман) содержит в своем геноме человеческий ген лактоферина, кодирующий синтез особого белка женского молока, от которого младенцы сладко спят.


Составной частью проектов создания трансгенных организмов являются исследования и разработки в области генной терапии — лечебные процедуры, такие, как введение нужных трансгенов в клетки больного организма, замена больных генов здоровыми, адресная доставка лекарств в пораженные клетки. Трансгены, попадая в клетку, компенсируют ее генетические дефекты, ослабляя или усиливая синтез того или иного белка.


В дальнейшем трансгенные технологии предполагается использовать для решения широкого круга проблем. Так, для решения ряда экологических проблем разрабатывается программа конструирования трансгенных микробов, которые могут: активно поглощать СО2 из атмосферы, а следовательно, снижать парниковый эффект; активно поглощать воду из атмосферы, значит превращать пустыни в плодородные земли; конструировать трансгенные микроорганизмы, повышающие плодородие почв, утилизирующие загрязнители, конвертирующие отходы, ослабляющие проблему дефицита сырья (трансгенные микробы, синтезирующие каучук) и т.п.


Для повышения эффективности сельского хозяйства предполагается создавать трансгенные растения с повышенной пищевой и кормовой ценностью, трансгенные деревья для производства бумаги, для наращивания древесины, трансгенных животных с повышенной продуктивностью биомассы и молока, трансгенные виды ценных пород рыб, в частности лососевых; и др.


573


Повышение эффективности здравоохранения с помощью трансгенных технологий предполагает, в частности, решение проблем контроля над наследственными заболеваниями (трансгенные вирусы для генной терапии, трансгенные микробы как живые вакцины и др.). Обсуждаются проблемы клонирования (см. 17.2.7) животных (и людей) и даже создания новых форм живого (для нового генетического кода синтезируются новые нуклеотиды и новые аминокислоты), способных осваивать другие планеты (обсуждается проект создания микробов для Марса, способных выделять углекислый газ, что приведет к потеплению марсианского климата).


В лабораторных условиях проведена значительная работа по конструированию трансгенных микробов с самыми разнообразными свойствами. Вместе с тем применение в открытой среде трансгенных микробов пока запрещено правовыми документами из-за неясности последствий, к которым может привести такой в принципе неконтролируемый процесс [1]. К тому же сам мир микроорганизмов изучен крайне слабо: наука знает в лучшем случае около 10% микроорганизмов, а об остальных практически ничего не известно; недостаточно исследованы закономерности взаимодействия микробов между собой, а также микробов и других биологических организмов. Эти и другие обстоятельства обусловливают критическое отношение не только к трансгенным микроорганизмам, но и вообще к трансгенным биоорганизмам, волну протестов против трансгенных биотехнологий — люди не хотят жить в генетически модифицированном мире.


1 Этико-правовые аспекты проекта «Геном человека»: Международные документы и аналитические материалы. М., 1998.


Острейшая дискуссия длится около 25 лет. Высказываются — и вполне обоснованно — опасения, что, если трансгенные микробы и трансгенные растения и животные, не участвовавшие в эволюции наряду с «естественными» организмами, будут свободно выпущены в биосферу, это приведет к таким негативным последствиям, о которых ученые и не подозревают. Уже сейчас можно говорить о неизбежном переносе генов и трансгенных организмов в «обыкновенные», что может поменять генетическую программу животных и человека; об активизации дремлющих патогенных микробов и возникновении эпидемий ранее неизвестных заболеваний растений, животных и человека; о вытеснении природных организмов из их экологических ниш и новом витке экологической катастрофы; о появлении все уничтожающих на своем пути монстров; и т.д. На основе этого делается вывод о необходимости запрета не только генных биотехнологий, но и научных исследований в данной области.


574


Сторонники дальнейшего развития генной инженерии выдвигают свои аргументы. Они утверждают, что генная инженерия, по сути, занимается тем же (т.е. создает варианты генов), чем миллиарды лет занимается сама природа, создавая и отбирая в ходе эволюции генотипы биологических организмов; перенос генов между различными организмами также существует в природе (особенно между микробами и вирусами), поэтому появление трансгенных организмов в биосфере ничего нового не добавляет. В связи с этим они категорически возражают и против запрета исследований в области молекулярной генетики, и против запрета биотехнологий. Правда, наиболее осторожные из них допускают возможность ограничения или запрета отдельных исследований и технологических разработок по морально-этическим соображениям (например, клонирование человека) или в силу непредсказуемости последствий (исследования трансгенных микробов могут осуществляться лишь в лабораторных условиях, в открытую природу их выпускать рано).


Однако опасения результатов трансгенных технологий являются неопределенными, а выгода, измеряемая многими миллиардами долларов, конкретна и очевидна, и в ряде стран усиливаются настроения, нацеленные на разрешение (при наличии научно-технической экспертизы) полевых исследований трансгенных микроорганизмов. Это говорит о необходимости правового регулирования отношений в области новых генно-инженерных биотехнологий.


17.2.7. Клонирование и его возможности: вымысел и реальность.


В последнее время в средствах массовой информации распространяется много предсказаний, пожеланий, догадок и фантазий о клонировании живых организмов. Особую остроту этим дискуссиям придает обсуждение возможности клонирования человека. Вызывают интерес технологические, этические, философские, юридические, религиозные, психологические аспекты этой проблемы; последствия, которые могут возникнуть при реализации такого способа воспроизводства человека. Как нередко бывает в подобных случаях, стремление к сенсации нередко затемняет сущность проблемы, особенно когда высказываются неспециалисты. И в то же время ее серьезность не вызывает сомнений, поэтому рассмотрим ее детальнее.


575


Клон — совокупность клеток или организмов, генетически идентичных одной родоначальной клетке. Клонирование — метод создания клонов путем переноса генетического материала из одной (донорской) клетки в другую клетку (энуклеированную яйцеклетку) [1]. При этом следует различать перенос ядра эмбриональной клетки и перенос ядра соматической клетки взрослого организма.


1 Энуклеация — методы, включающие полное удаление ядерного материала из яйцеклетки.


Прежде всего следует отметить, что клоны существуют в природе. Они образуются при бесполовом размножении (партеногенез) микроорганизмов (митоз, простое деление), вегетативном размножении растений. В генетике растений клонирование давно освоено и выяснено, что члены одного клона значительно отличаются по многим признакам; более того, иногда эти различия даже больше, чем в генетически разных популяциях.


Общеизвестный пример естественного клонирования — однояйцевые близнецы, развившиеся из одной яйцеклетки. У человека это всегда младенцы одного пола и всегда удивительно похожие друг на друга. Рождение однояйцевых близнецов возможно потому, что эмбрион млекопитающего (в том числе человека) на самых ранних стадиях (фазе дробления яйца, именуемой бластуляцией) может быть без видимых отрицательных последствий разделен на отдельные бластомеры (у человека по крайней мере до стадии 8 бластомеров), из которых при определенных условиях могут развиться идентичные по своему генотипу особи. Иначе говоря, из одного 8-клеточного эмбриона у человека можно получить до 8 абсолютно идентичных младенцев.(или девочек, или мальчиков). Но и однояйцевые близнецы хотя и очень похожи друг на друга, но далеко не во всем идентичны.


