Концепции современного естествознания: конспект лекций
Шрифт:
Богатейший эмпирический материал, который к тому времени был накоплен в географии, археологии, палеонтологии, эмбриологии, физиологии, систематике и т. п., позволил английскому ученому сделать вывод о длительной эволюции живой природы. Свою концепцию Ч. Дарвин изложил в работе «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859). Книга Ч. Дарвина имела феноменальный успех, ее первый тираж (1250 экземпляров) был продан уже в первый день. По-видимому, такой ажиотажный спрос можно объяснить, с одной стороны, принципиальной новизной, а с другой – ожидаемостью идей, изложенных в книге Ч. Дарвина. Речь шла об объяснении возникновения живых существ без апелляции к идее Бога. Понятно, что для XIX в., когда преобладала идея Науки с большой буквы, такая книга была очень интересна, актуальна и своевременна. При этом следует отметить, что несмотря на огромную популярность у читающей публики идея постепенного появления в живой природе новых видов для научного сообщества
Ч. Дарвин предположил, что в популяциях животных существует конкуренция, благодаря которой выживают только те особи, которые обладают выгодными в данных конкретных условиях свойствами, позволяющими оставить потомство. Основу эволюционной теории Ч. Дарвина составляют три принципа:
• наследственности и изменчивости,
• борьбы за существование,
• естественного отбора.
Изменчивостъ является неотъемлемым свойством всего живого. Несмотря на похожесть живых организмов одного вида, внутри популяции невозможно обнаружить две совершенно одинаковые особи. Эта вариативность признаков и свойств создает преимущество одних организмов перед другими. В обычных условиях различие свойств остается незаметным и не оказывает существенного влияния на развитие организмов, однако при изменении условий, особенно в неблагоприятную сторону, даже малейшее различие может дать одним организмам значительное преимущество перед другими. Только особи с соответствующими условиям свойствами оказываются способными выжить и оставить потомство. Ч. Дарвин различает неопределенную и определенную изменчивость. Определенная изменчивостъ, или адаптивная модификация, – это способность особей одного вида одинаковым образом реагировать на изменение окружающей среды. Подобные групповые изменения не передаются по наследству, поэтому не могут поставлять материал для эволюции. Неопределенная изменчивость, или мутация, – индивидуальные изменения в организме, которые передаются по наследству. Мутации не связаны напрямую с изменениями условий окружающей среды, однако именно неопределенная изменчивость играет важнейшую роль в эволюционном процессе. Случайно появившиеся позитивные изменения передаются по наследству, и в итоге выживает и достигает зрелости лишь небольшая часть потомства, которая обладает полезными наследственными свойствами.
Между живыми существами, как считает Ч. Дарвин, разворачивается борьба за существование. Конкретизируя это понятие, Ч. Дарвин указывал на то, что внутри вида рождается больше особей, чем доживает до взрослого состояния. Борьба за существование как раз и означает, что выживают и размножаются сильнейшие и наиболее приспособленные организмы, а слабые и неприспособленные погибают.
Естественный отбор – ведущий фактор эволюции, объясняющий механизм образования новых видов. Естественный отбор происходит по принципу лучшей приспособленности к условиям окружающей среды, именно этот отбор выступает движущей силой эволюции. Механизм отбора приводит к избирательному уничтожению тех особей, которые менее приспособлены к условиям окружающей среды. Таким образом, естественный отбор обеспечивает прогресс в развитии живых организмов. Изменения происходят постепенно и очень медленно, однако их суммирование на протяжении длительного времени приводит к возникновению новых видов. По образному выражению Ч. Дарвина, естественный отбор «расследует» мельчайшие изменения, отбрасывая вредные и сохраняя полезные, и таким образом работает над усовершенствованием живых организмов.
Слабым звеном эволюционной теории Ч. Дарвина было отсутствие точного и убедительного объяснения механизма наследственности, поскольку законы наследования в то время еще не были известны. Так, эволюционная теория не объясняла, каким образом происходят накопление и сохранение полезных наследственных изменений в результате дальнейшего скрещивания живых организмов. Вопреки бытовавшему мнению, что при скрещивании организмов с полезными свойствами и организмов, у которых эти свойства отсутствуют, должно происходить усреднение полезных признаков, их растворение в череде поколений, эволюционная теория предполагала, что эти признаки накапливаются. Противники эволюционной теории утверждали, что естественный отбор не действует, а популяция со временем должна становиться совершенно однородной. Ч. Дарвин сознавал слабости своей концепции, однако не сумел удовлетворительно объяснить механизм наследования. Ответ на этот вопрос дала теория Г. Менделя, которая обосновала дискретный характер наследственности (5.6). Создание в XX в. синтетической теории эволюции завершило объединение эволюционной теории и генетики (5.7).
