Концепция современного естествознания

      На Востоке в Китае и Индии переход к феодализму происходил раньше, чем в западной Европе, и в своем экономическом и культурном развитии обогнали ее, что сказалось и на развитии науки. Широкая торговля давала богатый материал для математических задач, дальние путешествия стимулировали развитие географических и астрономических знания, развитие ремесла способствовало развитию экспериментального искусства. Поэтому новая математика, удобная для решения вычислительных задач, берет начало на Востоке.

Арабы культивировали экспериментальную  науку. Мухаммед ибн Ахмед аль-Бируни (Бируни) производил точные определения  плотностей металлов, а также астрономические  и географические измерения. Во время  путешествия в Индию Бируни разработал метод определения радиуса Земли. Он описал изменение цвета Луны при  лунных затмениях, высказал мысль о  движении Земли вокруг Солнца и считал геоцентрическую теорию весьма уязвимой. Им было написано обширное сочинение  об Индии и переведены «Начала» Евклида  и «Альмагест» Птолемея.

Крупным физиком был современник  Бируни египтянин Ибн аль-Хайсам, известный в Европе под именем Алхазен. Его основные исследования относятся к оптике. Он проводил собственные эксперименты и конструировал  различные приборы. Он разработал теорию зрения, описал анатомическое строение глаза и высказал предположение, что приемником изображения является хрусталик. Эта точка зрения господствовала до XVII в., когда было выяснено, что изображение появляется на сетчатке.

Алхазен рассматривал действие плоских сферических и конических зеркал, разработал метод измерения  углов преломления и показал  экспериментально, что угол преломления  не пропорционален углу падения. Астрономические  исследования средневековых арабских ученых вместе с другими достижениями арабской науки и техники становились  позднее известными в Европе и  стимулировали развитие европейской  астрономии. Математика ислама оказала  исключительное влияние на развитие науки, как на Востоке, так и на Западе. Об этом говорят термины, которые  мы используем «арабские цифры», «алгебра», «алгоритм», «корень», «синус». Арабы  существенно расширили античную систему математических знаний. Они  заимствовали из Индии и широко использовали десятичную позиционную систему  счисления. Она проникла по караванным путям на Ближний Восток в эпоху Сасанидов (224—641), когда Персия, Египет и Индия переживали период культурного взаимодействия. И уже из арифметического трактата аль-Хорезми «Об индийских числах», переведенного в XII в. на латынь, десятичная система стала известна в Европе. Существенный вклад внесен арабскими учеными и в астрономию. Они усовершенствовали технику астрономических измерений, значительно дополнили и уточнили данные о движении небесных тел. Один из выдающихся астрономов-наблюдателей аз-Зеркали (Арзахель) из Кордовы, которого считали лучшим наблюдателем XI в., составил так называемые Толедские планетные таблицы (1080); они оказали значительное влияние на развитие тригонометрии в Западной Европе. Вершиной в области наблюдательной астрономии стала деятельность Улугбека, который был любимым внуком создателя огромной империи Тимура. Движимый страстью к науке, Улугбек построил в Самарканде по тем временам самую большую в мире астрономическую обсерваторию.

В XIII в. начался спад активности восточных ученых. Наступила эпоха  крестовых походов, когда военные  действия охватили огромные территории. Начались монгольские завоевания, которые  также втянули в войну практически  весь Восток. Новые учения привели  к ужесточению религиозного давления. Все это негативно сказалось  на науке Востока, уровень которой  начал стремительно падать.

IV. ГИПОТЕЗЫПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

Вопросы о происхождении  природы и сущности жизни издавна  стали предметом интереса человека в его стремлении разобраться  в окружающем мире, понять самого себя и определить свое место в природе.

Многовековые исследования и попытки решения этих вопросов породили разные концепции возникновения  жизни: креационизм - сотворение жизни  Богом; концепция самопроизвольного  зарождения из неживого вещества; концепция  стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда и концепция внеземного происхождения  жизни в результате развития физических и химических процессов.

Концепция креационизма, по существу, научной не является, поскольку она возникла в рамках религиозного мировоззрения. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Тем самым практически снимается вопрос о научном решении проблемы происхождения и сущности жизни. Тем не менее, эта концепция продолжала и продолжает пользоваться довольно большой популярностью.

Остальные концепции появляются позже, но вплоть до XIX века ни одна из них  не смогла сформировать единую биологическую  картину мира и тем самым дать приемлемое объяснение происхождению  жизни.

В XIX веке в биологии возникли концепции механистического материализма и витализма - вершина биологии того времени, между которыми началась ожесточенная борьба идей о происхождении и  сущности жизни. Механистический материализм  не признавал качественной специфики  живых организмов и представлял  жизненные процессы как результат  действия химических и физических процессов. С этой точки зрения живые организмы выглядели как сложные машины.