Нынешний клональный бум связан с ответом на вопрос, можно ли не из половой, а из соматической клетки (в отличие от половой клетки она имеет двойной набор хромосом) посредством извлечения из нее ядра и трансплантации его в «обезъядерную» яйцеклетку воссоздать организм? Иначе говоря, вопрос в следующем: рост, развитие и дифференциация эмбриона, онтогенез вызывают необратимые модификации генома в соматических клетках или не вызывают их? Ответ на этот вопрос мог быть получен только на основе экспериментальных исследований.


576


В XX в. было проведено немало удачных экспериментов по клонированию животных (амфибий, некоторых видов млекопитающих), но все они были выполнены с помощью переноса ядер эмбриональных (недифференцированных или частично дифференцированных) клеток. При этом считалось, что получить клон с использованием ядра соматической (полностью дифференцированной) клетки взрослого организма невозможно. Однако в 1997 г. британские ученые объявили об успешном сенсационном эксперименте: получении живого потомства (овечка Долли) после переноса ядра, взятого из соматической клетки взрослого животного (донорской клетке более 8 лет). Недавно в США (универсистет в Гонолулу) были проведены успешные эксперименты по клонированию на мышах. Таким образом, современная биология доказала, что получение клонов млекопитающих принципиально возможно.


Полученные данные заставили по-новому посмотреть на процесс клеточной дифференциации. Оказалось, что этот процесс обратим и цитоплазматические факторы способны инициировать развитие нового организма на основе генетического материала ядра взрослой, полностью дифференцированной клетки. Можно сказать, «биологические часы» пошли вспять: развитие организма вновь может начинаться из генетического материала взрослой соматической клетки.


В средствах массовой информации заговорили об ошеломляющих перспективах клонирования, в первую очередь для животноводства. От применения технологии клонирования в научных исследованиях ожидается углубление понимания и решение проблем онкологии, учения об онтогенезе, молекулярной генетики, эмбриологии и др. Появление овечки Долли заставило по-новому взглянуть и на проблемы геронтологии (старения).


Особо острые дискуссии развиваются вокруг проблемы клонирования человека. Пока отсутствуют технические возможности клонировать человека. Однако принципиально клонирование человека выглядит вполне выполнимым проектом. И здесь возникает множество уже не только научных и технологических проблем, но и этических, юридических, философских, религиозных.


577


Вместе с тем ученые очень осторожно относятся к перспективам клонирования, указывают на ограниченности этого метода. В частности, отмечают, что, исходя из закономерностей молекулярной генетики, можно сформулировать ряд предположений.


Во-первых, длительность жизни клонированного организма не будет равна времени жизни нормального организма, сформировавшегося из половых клеток, а в любом случае меньше ее (с учетом возраста донорского организма); так, овечка Долли умерла в 2003 г., прожив чуть более 5 лет, тогда как «естественные» овцы живут 14—15 лет. Ведь хромосомы соматической клетки значительно короче по сравнению с хромосомами половых (зародышевых) клеток.


Во-вторых, клонированный организм будет нести на себе груз генетических мутаций донорской клетки, а значит, ее болезни, признаки старения и т.п. Следовательно, онтогенез клонов не идентичен онтогенезу их родителей: клоны проходят другой, сокращенный и насыщенный болезнями жизненный путь. Можно утверждать, что клонирование не несет омоложения, возврата молодости, бессмертия. Таким образом, метод клонирования нельзя считать абсолютно безопасным для человека.


В-третьих, клонирование не есть копирование. Клон не является точной копией клонированного животного. Значит, человеческие клоны никогда не будут идентичны своим родителям, не говоря уже об их различном жизненном и социально-культурном опыте.


Вообще, что же такое человеческий клон? С одной стороны, он может быть назван ребенком своего родителя. С другой стороны, он же одновременно является и чем-то вроде однояйцевого генетического близнеца своего родителя. Это рождает целый ряд моральных и юридических проблем.


Самые острые среди них следующие: должен ли обладать человеческий клон всеми правами человека и гражданина; кто должен считаться его родителями, раз в его появлении на свет участвуют три особи: донор клетки, донор яйцеклетки и суррогатная мать; нужно ли в связи с этим, а если нужно, то в каком направлении, пересматривать соответствующие разделы конституционного, гражданского, семейного и наследственного права, в частности, какие (родительские) права (и обязанности) имеют «вкладчик генетического материала», донор яйцеклетки, суррогатная мать? Вполне возможно, что юристам придется рассмотреть и вопрос о праве собственности на свою ДНК — ведь клетки могут быть взяты без согласия человека.


578


Юридическая сторона проблемы запутывается еще больше, если к этому добавить, что, по-видимому, нет принципиальных препятствий клонированию человека от клеток умершего человека. (Кто имеет право распоряжаться генетическим материалом умершего для последующего его клонирования? Может ли индивид, чьи клетки были клонированы после смерти, считаться отцом (матерью)? И т.д.)


Существуют также этические, философские и религиозные аспекты проблемы клонирования: и усложнение смысла личной индивидуальности и неповторимости, и проблема семьи, ее роли в обществе, и вопрос о пределах науки, практического могущества человека, об ущемлении чувств верующих, и опасение, что человеческие клоны «нормальными» людьми не будут восприниматься как люди, и др. Не случайно многие общественные организации заявляют о моральной неприемлемости любых попыток клонирования человека. ООН готовит международное соглашение о запрете клонирования человека.


Но, конечно, процесс познания мира не остановить. Очевидно, что исследования в области эмбриологии и клонирования человека очень важны для медицины, понимания путей достижения здоровья человека. Поэтому они должны проводиться. Непосредственное же клонирование человека (вплоть до обстоятельного уточнения правовых, этических и других аспектов этой проблемы) пока, по-видимому, неприемлемо. Однако сопутствующие научные знания могут быть уже сейчас полезными в решении многих медицинских проблем (лечение бесплодия, клонирование тканей и органов человека для создания банка «запасных частей» для конкретных людей, что позволит обеспечить продление их жизни, и др.). Рано или поздно настанет время, когда генно-инженерные технологии в области принципов клонирования людей войдут в повседневную жизнь.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


^ НАУКА И КВАЗИНАУЧНЫЕ ФОРМЫ ДУХОВНОЙ КУЛЬТУРЫ


Наука — компонент духовной культуры, поэтому процессы, которые происходят во всей системе культуры, в той или иной форме отражаются и на науке. Так, всплеск в конце XX в. очередной исторической волны ремифологизации духовной культуры, обусловивший ограничение рациональной составляющей культуры в пользу иррациональных ее моментов, сказался и на современной науке. Это проявилось, в частности, в существовании в системе духовной культуры тенденции к образованию синкретических ментальных структур, в которых причудливо сочетаются элементы, принадлежащие, казалось бы, к совершенно различным, разделенным громадной исторической дистанцией и потому в принципе несовместимым, чуждым друг другу формам сознания — науке и мифологии.