Значительным достижением классической биологии стало создание теории клеточного строения живых организмов. В комплексе современных биологических знаний существует отдельная дисциплина, занимающаяся изучением клетки, – цитология.
Исследование микроскопического строения живых организмов стало возможно благодаря изобретению в 1600 г. микроскопа. Понятие «клетка» было введено в научный обиход английским ботаником Р. Гуком в 1665 г. Рассматривая срезы высушенной пробки, он обнаружил множество ячеек, или камер, которые назвал клетками. Однако с момента этого открытия до создания клеточной теории прошло еще два столетия.
В 1837 г. немецкий ботаник М. Шлейден предложил теорию образования растительных клеток, основные идеи которой он изложил в работе «Данные о развитии растений». По мнению М. Шлейдена, важную роль в размножении и развитии клеток играет клеточное ядро, существование которого было установлено в 1831 г. Р. Броуном. В 1839 г. соотечественник М. Шлейдена анатом Т. Шванн, опираясь на экспериментальные данные и теоретические выводы своего коллеги, создал клеточную теорию строения живых организмов. Основные идеи своей концепции Т. Шванн изложил в работе «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений». Создание в середине XIX в. клеточной теории стало существенным шагом в становлении биологии как самостоятельной научной дисциплины. Основные положения и принципы концепции М. Шлейдена и Т. Шванна сохраняют свою актуальность и для современной биологии.
Клетка – это элементарная биологическая единица, структурно-функциональная основа всего живого. Клетки осуществляют самостоятельный обмен веществ, способны к делению (воспроизводству) и саморегуляции, т. е. обладают всеми свойствами живого. Образование новых клеток из неклеточного материала невозможно, размножение клеток происходит только благодаря делению. Органическое развитие следует рассматривать как универсальный процесс клеткообразования. В структуре клетки выделяют мембрану, отграничивающую содержимое клетки от внешней среды; цитоплазму, представляющую собой соляной раствор с растворимыми и взвешенными ферментами и молекулами РНК; ядро, содержащее хромосомы, состоящие из молекул ДНК и присоединенных к ним белков. Различают два способа деления клеток: митоз и мейоз. Митоз – деление клеточного ядра на два дочерних с наборами хромосом, идентичными набору хромосом родительской клетки. Митоз характерен для всех клеток, кроме половых. Мейоз – деление клеточного ядра на четыре дочерних ядра, в каждом из которых содержится вдвое меньше хромосом, чем в родительской клетке. Такой способ деления характерен только для половых клеток.
Клеточная теория строения живых организмов стала убедительным аргументом в пользу идеи единства происхождения жизни на Земле и оказала существенное влияние на формирование современной научной картины мира.
Тема 3. СОВРЕМЕННЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МИРЕ
3.1. Общие принципы неклассической физики
К современному естествознанию относятся теоретические концепции, сформировавшиеся на протяжении XX в. в рамках различных научных дисциплин. Важнейшими естественными науками являются физика, изучающая законы функционирования неорганической формы материи на макро– и микроуровне; астрофизика, предметом которой являются свойства и эволюция локальных астрономических объектов; космология, моделирующая эволюцию Вселенной в целом (мегауровень); биология, изучающая процессы развития и функционирования различных систем в живой природе; антропология, рассматривающая основные закономерности антропогенеза. Современная наука характеризуется осознанием целостности своих объектов и взаимосвязанности законов их существования.
Физика по-прежнему остается одной из ведущих дисциплин в естествознании. Современная физическая картина мира представляет собой систему фундаментальных знаний о закономерностях существования неорганической материи, об основаниях целостности и многообразия явлений природы. Современная физика исходит из ряда фундаментальных предпосылок.
Во-первых, так же как и классическая физика, она признает объективное существование физического мира, однако отказывается от наглядности; законы современной физики не всегда демонстративны, в некоторых случаях их наглядное подтверждение – опыт – просто невозможно.
Во-вторых, современная наука утверждает существование трех качественно различающихся структурных уровней материи: мегамира – мира космических объектов и систем; макромира – мира макроскопических тел, привычного мира нашего эмпирического опыта; микромира – мира микроо^-ектов, молекул, атомов, элементарных частиц и т. п. Классическая физика изучала строение и способы взаимодействия макроскопических тел, законы классической механики описывают процессы макромира. Современная квантовая физика занимается изучением микромира, соответственно законы квантовой механики описывают поведение микрочастиц. Мегамир – предмет астрономии и космологии, которые опираются на гипотезы, идеи и принципы неклассической (релятивистской и квантовой) физики.