Противоположной точкой зрения стал витализм (от лат. vitalis - жизненный), который объяснял качественное отличие живого от неживого наличием в живых организмах особой «жизненной силы», отсутствующей в неживых предметах и не подчиняющейся физическим законам.

Несмотря на острые дискуссии  между механицистами и виталистами, ученые-экспериментаторы пытались точно  установить, от каких именно структур зависят специфические свойства живых организмов, и поэтому исследовали  живые клетки и клеточные структуры. Отвергая идею творения мира и жизни, эти ученые вплоть до середины XIX века придерживались идеи самопроизвольного  зарождения жизни из различных материальных образований, в том числе из гниющей  земли, отбросов и иных объектов. Этой точки зрения придерживались такие  крупные ученые и выдающиеся мыслители, как Аристотель, врач Парацельс, эмбриолог  Гарвей, Коперник, Галилей, Декарт, Гете, Шеллинг и др. Их авторитет во многом определил длительный срок существования  идеи самозарождения и ее широкое  распространение. Лишь в 60-е годы XIX века в развернувшейся между Ф.А. Пуше и Л. Пастером дискуссии, потребовавшей  экспериментальных исследований, удалось  строго научно обосновать несостоятельность  этой концепции. Опыты Пастера продемонстрировали, что микроорганизмы появляются в  органических растворах в силу того, что туда были ранее занесены их зародыши. Если же сосуд с питательной  средой оградить от занесения в него микробов, то не произойдет никакого самозарождения. Опыты Пастера подтвердили принцип  Реди и показали научную несостоятельность  концепции спонтанного самозарождения организмов. Но и они не давали ответа на вопрос, откуда взялась жизнь.

Примерно в этот же период времени (1865 г.) на стыке космогонии и физики немецким ученым Г. Рихтером разрабатывается гипотеза занесения живых существ на Землю из космоса - так называемая концепция панспермии. Согласно этой идее, зародыши простых организмов могли попасть в земные условия вместе с метеоритами и космической пылью и положить начало эволюции живого, которая в свою очередь породила все многообразие земной жизни. Концепцию панспермии разделяли такие крупные ученые, как С. Аррениус, Г. Гельмгольц, В.И. Вернадский, что способствовало ее широкому распространению среди ученых.

Наряду с гипотезой  панспермии в современной научной  литературе сохраняется также гипотеза о случайном характере возникновения  на Земле первичной живой молекулы, которая появилась лишь раз за все время существования нашей  планеты. В силу этого обстоятельства экспериментальную проверку данной гипотезы произвести невозможно. Эта  гипотеза получила широкое распространение  среди генетиков в связи с  открытием роли ДНК в явлениях наследственности. Г. Меллер в -1929 г. развивал мысль, что чисто случайно на Земле возникла единичная «живая генная молекула», обладавшая внутримолекулярным жизнеопределяющим строением, которое она пронесла неизменным через все развитие земной жизни.

Таким образом, на протяжении веков менялись взгляды на эту  проблему, но наука все еще далека от ее решения.

Концепция происхождения жизни И.А. Опарина

Одним из главных препятствий, стоявших в начале нашего века на пути решения проблемы возникновения  жизни, было господствовавшее тогда  в науке и основанное на повседневном опыте убеждение в том, что  органические вещества в природных  условиях возникают только биогенно, то есть путем их синтеза живыми существами. Поэтому так важно  было появление концепции А.И. Опарина, вступившей в противоречие с общепринятым тогда мнением. Он выступил с утверждением, что монополия биотического синтеза  органических веществ характерна лишь для современной эпохи существования  нашей планеты. В начале же своего существования, когда Земля была безжизненной, на ней осуществлялись абиотические синтезы углеродистых соединений и их последующая предбиологическая эволюция. Совершалось постепенное усложнение этих соединений, формирование из них индивидуальных фазовообособленных систем, превращение их в протобионты, а затем и в первичные живые существа.

Книга Опарина «Происхождение жизни» была опубликована еще в 1924 г., хотя пик исследований опаринской школы приходится на 50 - 60-е годы. Появление жизни он стал рассматривать как единый естественный процесс, который состоял из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно на качественно новый уровень - биохимическую эволюцию. По его мнению, этот процесс с самого начала был неразрывно связан с геологической эволюцией Земли. Поэтому Опарин предположил и экспериментально доказал, что под действием электрических разрядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси, содержащие пары воды, аммиака, циана, метана и др., появились аминокислоты, нуклеотиды и их полимеры, которые по мере увеличения концентрации органических веществ в «первичном бульоне» гидросферы Земли способствовали возникновению коллоидных систем, так называемых коацерватных капель.