В пластах обыденного, массового и околонаучного сознания большое место занимают паракультурные образования, некие духовные кентавры, а которых соседствуют и, более того, в чем-то дополняют друг друга научное и мифопоэтическое, логико-доказательное и мифологическое, рационально-теоретическое и иррационально-мистическое, предметно-практическое и суеверно-магическое. Эта тенденция приобретает черты масштабного культурного феномена, и есть несомненные основания утверждать, что в системе духовной культуры рельефно очерчиваются границы целостного корпуса квазинаучной мифологии как особого способа духовного освоения мира.


«Классическая» квазинаучная мифологическая триада (невероятные появления лохнесского чудовища, поиски «снежного человека» и таинственные происшествия в Бермудском треугольнике) многократно расширилась и впитала в себя новые мифологемы — поиски НЛО, полтергейст, левитация, идеи реинкарнации («жизни после жизни», точнее говоря, после смерти) и др. Особенно многочисленны мифологемы в том, что касается истоков и судеб человеческой цивилизации, организации и населенности Вселенной, взаимодействий человеческой цивилизации с «над(вне)человеческими разумами» во Вселенной и др. И все это соседствует с бурным расцветом старых, традиционных форм оккультизма — магии, астрологии, спиритизма и др.


580


Всплеск интереса к мистицизму, расцвет квазинаучного миротворчества, паракультурных форм сознания — не исключительно отечественное явление, а скорее явление мирового, общецивилизационного уровня. Бегство от материализма к мистике стало модой и для отечественного, и для зарубежного безбрежного скептицизма.


Новые формообразования человеческого духа, демонстрирующие его неисчерпаемые творческие возможности, в любом их содержании можно было бы только приветствовать, если бы не одно обстоятельство. «Первопроходцы» квазинаучного мифотворчества пытаются выдать свою деятельность за особую, высшую форму познания, которая в ближайшее время будто бы заменит собой науку как систему экспериментального и теоретического исследовательского поиска; они все чаще подчеркивают, что такая наука «отжила свой век». Это определенный вызов науке, который она принимает с достоинством и ответственностью. Хотя, к сожалению, не всегда достаточно активно реагирует на квазинаучные мифологии.


Научно-рациональный анализ квазинаучного мифотворчества показывает, что его возникновение обусловлено определенными социокультурными причинами. Укажем две из них.


Во-первых, любая культура множественна и целостна одновременно. В любой культуре, в том числе современной, существуют разные качественно своеобразные уровни, слои, пласты. Разумеется, исторические типы культуры различаются содержанием, структурой и др. Но в любую эпоху все индивиды, вовлеченные в систему воспроизводства и развития культурных ценностей, в своем сознании содержат компоненты всех имеющихся в данной культуре уровней, слоев и пластов. В полной мере это относится и к фольклору, народным верованиям, мифопоэтическим образам, предрассудкам и т.п. Пласты мифопоэтического сознания не чужды и образованным слоям общества, в частности ученым, прошедшим обучение, тренинг в системе научно-рационального, познавательного освоения мира. Такие вненаучные факторы накладывают свой отпечаток на толкование отдельными учеными некоторых проблем современной науки.


581


Во-вторых, наука обязана сделать все, что в ее силах, для проверки и рациональной интерпретации паранормальных явлений и внести таким образом свой вклад в информированность и образованность широких кругов населения. Конечно, ученые не могут «выдворять» из сферы научного познания те или иные аномальные объекты. В истории науки множество примеров радикальных качественных сдвигов в способах познания при попытках осмысления и объяснения именно аномальных явлений. Ученый всегда должен быть открыт новым нетрадиционным, нестандартным поворотам мысли и объектам познания. Но при этом он обязан оставаться на платформе рационально-доказательного, обоснованного знания, научного (эмпирического и теоретического) исследования аномалий. Научный конструктивный скептицизм не должен перерастать в свою противоположность — в мифотворчество, облаченное в одежды науки.


В мире еще много непознанного. Многие явления природы и самого человека, его биологической и духовной составляющих пока не получили убедительного научного объяснения и потому носят загадочный, таинственный характер. Так, не исследованы в достаточной мере физические и оптические явления в атмосфере, законы макроэволюции, общественного развития, энергетика человеческого организма, возможности и пороги ощущений и восприятий, сфера эмоциональных переживаний личности, формы общения, коммуникации, глубинные архетипические структуры духовности и многое другое. Но наука не может сразу и немедленно решить все проблемы познания, немедленно объяснить все непонятное и загадочное. Наука — это не волшебный ключик, которым в одно мгновение можно открыть все тайны и загадки природы. Научное познание — это историческая деятельность, которая развивается по мере совершенствования не только целей, но и средств познания. Многие явления научно не объяснены и остаются загадочными не потому, что они в принципы непознаваемы, а потому, что пока не сформировались средства и методы, способы их познания.


Однако можно быть уверенным в одном — все, что не познано сегодня, будет исследовано и объяснено в будущем, когда для этого сложатся соответствующие средства, способы познания. Основания этой уверенности — в истории естествознания, истории цивилизации, которые убедительно демонстрируют мощь и торжество человеческого мышления, научно-рационалистического (а не мистико-иррационалистического) отношения к миру.


^ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ


1. Наука в системе культуры. Классификация наук.

2. Естествознание как отрасль научного познания. Уровни естественно-научного познания.

3. Проблема двух культур в науке: от конфронтации к сотрудничеству.

4. Методы естественно-научного познания.

5. Эволюционные и революционные периоды развития естествознания.

6. Накопление рациональных знаний в системе первобытного сознания.

7. Наука в цивилизациях древности.

8. Развитие естествознания в эпоху классической античности.

9. Естествознание эллинистически-римского периода.

10. Геоцентрическая система мира К. Птолемея.

11. Познание природы в эпоху Средневековья.

12. Мировоззренческая революция эпохи Ренессанса.

13. Коперниканская революция, ее мировоззренческое и методологическое значение.

14. Создание классической механики — первой естественно-научной фундаментальной теории.

15. Развитие естествознания в XVIII в.

16. Важнейшие открытия в естествознании первой половины XIX в.

17. Теория электромагнитного поля Дж. К. Максвелла. Вещество и поле.

18. Революция в естествознании на рубеже XIX—XX вв.

19. Основные идеи, понятия и принципы специальной теории относительности.

20. Основные идеи, понятия и принципы общей теории относительности.

21. Основные идеи, понятия и принципы квантовой механики.

22. Строение атомов и молекул. Понятие химической связи и ее типы.

23. Фундаментальные физические взаимодействия.

24. Мир элементарных частиц. Классификация элементарных частиц.

25. Теории элементарных частиц (квантовая электродинамика, теория кварков, теория электрослабого взаимодействия, квантовая хромо-динамика).

26. Проблема единства физики. На пути к Великому объединению.

27. Особенности астрономии XX в.

28. Солнечная система и ее происхождение.

29. Звезды: их общая характеристика.

30. Эволюция звезд.

31. Происхождение химических элементов.

32. Общее представление о галактиках и их изучении.

33. Формирование релятивистской космологии; ее основные понятия и принципы.

34. Эволюция Вселенной: модели А. Фридмана.

35. Теория Большого взрыва.

36. Понятия и представления инфляционной космологии.

37. Жизнь и разум во Вселенной: проблема внеземных цивилизаций.

38. Антропный принцип в космологии.

39. Основные особенности биологии XX в.

40. Рождение генетики; ее основные понятия и представления.

41. Основные идеи, понятия и принципы синтетической теории эволюции.

42. Революция в молекулярной биологии. Достижения молекулярной биологии и генетики в XX в.

43. Микроэволюция и макроэволюция.

44. Особенности живых систем.

45. Основные уровни организации живого (общая характеристика).

46. Молекулярно-генетический уровень организации живого.

47. Организменный уровень живого.

48. Популяционно-видовой уровень организации живого.

49. Биогеоценотический уровень организации живого.

50. Возникновение жизни на Земле: основные этапы.

51. Развитие органического мира (начальные этапы эволюции жизни).

52. Развитие органического мира (основные пути эволюции растений и животных).

53. Проблема происхождения человека и общества, ее мировоззренческое значение.

54. Предпосылки (биотические и абиотические) возникновения человека и общества.

55. Возникновение труда и социальных отношений.

56. Генезис сознания и языка.

57. Проблема самоорганизации систем живой и неживой природы.

58. Понятия и принципы синергетики.

59. Характеристики самоорганизующихся систем (открытость, нелинейность, диссипативность).

60. Синергетика о закономерностях самоорганизации.

61. Принцип глобального эволюционизма.

62. Сущность современного экологического кризиса.

63. Принципы и пути разрешения современного экологического кризиса.

64. Понятие биотехнологий. Многообразие сфер применения биотехнологий.

65. Понятие генной инженерии. Проблемы, возникающие в связи с ее достижениями и проектами.

66. Формирование постнеклассической науки XXI в.

67. Наука и квазинаучные формы духовной культуры.


ЛИТЕРАТУРА


Азимов А. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии. М., 1983.

Араго Ф. Биографии знаменитых астрономов, физиков и геометров. Москва; Ижевск. 2000. Т. 1—3.

Астрономия и современная картина мира. М., 1996.

Баженов Л.Б. Строение и функции естественно-научной теории. М., 1978.

Барашенков B.C. Существуют ли границы науки? М., 1982.

Биология в познании человека. М., 1989.

Биология охраны природы. М., 1983.

Биотехнология. М., 1984.

Биоэтика: проблемы и перспективы. М., 1992.

Бор Н. Атомная физика и человеческое познание. М., 1961.

Борн М. Эйнштейновская теория относительности. М., 1964.

Браун М.А., Яппа Ю.А., Козырев А.Н. и др. Физика на пороге новых открытий. М., 1990.

Вайнберг С. Первые три минуты. М., 1981.

Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М., 1965.

Взаимодействие методов естественных наук в познании жизни. М., 1976.

Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. М., 1999.

Гайденко П.П. Эволюция понятия науки. М., 1980.

Гайсинович А.Е. Зарождение и развитие генетики. М., 1988.

Гинзбург В.Л. О теории относительности. М., 1979.

Глобальный эволюционизм. М., 1994.

Гудолл Дж. Шимпанзе в природе: поведение. М., 1992.

Джуа М. История химии. М., 1966.

Дорфман Я. Г. Всемирная история физики с начала XIX века до середины XX века. М., 1979.

Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. М., 1975.

Зорина З.А., Полетаева И.И. Зоопсихология. Элементарное мышление животных. М., 2002.

История биологии. С древнейших времен до начала XX века. М., 1972.

История биологии. С начала XX века до наших дней. М., 1976.

Карпинская Р.С. Человек и его жизнедеятельность. (Философско-публицистические очерки). М., 1988.

Кедров Б.М. Классификация наук. М., 1989. Т. 1, 2.

Кемп П., Армc К. Введение в биологию. М., 1986.

Кемпфер Ф. Путь в современную физику. М., 1972.

Клейн М. В поисках истины. М., 1987.

Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Основания синергетики. М., 2002.

Концепции самоорганизации: становление нового образа научного мышления. М., 1994.

Лауэ фон М. История физики. М., 1956.

Либберт Э. Общая биология. М., 1978.

Линде А.Д. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. М., 1990.

Льоцци М. История физики. М., 1972.

Майр Э. Популяции, виды и эволюция. М., 1974.

Мак-Фарленд Д. Поведение животных. Психобиология, этология и эволюция. М., 1988.

Мандельштам Л.И. Лекции по оптике, теории относительности и квантовой механике. М., 1972.

Медников Б.М. Аксиомы биологии. М., 1986.

Моисеев Н.Н. Человек и биосфера. М., 1990.

Мэрион Дж.Б. Физика и физический мир. М., 1975.

Наумов А.И. Физика атомного ядра и элементарных частиц. М., 1984.

Найдыш В.М. Научная революция и биологическое познание. М., 1987.

Наука и квазинаучные формы духовной культуры. М., 1999.

Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир. М., 1993.

Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М., 1990.

Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. М., 1979.

Опарин А.И. Материя -> жизнь -> интеллект. М., 1977.

Павленко А.И. Европейская космология. М., 1997.

Поведение приматов и проблемы антропогенеза. М., 1991.

Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986.

Пригожин И., Стенгерс И. Время, Хаос и Квант. М., 1994.

Пригожин И. От существующего к возникающему. М., 1985.

Проблема поиска жизни во Вселенной. М., 1986.

Проблема CETI (связь с внеземными цивилизациями). М., 1975.

Пути интеграции биологического и социогуманитарного знания. М., 1984.

Реймерс Н.Ф. Экология. Теории, законы, правила, принципы и гипотезы. М., 1994.

Розенталь И.Л. Элементарные частицы и структура Вселенной. М, 1984.

Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. М., 1987.

Силк Дж. Большой взрыв. М., 1982.

Сойфер В. Власть и наука. История разгрома генетики в СССР. М., 1993.

Соловьев Ю.И. История химии. М., 1983.

Сорокина Т.С. История медицины. М., 1994.

Степин B.C. Философская антропология и философия науки. М., 1992.

Спасский Б.И. Физика для философов. М., 1989.

Тимофеев-Ресовский Н. В., Воронцов Н.Н., Яблоков А.В. Краткий очерк теории эволюции. М., 1977.

Тинберген Н. Социальное поведение животных. М., 1993.

Фейнберг Дж. Из чего сделан мир? М., 1981.

Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. М., 1965.

Фейнман Р. Характер физических законов. М., 1987.

Философские аспекты глобальной экологии. М., 1989.

Фоули Р. Еще один неповторимый вид. Экологические аспекты эволюции человека. М., 1990.

Фридман А.А. Мир как пространство и время. М., 1965.

Фролов И.Т. Перспективы человека. М., 1983.

Фундаментальная структура материи. М., 1984.

Хакен Г. Синергетика. М., 1980.

Хокинг С. От Большого взрыва до черных дыр. Краткая история времени. М., 1990.

Хрисанова Е.Н., Перевозчиков И.В. Антропология. М., 1991.

Ценности познания и гуманизация науки. М., 1992.

Человек, космос, эволюция. М., 1992.

Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. М., 1976.

Швейцер А. Благоговение перед жизнью. М., 1992.

Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. М., 1974.

Штрубе В. Пути развития химии. М., 1984. Т. 1, 2.

Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. М., 1965.