Согласно гипотезе Опарина, возникновение и развитие химической эволюции произошло в ходе образования  и накопления в первичных водоемах исходных органических молекул. Иными  словами, первичная клеточная структура, описанная Опариным, представляла собой  открытую химическую микроструктуру и  уже была наделена способностью к  первичному метаболизму (обмену веществ), хотя еще не имела системы для  передачи генетической информации на основе функционирования нуклеиновых  кислот. Естественный отбор сохранял те целостные системы, в которых  более совершенной была функция  обмена веществ (еще один характерный  признак жизни), способствовавшая быстрому росту системы и ее динамической устойчивости в данных условиях существования, этим и объясняется целесообразность строения живых объектов, то есть приспособленность  внутримолекулярного и надмолекулярного строения частей к выполняемым ими функциям и приспособленность организма в целом к существованию в данных условиях внешней среды.

Выживающие в ходе естественного  отбора системы имели специфическое  строение белково- и нуклеоподобных полимеров, которые и обусловили появление третьего качества живого - наследственности, специфической  для живого формы передачи информации.

Популярность концепции  Опарина в научном мире очень  велика. Его ученики и последователи  и сегодня продолжают исследования в этом направлении.

Современные концепции происхождения и сущности жизни.

Ученые-биологи, занимающиеся сегодня решением вопроса о происхождении  жизни, самым сложным считают  характеристику структурных и функциональных особенностей протобиологической системы, то есть доклеточного предка. Трудность  решения этого вопроса объясняется  хорошо известным фактом: для саморепродукции  нуклеиновых кислот - основы генетического  кода - необходимы ферментные белки, а  для синтеза белков - нуклеиновые  кислоты. Поэтому предметом дискуссии  издавна служили два взаимосвязанных  вопроса. Первый: что было первичным - белки или нуклеиновые кислоты? Второй: если признать, что оба эти  класса биополимеров возникли не одновременно, а последовательно, то на каком этапе  и как произошло их объединение  в единую систему, способную к  функциям передачи генетической информации и регуляции биосинтеза белков?

Рассматривая ответы на вопрос о первичности белков или нуклеиновых  кислот, все существующие гипотезы и концепции можно разделить  на две большие группы - голобиоза и генобиоза.

Рассмотренная нами концепция  Опарина относится к группе голобиоза - методологического подхода, основанного  на идее первичности структур типа клеточной, наделенной способностью к  элементарному обмену веществ при  участии ферментного механизма. Появление нуклеиновых кислот в  ней считается завершением эволюции, итогом конкуренции протобионтов. Эту точку зрения можно еще назвать субстратной.

Сторонники генобиоза  исходят из убеждения в первичности  молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода. Эту  группу гипотез и концепций можно  также назвать информационной. Примером этой точки зрения может служить  концепция Дж. Холдейна, согласно которой  первичной была не структура, способная  к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, подобная гену и способная к саморепродукции, а потому названная им «голым геном».

Вплоть до 1980-х годов  имело место четко выраженное противостояние гипотез голобиоза  и генобиоза. Очень привлекательной  гипотезой, принадлежащей к направлению  голобиоза, была концепция английского  биохимика П. Деккера. Согласно ей, структурной  основой предка -биоида - были жизнеподобные  неравновесные диссипативные системы, то есть открытые микросистемы с мощным ферментативным аппаратом. Это означает, что он был подвержен дарвиновской эволюции благодаря переходам (мутациям) из одной стадии (вида) к другой, более  устойчивой, приобретающей все новые  биты (единицы измерения) информации.

Позиции гипотезы генобиоза  стали заметно укрепляться в 1970-е  годы, а к 1980-м годам, когда слабости гипотезы голобиоза стали очевидными, она оказалась доминирующей в  представлениях о доклеточном предке.

Кроме того, с идеей генобиоза  оказалось также тесно связано  самостоятельное сегодня направление  в естествознании занимающееся изучением  еще одного фундаментального свойства живой материи (в дополнение к  трем вышеперечисленным) - ее способности  к стереоспецифической комплементарной  репродукции. Это направление было заложено еще в ранних трудах основателя научной микробиологии Л. Пастера.

Дело в том, что до того, как в 1860-е гг. Пастер окончательно доказал отсутствие самозарождения современных нам микроорганизмов, предметом его научных интересов  в 40-50-е годы XIX века было явление, обнаруженное им в ходе исследований строения кристаллов веществ биологического происхождения. Сегодня эта идея Пастера подтвердилась, и считается доказанным, что молекулярная диссимметрия (асимметрия, стереоизомерия), а согласно современной терминологии, молекулярная хиральность (от греческого - рука), присуща только живой материи и является ее неотъемлемым свойством.

Таким образом, 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., намного расширили представления о сущности земной жизни, о возможности существования подобных явлений вне пределов нашей планеты. В проблеме возникновения жизни еще много неопределенного, и она еще далека от своего окончательного разрешения.