Эйнштейн А. Физика и реальность. М., 1965.

Энгельгардт В.А. Познание явлений жизни. М, 1984.

Эстетика природы. М., 1994.


^ ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ


Аберрация: 1) оптических систем — погрешность изображений, даваемых оптическими системами. Проявляется в том, что оптические изображения в ряде случаев не вполне отчетливы, не точно соответствуют объекту или оказываются окрашенными; 2) света (в астрономии) — изменение направления светового луча от небесного светила, вследствие конечности скорости света и движения наблюдателя относительно светила. Аберрация света вызывает смещение видимого положения светила на небесной сфере.


Абиотические факторы среды — совокупность условий неорганической среды, влияющих на организмы. Делятся на химические, физические, космические, геолого-географические, климатические и др.


Абиогенез — теории возникновения живых существ из веществ неорганической природы.


Абсолютно черное тело — тело, полностью поглощающее все падающее на него излучение. Это понятие играет фундаментальную роль в теории излучения. Интенсивность излучения единицы поверхности является универсальной функцией частоты света и температуры тела; в частности, она не зависит от формы тела и направления излучения.


Автогенез — учение, пытающееся объяснить эволюцию организмов действием только внутренних факторов.


Автотрофы (аутотрофы) — организмы, синтезирующие из неорганического вещества необходимые для жизни органические вещества за счет солнечной энергии (фотосинтез) и за счет энергии некоторых химических реакций (хемосинтез). К автотрофам относятся высшие растения (кроме паразитных и сапрофитных), водоросли и некоторые бактерии.


Агностицизм — учение, отрицающее возможность объективного познания мира, достижения объективной истины.


Адаптация — процесс приспособления строения и функций организмов (особей, популяций, видов) и их органов к условиям среды.


590


Аддитивность — свойство величин, состоящее в том, что значение величины, соответствующее целому объекту (системе), равно сумме значений величин, соответствующих его частям при любом разбиении объекта на части.


Адроны — общее название семейства элементарных частиц, обладающих сильным взаимодействием. Семейство адронов включает в себя барионы и мезоны (мезонные резонансы и соответствующие античастицы).


Аккреция — падение вещества на космическое тело (звезду, галактику и др.) из окружающего пространства.


Аксиология — теория ценностей.


Анизотропия — зависимость физических свойств вещества (механических, тепловых, электрических, магнитных, оптических) от направления (см.: изотропия).


Аннигиляция — превращение частицы и античастицы при столкновении в другие частицы.


Антропоцентризм — воззрение, по которому человек есть центр и высшая цель мироздания.


Аридный климат — засушливый климат, климат пустынь и полупустынь.


Ароморфоз (арогенез) — морфо-физиологический прогресс, одно из главных направлений биологического прогресса живых существ, при котором в ходе эволюции усложняется их организация; качественный скачок в развитии живых существ, повышающий как уровень организации, так и приспособленность вида к новым условиям, что способствует расширению его ареала (переход от рептилиеподобных к млекопитающим). После изменений по типу ароморфоза наступает период образования частных приспособительных изменений — идеоадаптаций.


Астрономическая единица длины — мера расстояний до космических объектов, равная среднему расстоянию от Земли до Солнца.


Ауторепродукция — самовоспроизведение.


Барионы — общее название адронов с полуцелым спином. К барионам относятся нуклоны, гипероны, барионные резонансы. Барионы состоят из 3 кварков, связь между которыми осуществляется глюонным полем.


Барстеры — вспыхивающие источники рентгеновского излучения с периодом повторения вспышек от нескольких часов до нескольких дней. Обнаружены в 1975 г.


Биогенез: 1) процесс возникновения, зарождения живого; 2) теории, отрицающие появление жизни на Земле в результате возникновения живых существ из неживой материи (см.: абиогенез).


Биогенетический закон — закономерность развития живой природы, состоящая в том, что индивидуальное развитие особи (онтогенез) является коротким и быстрым повторением важнейших этапов эволюции вида (филогенез).


Биогеоценоз — взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменов вещества и энергии; одна из наиболее сложных природных систем.


591


Биология развития (онтогенетика) — раздел биологии, изучающий процессы и движущие силы индивидуального (или онтогенетического) развития организма.


Бионика — наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе анализа структуры и жизнедеятельности живых организмов.


Бионт — отдельно взятый организм, приспособившийся в ходе эволюции к обитанию в определенной среде (биотопе).


Биосфера — оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов. Биосфера охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые связаны сложными биохимическими циклами миграции вещества и энергии. В пределах биосферы везде встречается либо живое вещество, либо следы его биохимической активности.


Биотические факторы среды — совокупность влияний, оказываемых на организмы жизнедеятельностью других организмов


Биоценоз — совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих часть суши или водоема и характеризующихся определенными отношениями как между собой, так и с абиотическими факторами.


Валентность — способность атома к образованию химических связей.


Вектор — направленный отрезок, т.е. отрезок, у которого указаны начало (точка приложения вектора) и конец.


Векторное поле — область, в каждой точке P которой задан вектор a(Р).


Виртуальные частицы — частицы, существующие в промежуточных, имеющих малую длительность состояниях, для которых не выполняются обычные соотношения между энергией, импульсом и массой. Другие характеристики виртуальных частиц (электрический заряд, спин, барионный заряд и др.) такие же, как у соответствующих реальных частиц.


Витализм — идеалистическое течение в биологии, допускающее наличие в организмах нематериальной жизненной силы.


Внеатмосферная астрономия — раздел астрономии, использующий для исследований астрономические инструменты, поднимаемые за пределы плотной атмосферы.


Волновая функция (в квантовой механике) — величина, полностью описывающая состояние микрообъекта (например, электрона, протона, атома, молекул) и вообще любой квантовой системы (например, кристалла).


Волны — изменения состояния среды (возмущения), распространяющиеся в этой среде и несущие с собой энергию. В виде волн осуществляется перенос энергии без переноса вещества. Волны различаются по тому, как возмущение ориентировано относительно направления их распространения. Продольными называют волны, у которых направление возмущения среды совпадает с направлением распространения волны (например, звуковые волны); поперечными — волны, у которых направление возмущения среды перпендикулярно направлению распространения волны.


592


Гаметы — половые, или репродуктивные, клетки животных и растений, обеспечивающие при слиянии развитие новой особи и передачу наследственных признаков от родителей потомкам.


Гаплоидный — одинарный набор хромосом половых клеток, составляющий половину диплоидного набора соматических клеток.


Гелиоцентризм — учение, по которому Земля и другие планеты обращаются вокруг Солнца, и кроме того, Земля вращается вокруг своей оси.


Генезис — происхождение, возникновение.


Генотип — совокупность всех генов, локализованных в хромосомах данного организма; совокупность всех наследственных факторов организма; генотип определяет фенотип.


Генофонд — качественный состав и относительная численность разных форм (аллелей) различных генов в популяциях того или иного вида организмов.


Геоцентризм — воззрение, согласно которому Земля неподвижно покоится в центре мира, а все небесные светила движутся вокруг нее.


Гетерозис — ускорение роста и увеличение размеров, повышение жизнестойкости и плодовитости гибридов первого поколения при различных скрещиваниях как животных, так и растений. Во втором и последующих поколениях гетерозис обычно затухает.


Гетеротрофные организмы (гетеротрофы) — организмы, использующие для своего питания готовые органические соединения (в отличие от автотрофов). К гетеротрофам относятся все животные и человек, а также некоторые растения (грибы, паразиты и др.) и микроорганизмы.


Гносеология — теория познания.


Гоминиды — семейство отряда приматов. Включает современного человека и искбпаемых людей, по всей вероятности, хабилисов, а также питекантропов, синантропов, неандертальцев.


Гомология — сходство организмов, построенных по одному плану и развивающихся из одинаковых зачатков у разных животных и растений; такие гомологичные органы могут быть неодинаковы по внешнему виду и выполнять различные функции.


Гравитационное излучение — излучение гравитационных волн неравномерно движущимися массами (телами). Пока экспериментально не обнаружено.


Гравитационный коллапс — катастрофически быстрое сжатие звезды под действием собственных сил тяготения.


Градация — принцип совершенствования, ступенчатости развития от простого к сложному в биологическом мире.


593


Градиент — вектор, показывающий направление наискорейшего изменения величины, значение которой меняется от одной точки пространства к другой.


Группа — одно из основных понятий современной математики. Теория групп изучает свойства (математических, геометрических) действий (умножение чисел, сложение векторов, последовательное выполнение преобразований и др.) в их чистом виде, отвлекаясь как от природы элементов, над которыми выполняются действия, так и от природы самого действия. Теория групп распадается на ряд разделов — теория конечных групп, теория абелевых групп, групп преобразований, топологических групп и др.


Деизм — возрение, согласно которому Бог, сотворив мир, не принимает в нем какого-либо участия и не вмешивается в закономерное течение его событий.


Деферент — вспомогательная окружность в геоцентрической системе мира К. Птолемея, введенная для объяснения сложных движений планет. Предполагается, что по деференту, в центре которого находится Земля, обращается не планета, а центр другой вспомогательной окружности — эпицикл; планета же движется по эпициклу.


Дивергенция — расхождение признаков организмов в ходе эволюции.


Дисперсия света — зависимость показания преломления вещества от частоты (длины волны) света. Следствие дисперсии – разложение в спектр белого света при прохождении сквозь призму.


Дифракция волн — явление, наблюдаемое при прохождении волн мимо края препятствия, связанное с отклонением распространения волн от прямолинейного распространения при взаимодействии с препятствием. Из-за дифракции волны огибают препятствие, проникая в область геометрической тени.


Диплоидный — двойной набор хромосом соматических клеток; в отличие от одинарного, гаплоидного набора половых клеток.


Дипольное излучение — излучение электромагнитных волн, обусловленное изменением во времени электрического дипольного момента.


Дипольный момент — физическая величина, характеризующая электрические свойства системы заряженных частиц.


Доплера эффект — изменение частоты колебаний или длины волны, воспринимаемой наблюдателем (приемником колебаний), вследствие движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга.


Дробянки – общее название бактерий и синезеленых водорослей (прокариотов).


Дуализм – философское учение, исходящее из признания равноправными, не сводимыми друг к другу двух начал — духа и материи, идеального и материального.


Дуальная организация — сочетание двух экзогамных родов в постоянное взаимнобрачное объединение.


594


Жгутиковые — одноклеточные и колониальные организмы, имеющие жгутики в качестве органов движения. Некоторые группы жгутиковых ботаники относят к растениям, а зоологи — к животным.


Звездные скопления — гравитационно-связанные группы звезд, имеющих общее происхождение; движутся в поле тяготения галактики как единое целое.


Зороастризм — религия, распространенная в древности и Средневековье на Ближнем и Среднем Востоке, а в настоящее время у некоторых народов Ирана и Индии. Названа по имени пророка Зороас-тра (VI в. до н.э.). Священный канон зороастризма — «Авеста».


Идеальный газ — физическая абстракция, обозначающая большое число невзаимодействующих частиц, движущихся по законам классической механики.


Идеоадаптация — одно из главных направлений эволюции, при котором возникают частные изменения строения и функций органов при сохранении в целом уровня организации предковых форм.


Изотопы — разновидности одного и того же элемента, различающиеся массой ядер при одинаковом атомном номере (заряде ядра).


Изотропия — одинаковость физических свойств среды по всем направлениям (см.: анизотропия).


Инадаптация — совокупность несовершенных приспособлений, возникающая у отдельных групп животных в ходе эволюции и обусловливающая впоследствии вымирание этих групп.


Интерференция волн — сложение в пространстве двух (или нескольких) волн, при котором амплитуда результирующей волны в разных точках резко увеличивается или уменьшается.


Инцухт — близкородственное скрещивание организмов; то же, что инбридинг.


Конвергенция (в биологии) — схождение признаков в процессе эволюции неблизкородственных групп организмов, приобретение ими сходного строения в результате существования в сходных условиях и одинаково направленного естественного отбора.


Координаты астрономические. Подавляющее большинство координатных систем в астрономии основывается на понятии небесной сферы. Прямая, проходящая через центр сферы параллельно оси вращения Земли, называется осью м и р а и пересекает сферу в полюсах мира. Большой круг небесной сферы, плоскость которого перпендикулярна оси мира, называется небесным экватором. Плоскость, параллельная плоскости орбиты Земли, называется эклиптикой. Она пересекается с небесным экватором в точках весеннего и о с е н -негоравноденствия.


Космогония — наука о происхождении и развитии космических тел и их систем (звезд, звездных скоплений, галактик, туманностей, Солнечной системы и всех входящих в нее тел).


595


Космология — наука о Вселенной как едином целом и о всей охваченной астрономическими наблюдениями области Вселенной как части целого.


Красное смещение — увеличение длин волн линий в спектре источника (смещение линий в сторону красной части спектра) по сравнению с линиями эталонных спектров.


Креационизм — концепция, трактующая многообразие форм органического мира как результат творения их Богом.


Кроссинговер — взаимный обмен участками парных хромосом, происходящий в результате разрыва и соединения в новом порядке их нитей; приводит к перераспределению (рекомбинации) сцепленных генов; механизм, обеспечивающий комбинаторную изменчивость, а следовательно — один из главных факторов эволюции.


Латеральный — боковой; расположение какой-либо части целого в стороне от его срединной плоскости.


Лептоны — общее название класса элементарных частиц, не обладающих сильным взаимодействием, т. е. участвующих лишь в электромагнитном, слабом и гравитационном взаимодействиях.


Мазер — квантовый генератор и усилитель радиодиапазона (усиление радиоволн с помощью индуцированного излучения).


Математическая модель — описание какого-либо класса явлений с помощью математической символики; мощный метод познания.


Математическая физика — теория математических моделей физических явлений.


Мейоз — способ деления клеток, в результате которого число хромосом уменьшается в 2 раза и одна диплоидная клетка (содержащая два набора хромосом) после двух быстро следующих друг за другом делений дает начало 4 гаплоидным (содержащим по одному набору хромосом) клеткам.


Межзвездная пыль – мелкие твердые частицы, рассеянные в межзвездном пространстве.


Мезоны – нестабильные сильно взаимодействующие частицы (адроны) с нулевым барионным зарядом; состоят из кварка и антикварка.


Мергель – осадочная горная порода, состоящая из кальцита или доломита и глинистых минералов.


Метрика пространства-времени — геометрические свойства четырехмерного пространства-времени (объединяющего физическое трехмерное пространство и время) в теории относительности. Согласно общей теории относительности, метрика пространства-времени зависит от находящейся в нем материи.


Механицизм — метод познания и миропонимания, основывающийся на представлении о том, что все многообразные формы движения материи могут быть сведены к закономерностям одной механической формы движения.


Митоз — наиболее распространенный способ воспроизведения клеток, обеспечивающий тождественное распределение генетического материалa между дочерними клетками и преемственность хромосом в ряду клеточных поколений. В митозе хромосомы удваиваются путем продольного расщепления их и равномерного распределения между дочерними клетками.


Модификации (в биологии) — ненаследственное изменение признаков организма, возникающее под влиянием изменившихся условий внешней среды.


Морфогенез — возникновение и развитие органов, систем и частей тела организмов как в индивидуальном, так и в историческом развитии.


Мутагенез — процесс возникновения наследственных изменений -мутаций, появляющихся естественно или вызываемых различными физическими и химическими факторами — мутагенами.


Мутации — стойкие изменения наследственных структур живой материи, ответственных за хранение и передачу генетической информации.


Натурфилософия — умозрительное истолкование природы, рассматриваемой в ее целостности.


Небесная механика — раздел астрономии, изучающий движения тел Солнечной системы в гравитационном поле.


Небесная сфера – воображаемая вспомогательная сфера произвольного радиуса, на которую проецируются небесные светила; служит для различных астрономических задач.


Небесные координаты – числа, с помощью которых определяют положение светил и вспомогательных точек на небесной сфере (см.: Координаты астрономические).


Нейтринная астрономия – астрономические методы регистрации космических нейтрино.


Нестационарные звезды — звезды, характеризующиеся заметными изменениями физического состояния внешних слоев в сравнительно короткие интервалы времени, что проявляется в изменении их спектров.


Нуклеиновые кислоты – важнейшие биологически активные биополимеры, имеющие универсальное распространение в живой природе. Различают два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), содержащаяся преимущественно в ядрах клеток; ДНК является тем генетическим материалом, в последовательности структуры которого записана наследственная информация всех живых организмов; рибонуклеиновая кислота (РНК), находящаяся главным образом в цитоплазме.


Нуклеотиды — молекулы, состоящие из пяти азотистых оснований (цитозин, урацил, тимин, аденин и гуанин), рибозы (или дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. Нуклеотиды могут соединяться между собой, образуя поли-нуклеотиды (см.: нуклеиновые кислоты).


Нуклоны — общее название для протонов и нейтронов — частиц, образующих атомные ядра.


597


Обобщение — форма приращения знания путем мысленного перехода от частного к общему, который обычно сопровождается и переходом на более высокую ступень абстракции.


Одомашнивание (доместикация) — приручение диких животных и растений и превращение их в домашних, разводимых человеком для удовлетворения хозяйственных нужд. Процесс одомашнивания происходит под влиянием искусственного отбора.


Оккультизм — общее название учений, признающих существование скрытых сил в человеке и Космосе, не доступных для обычного человеческого опыта, но доступных для «посвященных», прошедших особую психическую тренировку, инициацию.


Онтогенез — индивидуальное развитие организма; последовательность морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом от момента его зарождения до конца жизни.


Онтология – раздел философии, изучающий всеобщие основы, принципы бытия в целом, его структуру и закономерности.


Оператор — математическое понятие, означающее соответствие между элементами двух множеств X и Y, относящее каждому элементу х из X некоторый элемент у из Y.


Органицизм (организмизм) — методологический принцип, одна из форм целостного подхода к изу-чению объектов органической природы. В основе органицизма


идея о том, что организм обладает специфическими свойствами, обеспечивающими его целостность, и особыми законами организации, которые могутбыть выявлены лишь на уровне целого.


Осадочные горные породы – горные породы, возникающие путем осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха, и в результате деятельности ледников на поверхности суши, в морских и океанических бассейнах. Осадочные горные породы разделяются на обломочные, химические и биогенные.


Осциллятор — физическая система, совершающая колебания.


Палеоантропология — раздел антропологии, изучающий физический тип и эволюцию ископаемых людей — архантропов, палеоантропов и древних неоантропов.


Палеоботаника — отрасль биологии, изучающая ископаемые растения.


Палеолит — древний каменный век. Начало палеолита — около 2 млн лет до н.э., конец палеолита — 10—8 тыс. лет до н.э.


Палеонтология — наука об организмах минувших геологических периодов, сохранившихся в виде ископаемых остатков, следов их жизнедеятельности и др.


Панспермия – гипотеза занесения живых существ на Землю из Космоса.


Пантеизм — философское учение, отождествляющее Бога и мир.


598


Параллакс (в астрономии) — видимое перемещение светил на небесной сфере, обусловленное перемещением наблюдателя в пространстве вследствие вращения Земли (суточный параллакс), обращения Земли вокруг Солнца (годичный параллакс) и движения Солнечной системы в Галактике (вековой параллакс).


Парсек (пк) — применяемая в астрономии единица длины. Звезда, расположенная на расстоянии 1 пк, имеет годичный параллакс, равный одной угловой секунде (1 пк = 3, 26 световых лет). Применяются и более крупные единицы: килопарсек (кпк), равный 1000 пк, и мегапар-сек (Мпк), равный 1 млн пк.


Пептиды – органические вещества, состоящие из остатков одинаковых или различных аминокислот, соединенных пептидной связью. По типу аминокислотных остатков различают ди-, три-, тет-рапептиды, а также полипептиды. Молекула пептидов представляет собой линейную или развлетвленную цепь с аминогруппой на одном конце и карбоксильной группой ( —СООН) на другом конце цепи. К пептидам относятся многие природные биологически активные вещества, а также некоторые гормоны (инсулин и т.п.), антибиотики и др.


Переменные звезды — звезды, у которых наблюдаются колебания светимости.


Перигелий — ближайшая к Солнцу точка орбиты небесного тела, движущегося вокруг Солнца. Вследствие действия возмущающих сил планет происходит изменение положения перигелия в пространстве (прецессия).


Плазма – частично или полностью ионизированный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы.


Планетарные туманности – система из звезды, называемой ядром туманности, и симметрично окружающей ее светящейся газовой оболочки.


Позитивизм — философское направление, исходящее из тезиса о том, что все подлинное «положительное» (позитивное) знание может быть получено лишь как результат отдельных специальных наук или их синтетического объединения, а философия как особая наука, претендующая на самостоятельное исследование реальности, не имеет права на существование.


Популяционная генетика – раздел генетики, изучающий генетическое строение и динамику генетического состава популяций.


Популяция — совокупность особей одного вида, более или менее длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение многих поколений; особи одной популяции с большей вероятностью скрещиваются друг с другом, чем с особями других популяций.


Преформизм — учение о наличии в половых клетках организмов материальных структур, предопределяющих развитие зародыша и признаки образующегося из него организма.


Пролиферация — разрастание системы путем новообразований ее элементов и их размножения.


599


Профанный – мирской, несвященный, противоположный сакральному.


Пульсары – источники космического радиоизлучения с очень большой стабильностью периода.


Радиоастрономия – раздел астрономии, изучающий различные космические объекты методом исследования их электромагнитного излучения в диапазоне радиоволн (от миллиметровых до километровых).


Радиогалактики — галактики, являющиеся источниками мощного электромагнитного излучения в радиодиапазоне.


Редупликация конвариантная -самовоспроизведение с изменениями, осуществляемое на основе матричного принципа синтеза макромолекул (ДНК, РНК).


Рекомбинация (в газе, плазме) -процесс, обратный ионизации, состоит в захвате ионом свободного электрона; приводит к уменьшению заряда иона или превращению иона в нейтральный атом (или молекулу).


Релятивный (релятивистский) — относительный.


Рентгеновская астрономия -раздел астрономии, исследующий космические объекты по их рентгеновскому излучению в диапазоне длин электромагнитных волн от 100 до 0,1 Ангстрем.


Рибосомы — немембранные клеточные органоиды, обязательные структурные компоненты цитоплазмы клеток растений и животных; осуществляют функцию син-


теза белковых молекул из аминокислот.


Сакральный — священный; противоположный профанному.


Сальтация — скачок, спонтанное качественное изменение системы (например, генов).


Светимость (в астрономии) -полная энергия, излучаемая источником в единицу времени.


Световой год – единица расстояния, равная пути, проходимому светом за один год. Световой год равен 0,3 парсека.


Сингулярность — начальное сверхплотное состояние Вселенной.


Синкретизм — нерасчлененность, характеризующая неразвитое состояние какой-либо системы.


Спектр (в физике) – совокупность различных значений, которые может принимать данная физическая величина. Спектр может быть прерывным и непрерывным (дискретным). Наиболее часто понятие спектра применяется к колебательным процессам (спектр колебаний, спектры оптические и т.д.).


Спектральные классы звезд -классы звезд, установленные по особенностям их спектров.


Спектральные линии – узкие участки в спектрах, на которых интенсивность излучения усилена либо ослаблена по сравнению с непрерывным спектром.


Стратиграфия — раздел геологии, изучающий последовательность формирования геологических тел и их первоначальные пространственные взаимоотношения.


600


Таксон — подразделение биологической систематики.


Телеология (в биологии) — идеалистическое учение, согласно которому живые организмы целесообразно сотворены высшей силой, Богом.


Тензор — математическая величина, преобразующаяся по особому закону; является развитием и обобщением понятий скаляра и вектора. Тензор задается несколькими числами (компонентами тензора). Законы преобразования этих чисел более сложные, чем для вектора, и определяются в тензорных исчислениях.


Турбулентность — беспорядочные движения в потоках жидкости, газа, плазмы, в результате которых скорость, давление, плотность, температура потока меняются в пространстве и во времени случайным образом.


Универсум — вся объективная реальность во времени и пространстве; в зависимости от трактовок реальности может не совпадать с понятиями «мир» и «Вселенная».


Фаги (бактериофаги, бактериальные вирусы) — доклеточные формы живого; прокариоты (до-ядерные).


Фенотип — совокупность всех признаков организма, обусловленных его генотипом.


Филогенез — процесс исторического формирования некоторой систематической группы организмов (таксона).


Флаттер — процесс спонтанного разрушения конструкций (на-


пример, самолетов) в экстремальных условиях.


Флуктуация — случайное отклонение системы от ее закономерного состояния.


Фотоэффект — освобождение электронов вещества при поглощении веществом электромагнитного излучения (фотонов).


Холизм: 1) принцип целостности; 2) идеалистическая концепция, согласно которой миром управляет процесс творческой эволюции, созидающий новые целостности.


Хромосомы — элементы ядра клетки, содержащие гены (молекулы ДНК); ДНК хромосом содержит информацию о наследственности и отвечает за передачу ее вновь образованным клеткам.


Цитология — раздел биологии, изучающий клетки живых организмов.


Цитоплазма — одна из основных частей клетки; живая коллоидная система с упорядоченной субмикроскопической структурой; содержит все органоиды и обусловливает жизнедеятельность клетки в целом.


Эквант (в геоцентрической системе К. Птолемея) – точка на оси апсид, из которой обращение центра эпицикла кажется равномерным.


Эклектика — соединение разнородных взглядов, идей, принципов или теорий.


601


Эклиптика — большой круг небесной сферы, по которому проходит видимое годичное движение центра Солнца. Плоскость эклиптики образует с плоскостью небесного экватора угол 23° 27'.


Эмбриогенез — возникновение и развитие зародыша организма.


Эпигенез – учение о зарождении организмов, противоположное преформизму; согласно эпигенезу, качественная структура нового организма не предопределена в зародыше, а постепенно формируется по мере его роста.


Эпицикл — вспомогательная окружность в геоцентрической системе мира К. Птолемея, введенная для объяснения сложных движений планет. Предполагалось, что планета двигалась не непосредственно вокруг Земли, а по эпициклу. В свою очередь центр эпицикла двигался по второй вспомогательной окружности — деференту, центр которого либо совпадал с центром Земли, либо был близок к нему.


Экстраполяция — перенесение характеристик (в том числе и количественных) некоторой системы за ее границы, на другие системы и явления.


Ядерная астрофизика — наука, изучающая роль квантовых процессов микромира в космических явлениях (ядерные процессы в звездах и других космических объектах, приводящие к выделению энергии и образованию химических элементов).


Ядерные силы — силы, действующие между нуклонами; представляют собой проявление сильного взаимодействия — одного из фундаментальных физических взаимодействий.


Ядро — самый заметный и самый большой органоид клетки, обеспечивающий важнейшие метаболические и генетические ее функции.


^ ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ





ФИЗИЧЕСКИЕ И АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ПОСТОЯННЫЕ





Учебное издание

Найдыш Вячеслав Михайлович

^ КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Учебник

Разработка оформления художника И. Пронина

Художественный редактор А.В. Антипов

Компьютерная верстка Н.Г. Климовой, С.Н. Яковлевой

Корректор А.В. Полякова

Сдано в набор 28.03.03. Подписано в печать 12.07.04. Формат 60x90 1/16.

Бумага типографская № 2. Печ. л. 39,0. Усл. печ. л. 39,0. Уч.-изд. л. 33,46.

Тираж 5000 экз. Заказ № 4404068.

Издательский дом «Альфа-М»

Адрес: 127214, Москва, Дмитровское ш., 107

Тел./факс. (095) 485-5177

E-mail: alfa-m@inbox.ru

Издательский Дом «ИНФРА-М»

Адрес: 127214, Москва, Дмитровское ш., 107

Тел.: (095) 485-7177. Факс. (095) 485-5318. Робофакс. 485-5444

E-mail: books@infra-m.ru

http://www.infra-m.ru

Отпечатано с готовых монтажей

на ФГУИПП «Нижполиграф».

603006, Нижний Новгород, ул. Варварская, 32.




оставить комментарий
страница14/14
Дата24.09.2011
Размер7,94 Mb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   14
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх