история и методология биологии

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

БУРЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ БИОЛОГИИ

ДопущеноУчебно-методическим объединением по классическому

университетскому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся

по направлению 06.04.01 «Биология» и смежным направлениям

ИЗДАТЕЛЬСТВО

Улан-Удэ2014


УДК 57 (09)ББК 28.01

И 907Утверждено к печати

редакционно-издательским советом Бурятского государственного университета

Р е ц е н з е н т ы Т. П. Анцупова, доктор биологических наук,

профессор ВСГУТУ Л. К. Бардонова, кандидат биологических наук,

профессор БГУ

И 907 История и методология биологии: учебное пособие /сост. Н.М. Ловцова, Б.Б. Намзалов. - Улан-Удэ: Изд-во Бурят. госуниверситета, 2014. - 122 с.ISBN 978-5-9793-0715-2

В учебном пособии дается представление о развитии биологии как науки и о методологии биологических исследований, а также характеристика основных этапов и современный уровень развития биологии. Рассмотрены принципы и методы познания живой природы.

Пособие предназначено для магистров-биологов.

ISBN 978-5-9793-0715-2 © Бурятский госуниверситет, 2014


История и методология науки

Наука - это сфера человеческой деятельности, направленная на выработку и систематизацию знаний об окружающем мире, т.е. познание окружающего материального мира. Она представляет собой совокупность эмпирических, теоретических и практических знаний о мире, полученных научным сообществом.

Цель науки - изучение объективной картины развития и строения мира и получение о нем точных знаний.

Научные знания - это совокупность знаний о материальном мире, накопленных с помощью научного метода. По определениюА. Уайтхида, «наука есть едва ли не целиком результат интеллектуальной любознательности». Поэтому ученые должны ставить перед собой вопросы, касающиеся устройства окружающего мира и находить с помощью научного метода верные ответы. По определениюА. Эйнштейна, «умение ставить новые вопросы, видеть новые возможности, ставить старые проблемы под новым углом зрения требует творческого воображения и приводит к новым успехам в науке».

Научный метод - совокупность основных способов получения новых знаний и методов решения задач в рамках любой науки. Метод включает в себя постановку научной проблемы, выбор методики научного исследования, проведение научного исследования и получение научных фактов, которые основываются на наблюдениях или экспериментах, выполненных с помощью приборов. Для объяснения наблюдаемых фактов выдвигаются гипотезы, которые должны объяснить наблюдаемые явления или вести к получению новых данных. Если гипотеза объясняет все факты и взаимосвязи, то она становится теорией. Полученные прогнозы проверяются экспериментом или сбором новых фактов. В случае, если теорию не способны изменить никакие факты, она становится законом. Важной стороной научного метода, его неотъемлемой частью для любой науки является требование объективности, исключающее субъективное толкование результатов. Не должны приниматься на веру какие-либо утверждения, даже если они исходят от авторитетных учёных.

3


Методология науки

Метод - путь познания, опирающийся на некоторую совокупность ранее полученных общих знаний.

Методология - учение о методах и принципах познания. Методология науки - это систематический анализ методов,

применяемых для получения научного знания.Общая методология занимается вопросами обоснования научного знания независимо от того, в какой из конкретных научных дисциплин оно получено.Частная методология исследует методологические проблемы отдельных наук или их узких групп (например, методология биологии).

Наука и общество

Причинами возникновения науки как сферы деятельности человека стали:

1) формирование субъектно-объектных отношений между человеком и природой, между человеком и окружающей его средой. Это связано в первую очередь с переходом человечества от собирательства к производящему хозяйству.2) усложнение познавательной деятельности человека.Наука в современном понимании начала складываться с XVI-

XVII вв.Однако сами слова «наука» и «ученый» вошли в употребление

лишь в XVIII-XX вв., а до этого естествоиспытатели называли свое занятие «натуральной философией».

В настоящее время наука является важнейшим социальным и гуманитарным институтом, оказывающим значительное влияние на все сферы общества и культуру. Общество тесно связано с наукой и определяет приоритетные направления и темпы развития наук. Поэтому наука разделяется на фундаментальную и прикладную. Задача фундаментальной науки состоит в открытии и изучении объективных законов и явлений, существующих в природе. Задачами прикладных наук является создание того, чего раньше в природе не существовало (инженерная деятельность, технологии и др.).

Наукой занимается научное сообщество, т.е. совокупность людей, занимающихся наукой. Научное сообщество представляет со-

4


бой сложную самоорганизующуюся систему, в которой действуют и государственные институты, и общественные организации, и неформальные группы. Отличительной чертой этого сообщества является повышенная степень признания авторитета, достигнутого научными успехами, и сниженный уровень признания авторитета властного, что порой приводит к конфликту государства и научного сообщества. Также следует отметить более высокую, чем в других социальных сферах, эффективность неформальных групп и особенно отдельных личностей. Важнейшими функциями научного сообщества являются признание или отрицание новых идей и теорий, обеспечивающее развитие научного знания, а также поддержка системы образования и подготовки новых научных кадров.

В зависимости от потребностей социально-экономических условий общества наука в процессе развития проходит определенные этапы, связанные с этапами развития общества, И так же, как и в развитии общества, периоды развития перемежаются с периодами застоя. Изучением этапов развития науки занимается история науки.

История науки - это исследование феномена науки в его истории. Поскольку, с одной стороны, наука представляет объективное знание, а с другой - процесс его получения и использования людьми, добросовестная историография науки должна принимать во внимание не только историю мысли, но и историю развития общества в целом.

История и методология биологии

Биология - наука о жизни. Термин «биология» впервые предложили независимо друг от друга в 1802 г. два естествоиспытателя- Тревиранус и Ламарк.

Биология - одна из старейших естественных наук. Как и другие естественные науки, биология возникла и развивалась в связи с желанием человека познать окружающий его мир живой природы, а также в связи с материальными условиями жизни общества, развитием общественного производства, медицины и практическими потребностями человечества.

Цель биологии как науки - научное познание мира живой природы. Познание - это приобретение или результат приобрете

5


ния знаний. Знание - это высший уровень сведений о мире, получаемых человеком с помощью сознания.

Первые научные сведения о живой природе человек стал накапливать с древних времен в рамках натурфилософии и медицины.

Это было связано с практическими потребностями общества:1) потребность познания растительного и животного мира с це

лью удовлетворения нужд в растительной и животной пище;2) необходимость познания тела человека с целью совершенст

вования древнейшего искусства врачевания.Развитие земледелия и растениеводства обусловило развитие

ботаники и зоологии, а медицины - изучение морфологии и анатомии не только человека. Поэтому такие науки, как ботаника, зоология, анатомия и физиология, являются самыми древними на Земле. С древнейших времен и до настоящего времени биология прошла большой путь развития.

Этапы развития биологииСамые первые сведения о живых существах человек стал соби

рать с тех пор, как выделил себя из окружающей природы и осознал свое отличие от других ее объектов. Сведения о строении растений и животных имеются в древних литературных памятниках египтян, вавилонян, индейцев.

Индия. В 6-5 вв. до н.э. в «Махабхарате» и «Рамаяне» описывается жизнь животных и растений, а в медицинских трактатах даются представления наследственности как о причине сходства родителей и потомства.

Античный период. Формируются ионийские, афинская, римская и александрийская философские школы, в том числе и изучения живой природы.

Ионийская школа возникла в Ионии (7-4 вв. до н.э.). Философы ионийской школы не верили в сверхъестественное происхождение жизни, а признавали причинность явлений жизни и то, что жизнь движется по естественному пути развития, подчиняясь естественным законам развития мира. Представителем этой школы является Алкмеон (конец 4 - начало 5 в. до н.э.). Он признавал мозг как центр мышления и ощущений, Описал зрительный нерв и развитие куриного зародыша. Гиппократ (около 460-377 гг. до н.э.) впервые подробно описал строение человека и животных и изучал роль среды и наследственности в проявлении болезней.

6


Афинская школа. Выдающийся представитель этой школы Аристотель (384-322 гг. до н.э.) стал основоположником зоологии. Он написал 4 трактата о животных, в которых изложил первую классификацию животных, подразделив их на четвероногих, летающих и рыб. Аристотель также дал описание строения внутренних и внешних органов человека и происхождение пола и наследование отдельных признаков, в том числе и врожденных уродств.

Теофраст (371-286 гг. до н.э.) стал основоположником ботаники. Он занимался изучением растений и описал строение и размножение около 500 видов растений. Им введены такие ботанические термины, как плод, околоплодник, сердцевина, и установлены различия между однодольными и двудольными растениями

Александрийская школа. Представители этой школы занимались в основном анатомией. Герофил (около 300 л. до н.э.) дал сравнительное описание строения человека и животных, изучил строение глаза, а также кровеносных сосудов артерий, вен и показал отличия в их строении. Эразистрат (304-250 гг. до н.э.) описал систему строения извилин мозга и мозжечок.

Римская школа. Представители этой школы в основном занимались коллекционированием и систематизацией, сведений, полученных представителями греческих школ. Гай Плиний старший (23-79 гг. до н.э.) создал энциклопедию «Естественная история» в 37 томах, в которой давались сведения о растениях и животных. Эта энциклопедия до начала средневековья служила главным источником знаний о растительном и животном мире для всех ученых. Диоскорид (1 в. н.э.) составил описание 600 видов растений, причем в основном лекарственных растений. Клавдий Гален (2 в. н.э.) проводил вскрытие таких млекопитающих животных как крупный и мелкий рогатый скот, свиньи, медведи, собаки и др., описывал их строение и некоторые физиологические процессы. Клавдий Гален также дал первое сравнительноанатомическое описание человека и обезьяны.

Средние века. В Европе наука существовала в рамках религиозно-философских взглядов, а догматы господствующего религиозного мировоззрения запрещали изучение организма человека и не поощряли научных исследований. Поэтому ученые средневековья в основном использовали в качестве научных источников труды Аристотеля, Плиния, Галена. Эти знания были обобщены и отражены в энциклопедии Альберта Великого (1206-1280).

7


На Руси сведения о животных и растениях были обобщены в произведении «Поучения Владимира Мономаха» (Х1 в.).

В арабских странах знаменитый ученый Авиценна (Абу-Али ибн Сина) (980-1037) признавал причинные закономерности в природе и развивал взгляды о вечности и несотворенности мира.

Эпоха Возрождения. Начало развития естествознания в Европе связано с эпохой Возрождения и переходом культуры Средних веков к культуре Нового времени. Это связано с крушением феодального общества и потерей церковью господствующего положения в обществе. Со второй половины ХУ в. начинается развитие естественных наук. Это связано с именами таких великих ученых и деятелей Возрождения, как Леонардо да Винчи, Андреас Везалий, Вильям Гарвей и др.

Леонардо да Винчи (1452-1519). Его вкладом в биологию являются результаты таких анатомических исследований, как открытие щитовидной железы, описание соединения костей в суставах, деятельности сердца, зрительной функции глаза. Он также установил сходство в строении человека и животных. Им также дано описание гомологии органов и поведения птиц в полете.

Андреас Везалий (1514-1564) создал труд «Семь книг о строении человеческого тела», что заложило основы научной анатомии. Также научные основы физиологии человека и животных заложилиВ. Гарвей (1578-1657), который изучал процессы кровообращения и, Д. Борели (1608-1679), который изучал механизмы движения животных.

XVI и XVII вв. Происходит быстрое накопление научных данных о живых организмах, что приводит к дифференцировке биологических знаний и разделению биологии на отдельные науки по объектам и задачам изучения. В частности начинают развиваться ботаника и зоология. Накопленные к этому времени многочисленные сведения о растениях и животных привели формированию систематики растений и животных как биологической науки. Основы систематики растений были заложены в трудах таких ученых, как Дж. Рей «История растений» и К. Линней «Система природы».

С изобретением в начале ХУ11 века микроскопа в биологии начинается развитие микроскопических (инструментальных) методов исследований в ботанике и зоологии. Результаты микроскопических

8


методов исследований в ботанике отражены в работах Н. Грю, М. Мальпиги, в зоологии - А. Левенгука.

XVIII в. Стал этапом систематизации биологических знаний о живой природе и создания первых эволюционный концепций.

XIX в. Ознаменовался созданием двух фундаментальных теорий биологии: клеточной теории Т. Шванна и М. Шлейдена и эволюционной теории Ч. Дарвина.

Клеточная теория стала методологической основой последующих исследований растений, животных, бактерий, а также организма человека в XIX-ХХ вв.

Эволюционная теория Ч. Дарвина, основанная на неопровержимых научных доказательствах, объясняла с материалистической точки зрения пути и механизмы исторических преобразований живой природы. Эволюционная теория также стала методологической основой научного познания живой природы.

В XIX в. как самостоятельная наука формируется эмбриология (К. Бэр). В первой половине XIX века возникает бактериология, которая благодаря трудам Л. Пастера, Р. Коха, И.И. Мечникова перерастает в самостоятельную науку - микробиологию.

В первой половине XIX в. возникли идеи об использовании химии и физики для изучения явлений жизни (Ю. Либих). Реализация этой идеи привела к тому, что в середине XIX в. физиология обособилась от анатомии, при этом физико-химические методы исследований заняли в ней ведущее место. На рубеже XIX-ХХ вв. оформляется как самостоятельная наука биологическая химия, а в первой половине ХХ в. - биологическая физика.

В первой половине XIX в. российский ученый Иозеф Кельрей- тер провел первые исследования гибридизации растений по изучению межвидовых гибридов и получил интересные результаты. В 1865 г. Мендель в работе «Опыты над растительными гибридами» впервые описал закономерности наследования признаков (законы наследственности) и обосновал существование материальных носителей наследственной информации.

XX в. После повторного открытия в 1900 г. законов наследственности как самостоятельная наука оформилась генетика. В 19081911 гг. американский ученый Т. Морган вместе с сотрудниками своей школы разрабатывает хромосомную теорию наследственности. В 1926 г. академик В.И. Вернадский - учение о биосфере как

9


оболочке Земли, выделил геологически связанные типы веществ в биосфере и раскрыл роль живого вещества как одного из факторов, влияющих на развитие планеты. Академик А.И. Опарин и американский биолог Дж. Холдейн создают теорию происхождения жизни. В 1920-1940 гг. происходит становление современной экологии. Основные задачи изучения популяций были сформулированы Элтоном, а В.Н. Сукачев создал учение о биогеоценозах (экосистемах) как о комплексе организмов, взаимосвязанных между собой и окружающей средой.

Важнейшим рубежом в развитии биологии стали 1940-1950 гг. Это связано с тем, что появилась электронная микроскопия, в биологических исследованиях стали применяться физические и химические методы исследований, а в качестве объектов исследований стали использоваться микроорганизмы. Благодаря этому в 1944 г. была открыта генетическая роль ДНК. В 1953 г. Уотсон и Крик открыли структуру ДНК. Это стало величайшим открытием биологии ХХ века. С выявлением генетической роли ДНК и механизмов синтеза белков из генетики и биохимии произошло выделение новых биологических наук - молекулярной биологии и молекулярной генетики. Эти науки в совокупности называют физико-химической биологией.

С помощью электронной микроскопии была изучена ультраструктура клеточных органелл. В результате успешных ультрамикро- скопических исследований клетки создана современная клеточная теория. Изучение генома прокариот и эукариот позволили американской исследовательнице Л. Маргелис в 1957 г. сформулировать теорию симбиогенеза - теорию происхождения хлоропластов и митохондрий.

В ХХ в. начался новый период развития эволюционной теории. В 1920-1930 гг. благодаря работам Дж. Холдейна, С.С. Четверикова. Р. Фишера, Н.В. Тимофеева-Ресовского и других произошел синтез дарвинизма и генетики. На этой основе началось становление синтетической теории эволюции - первый этап. В 1930-1940 гг. на втором этапе развития синтетическая теория эволюции (СТЭ) развивается и совершенствуется на основе достижений экологии, а также теории Ч. Дарвина. Выдвинуто преставление о популяции как элементарной единице эволюционного процесса. Авторы теории заменили понятие «движущие силы» на понятие «факторы» эволюции. При этом были описаны новые факторы эволюции: изоляция,

10


популяционные волны, дрейф генов. В 1984 г. Н.Н. Воронцов обобщил все представления СТЭ и вывел 11 постулатов.

Современная биология характеризуется широким перечнем разрабатываемых фундаментальных проблем, начиная с исследований элементарных клеточных структур и завершая познанием процессов, развивающихся на глобальном биосферном уровне. В относительно короткие исторические сроки были разработаны принципиально новые методы исследований, изучены молекулярные основы строения и развития клеток, расшифрован генетический код, сформулирована теория генетической информации, определены (секвенированы) последовательности азотистых оснований многих генов, появились новые обоснования теории эволюции. Революционным этапом в развитии биологии стало создание методологии генетической инженерии. Она не только открыла принципиально новые возможности для проникновения вглубь биологических процессов, но и подняла на новый уровень биотехнологию.

Современная система биологических наук представляет собой обширную систему наук о живой природе. По мере развития биологическая наука дифференцировалась на отдельные узкие области знаний:

1. Формировались самостоятельные науки (дисциплины) по объектам изучения, которые с течением времени также подвергались дифференциации. Например, в зависимости от уровня организации объекта исследований в ботанике выделились следующие науки: организменный - физиология растений, генетика растений; видовой - экология растений, ботаническая география; фитоцено- тический - фитоценология; инфраценотический - флористика и фитоценология. В рамках зоологии: зоология беспозвоночных, протозоология, гельминтология, энтомология, ихтиология, герпетология, орнитология и др.

2. Возникли науки, где изучалась отдельные свойства или проявления жизни: анатомия, физиология, эмбриология, молекулярная биология, биология развития, общая биология.

Наряду с дифференциацией происходила интеграция наук, в результате чего возникли биохимия, биофизика, биогеография, биотехнология, радиобиология, цитогенетика.

Современная биология представляет собой теоретическую основу медицины, агрономии, животноводства и тех отраслей производства, которые имеют дело с живыми организмами.

11


Тема I

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ЖИВОЙ ПРИРОДЕ В АНТИЧНОМ МИРЕ

Античность - длительный период до нашей эры. Характеризуется возникновением и упадком ряда цивилизаций и сменой философских школ. Общественный строй - рабовладельческий, с низким уровнем развития производства и низким потребительским уровнем. Потребности в знаниях живой природы сводились к практическому использованию в домашнем хозяйстве животных и растений и были связаны с особенностями возделывания растений (пшеницы, ячменя, ржи, плодовых растений, конопли, риса, хлопка) и выращивания домашних животных (КРС, лошадей, овец, коз, собак, верблюдов). Кроме того, была потребность в изучении организма человека для лечения заболеваний. Практическая деятельность человека способствовала накоплению знаний о строении и жизнедеятельности домашних животных и культурных растений.

Философская основа: натурфилософские воззрения Греции, Рима, Египта.

Философские идеи:- идея о материальности мира и многообразии предметов и яв

лений этого мира в результате постепенного развития мира.- идея единства и развития окружающего мира, включая жи

вую природу.- идея превращения одних существ в другие.- формирование представлений о душе как о самостоятельной

сущности, включая множественность душ, появляющихся в разных органах и определяющих их функции и бессмертность души («анимизм»). Если душа покидает тело, оно превращается в мертвую субстанцию.

Представители философских школ Греции являются основателями рационального знания и науки. Все эти школы признавали материальность и развитие мира. Одни школы считали, что началом всему стал «апейрон» - беспредельное, (все происходит из 4 начал (вода, земля, воздух, огонь). Живые существа и объекты неживой природы образуются по одним и тем же законам апейрона. При этом независимо от того, как возникли предметы и тела окружаю

12


щего мира, они находятся в постоянном изменении в результате борьбы и необходимости взаимодействий. Такой философ, как Гераклит, считал, что жизнь находится в вечном движении, в постоянном разложении и обновлении. Изменения в природе и окружающем мире не целенаправленны, а случайны, обусловлены противоположностью. Основой движения, по Гераклиту, является огонь, из которого возникает все остальное благодаря столкновению противоположностей. Из-за борьбы противоположностей возникает гармония мира. В то же время все живые существа рассматривались как образованные независимо друг от друга.

Такие философы и мыслители, как Левкипп, Анаксагор, Демокрит, стали основателями атомистического учения.

Одни атомисты (Анаксагор) считали, что тела состоят из невидимых частиц - «гомойомер». А первоначальные организмы возникли на Земле из соединения гомойомер неба и земли и приобрели способность размножаться.

Согласно воззрениям Эмпедокла, весь мир слагается из 4 корней (стихий) - огонь, воздух, вода, земля, с участием которых происходит соединение разнородных частиц или их разъединение. Все тела неживой и живой природы рассматривались как производные этих корней. Они по-разному сочетаются между собой, а при их различном сочетании возникает вражда или любовь, которые правят миром, а также разные формы организмов.

Демокрит считал, что в природе неизменны и вечны только атомы. Главный источник разнообразия тел - это величина и форма атомов, их число и расположение, поэтому разнообразие тел обусловлено разнообразием тех комбинаций, которые образуют атомы.

Рождение любой вещи он связывал с соединением атомов, а смерть - с разъединением. Демокрит также считал, что ничто не происходит случайно, все совершается по необходимости. Поэтому живые существа возникают на определенном этапе развития Земли, при насыщении земли влагой и илом. Под действием солнечного света появляются пузыри (оболочка), внутри которых образуются первые животные.

Философские идеи Сократа. Девиз - «познай самого себя». Использование научного метода как способа познания окружающего мира, четкость определений и терминов.

13


Философские идеи Платона. Окружающий мир - это совокупность вещей, трудно постижимых разумом. «Тело мира» создано творцом («демиургом») из некоего «вида сущности бесформенной». В «теле мира» главенствует «мир идей» и в «тело мира» создатель вложил разум в душу, а душу вселил в тело. Вещественный мир превращается при этом в «живое существо» с разумом и душой. Мир идеи - основа материального мира. Появление жизни на Земле совпало с появлением человека.

Философские идеи Аристотеля. В отличие от своего учителя Платона Аристотель исходит из материальности мира. В основе его философии лежат 4 начала: материя, форма, движение и цель. При объяснении явлений живой природы проявлял двойственность - дуализм: пассивная материя и активная форма. Материя зависит от формы, причем форма выступает как причина и цель превращения материи. Движение материи обусловлено механическими и конечными причинами. Развитие материального мира (как пассивного начала) ставится в зависимость от высшей воли - первого толчка.

Первоначальные представления о природе. Большая часть представлений о природе носит мистический и умозрительный или религиозно-мифологический характер.

Древнеиндийские философы рассматривали природу как комплекс 5 элементов: огонь, земля, вода, воздух, эфир. При сочетании с ними вещества организма (слизь, желчь, воздух) образуются остальные существа и их части.

Древнекитайские мыслители (9-7 вв. до н.э.) рассматривали природу как материальную и развивавшуюся естественным путем. При этом они опирались на практику развитого земледелия, скотоводства и медицины. Объекты окружающего мира (деревья, вода, земля, огонь, металлы), согласно их воззрениям, состояли из материальных частиц, взаимодействие которых и составляло эти объекты.

Древние цивилизации Индии, Египта и Китая использовали приемы методического искусственного отбора и одомашнили таких животных, как одногорбые верблюды, кошки, собаки, голуби, гуси, в Индии - куры.

Изучение живой природы в Древней ГрецииДревняя Греция - центр античного мира, в которой зародились

философские и естественные науки.14


Биология. Основателем биологии как науки многие историки биологии считают Аристотеля, который стал первым по времени натуралистом, поставившим научные исследования на новый уровень. Он признавал в окружающем мире одушевленную (живую) и неживую природу. При этом Аристотель выделил три вида души растительная (питающая), чувственная (бескровные животные) и разумная. Растения обладали низшей ступенью развития души (сила питания и роста), животные - более высокой (стремление и чувствования). Научные интересы Аристотеля были разнообразны.

Зоология. Аристотель является основоположником зоологии. Он изучал строение и образ жизни животных и сделал попытку классификации животных по комплексу признаков, разделив их на четвероногих, летающих и рыб. Всех животных он разделил на животных с кровью (энайма) и без крови (анайма). Далее животных с кровью он разделил на живородящих и яйцеродных, а животных без крови - на размножающихся яйцами и возникающих самопроизвольно. Млекопитающие были разделены на парно- и непарнокопытные, рыбы - на хрящевые и костистые.

Аристотель также является основоположником сравнительной анатомии. В работе «История животных» он сравнивает строение животных и человека. В трудах «О частях животных», «О возникновении животных» он отмечает связь формы и функции органов. Как исследователь, он ставит вопрос «Для чего существует орган?» и дает ответ - для выполнения предначертанной цели. Например, язык - речь и вкусовые ощущения, а тело - для души. Изучение связи души и тела, развитие ощущений и умственной деятельности нашли отражение в работе «О душе».

Объяснение существования органов для выполнения предначертанной цели стало основой учения «о конечных причинах и целях природы» (телеологическое учение).

При изучении органов животных он также отмечает, что одни «органы сходны по положению и функциям, другие - одной и той же природы, но различны по форме», это явление аналогии и гомологии органов. Итогом этих исследований стала формулировка «закона корреляции органов».

В целом реализацию цели природы Аристотель изобразил в виде лестницы веществ и существ с усложнением ее ступеней, включая человека. Она основана на принципе «природа без переры

15


вов идет от тел неодушевленных к животным через живые, но не заслуживающие названия животных, поэтому «трудно вскрыть, где собственно границы и где середина этого последовательного ряда... за телами неодушевленными идут сперва растения».

Лестница существ (по Аристотелю)

Ступени лестницы ХарактеристикаЧеловек Душа питающая, чувствующая, движущая и ра

зумнаяЖивотные с кровью Душа питающая, чувствующая, движущаяПереходные формы («зоофиты»)

Душа питающая и чувствующая

Растения Душа питающаяМинералы Без душиЗемля, воздух, вода, огонь

Основа всего

В работах Аристотеля прослеживается идея борьбы за существование в природе. Он отмечал, что животные, обитающие вместе и употребляющие сходную пищу, вступают между собой в борьбу при нехватке последней, и допускал напряженность борьбы между одинаковыми животными.

Аристотель ввел понятие «вид» для отражения одинаковой сущности группы животных, которое стало одним из важных понятий в биологии.

В работе «История животных» Аристотель упоминает об «учении о растениях» и обращает внимание на сходство растений и животных. В частности, он считал, что растения и животные состоят из сходных элементов. У растений есть сравнимые части (кожица и волокна) и несравнимые (корень и лист). Строение органов у растений проще, чем у животных. Питательные вещества земли образуют тело растений. Возобновление и воспроизведение являются характерными чертами растения. При этом он выделяет разнообразные формы размножения у растений. Им было прослежено сходство между яйцом животных и семенем растений в образовании зародыша из части плода, другая часть которого служит ему пищей. При этом и у растений, и у животных он отмечал участие женского и

16


мужского начал в образовании зародыша, однако более активной считал форму, заключенную в мужском начале в виде души.

Идеи Аристотеля применительно к растениям получили развитие в работах ученика Аристотеля Теофраста.

БотаникаТеофраст (371-286 гг. до н.э.) выделил ботанику в самостоя

тельную науку.Он стал первым ученым, который изучал строение, жизнедея

тельность растений, географическое распространение, влияние на растение климата и почвы.

В своих трудах он обобщил все известные ему сведения о растениях и дополнил их многочисленными результатами собственных исследований. Он написал 10-томную «Естественную историю растений», 8-томную «О причинах растений», а также работу «Исследования о растениях».

Теофраст описал и систематизировал 500 видов растений. В работе Теофраста «Исследования о растениях» содержатся сведения о классификации растений, использовании, строении, способах размножения и прорастания семян. При описании растений были даны сведения морфологии растений об их использовании и распространении. В частности, были выделены части растения (простые и сложные листья, в стебле выделены кора, древесина и сердцевина), а также введены такие ботанические понятия, как плод, околоплодник, сердцевина.

До Теофраста было известно существование пола у растений, но он дал характеристику одно- и двудомным растениям на примере финиковой пальмы, у которой выделил мужские и женские растения.

Многие названия, которые использовал Теофраст при описании растений, впоследствии прочно вошли в ботаническую номенклатуру.

Теофрасту принадлежит первая классификация растительного мира. Все растения он разделил на 4 основные группы: деревья, кустарники, полукустарники и травы. Она стала основой для современной классификации жизненных форм растений. В 4 группах выделены соподчиненные группы: культурные и дикорастущие растения, наземные и водные растения, растения вечнозеленые и растения с опадающей листвой, цветущие и нецветущие растения, мор

17


ские и пресноводные растения. А такие растения, как злаки и бобовые, он выделил в отдельные группы по особенностям строения корней, стебля и семядолей у семян.

Теофраст также изучал проблемы роста и размножения растений, описал явление геотропизма, движение листьев, явление листовой мозаики, роль листьев в питании растений. Как практический ботаник разработал приемы прививок плодовых деревьев, основы черенкования растений.

Анатомия и физиология человекаРаботы по вскрытию трупов, которые проводили Герофил и

Эразистрат, позволили получить данные по анатомии животных и человека. Были выделены и изучены нервы, которые разделили на группы. Центром нервной системы считали головной мозг, который состоял, по их мнению, из малого и большого мозжечка, а Эразист- рат выделил в нервах спинного мозга передние и задние корешки. Наличие извилин было ими связано с развитием интеллекта. Каждый орган, по их воззрениям, представлял собой комплекс вен, артерий и нервов.

Аристотель изучает особенности зародышевого развития и наследования признаков у человека.

Гиппократ продолжил развитие идей Демокрита и на основе своих наблюдений заложил основы учения о 4 жидкостях тела (кровь, слизь, черная и желтая желчь), от соотношения которых и появляются все животные. Анатомируя животных, изучал их органы. Головной мозг считал органом умственной деятельности и описал нервы, которые входят в мозг от органов чувств. Гиппократ заложил основы теоретической медицины.

Таким образом, древнегреческие философы и ученые пытались получить истинные знания о состоянии природы в целом. Методологической основой получения этих знаний стали происхождение жизни, классификация и иерархичность в организации природы, связь строения и функций органов, пол и наследственность.

Изучение живой природы в Древнем РимеПокорение Римом на заре новой эры Ближнего Востока позво

лило римским ученым и философам получить доступ к центрам, где хранилось огромное количество рукописей, в частности к Александрийской библиотеке. Работы греческих философов и ученых стали основой для трудов римских ученых, поскольку своих философских

18


идей у них не было. В отличие от древних греков наблюдалось падение интереса к теории, преобладали эмпиризм и практицизм, которые нашли свое отражение в практических исследованиях.

Диоскорид развивает прикладную ботанику и изучает действие лекарственных форм и физиологию растений.

Практические вопросы сельского хозяйства отражены в работе Катона Цензора «О делах деревенских», где описывается возделывание злаков, овощей, плодовых культур, а также подбор домашних животных.

В знаменитой поэме Вергилия «Георгики» содержится много сведений о выращивании культурных растений и даются рекомендации о прививках плодовых культур.

В то же время в ряде работ отражается философский и естественно-научный взгляд на живую природу. Лукреций Кар (1 в. н. э.) в своей философской поэме «О природе вещей» признавал материальность и бесконечность развития Вселенной, возможность существования жизни на других планетах. Он рассматривал растения как предшественников животных, участие мужского и женского начал в воспроизведении и передаче признаков потомству, а также возможность появления признаков далеких предков у потомства. Основа природы - это беспрерывное созидание и разрушение, в результате противоборствующих начал «любви и смерти». Все многообразие живой природы проистекает в бесконечности и многообразии «первичных телец» - атомов, как у Демокрита.

Как и Аристотель, высказывал свои мысли о существующей в природе борьбе за существование.

В этот период также появляются работы энциклопедического характера. Плиний Старший в обширном энциклопедическом труде «Естественная история» изложил обобщенные сведения по анатомии, физиологии, ботанике, медицине, земледелию, садоводству на уровне развития этих наук того времени.

В этом труде также перечислено 1000 видов растений с указанием их произвольной классификации использования. Также есть данные о влиянии на растения почвы, участие насекомых в опылении растений, конкурентных отношениях между растениями за свет.

19


* * *

Античный период развития естественных наук в целом характеризуется материалистическим подходом к познанию природы. В общефилософских воззрениях стихийных философов-матери- алистов древности зарождаются и развиваются такие ведущие идеи, как:

1. Идея о материальности мира.2. Идея развития всеобщности движения.3. Идея естественного возникновения живого.4. Идея причинности развития.Философы древности пришли к ряду важных положений, кото

рые определили дальнейшее развитие научной мысли. К этим положениям относятся:

1. Представления об единстве живой и неживой материи и вытекающие отсюда представления о естественном возникновении живых существ.

2. Единство и многообразие живых форм, воплощенных в «лестнице существ».

3. Представление о всеобщей изменчивости и превращении одних живых форм в другие.

4. Начальные представления о борьбе живых существ за жизнь и выживание наиболее гармоничных и приспособленных форм.

Наиболее важным является то, что идеи древних мыслителей содержали предпосылки основных положений эволюционной теории.

20


Тема II

СОСТОЯНИЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ В СРЕДНЕВЕКОВЬЕ (IV-XIV вв.)

В IV в. на смену античному периоду и рабовладельческому строю пришел феодальный строй средневекового периода, который длился несколько столетий. Он характеризуется следующими особенностями социально-экономических и общественных отношений:

1. В хозяйственной деятельности господствуют натуральное разрозненное хозяйство и, медленно развивающаяся техника, а также отсутствует развитая торговля.

2. Основой господствующей идеологии становится христианская религия. Это приводит к вытеснению античной культуры, философии, науки, как «языческой» культуры. При этом уничтожаются как античные храмы, так и центры культуры и науки (например, знаменитая Александрийская библиотека).

3. В раннем средневековье закладываются основы христианской теологии и философии. Это приводит к тому, что церковная христианская идеология становится господствующей. За всю историю человечества не было времени, когда значение церкви было бы столь велико. В этот период церковь становится не только крупнейшим землевладельцем, потому что многочисленным монастырям принадлежали обширные земли, но вместе с дворянством духовенство составляет господствующий класс. Религия занимает привилегированное положение в сфере духовной жизни, в идеологии. Теологическому мировоззрению подчиняются мораль, философия, искусство. Поэтому в период средневековья религия играет универсальную роль. Она становится системой права, политической доктриной, моральным учением и методологией познания. Все, что отличалось от религиозных воззрений, объявляется ересью. Поэтому церковью было образовано такое учреждение, как инквизиция (от лат. inquisitio - розыск), назначением которой было искоренение ереси; при этом осужденные публично сжигались на костре.

4. Доминирующим философским мировоззрением в Средние века становится схоластика (от геч. Sholastikos) - европейская средневековая философия, которая представляет собой син

21


тез христианского (католического) богословия и логики Аристотеля.

5. Упадок городской культуры и низкий уровень образованности населения. Образование в тот период было малодоступным для большей части населения. Это было связано с тем, что обучение и воспитание носило сословный и религиозный характер, осуществлялось в церковных школах - соборных и монастырских. Соборные школы давали религиозное и светское образование. В позднее средневековье соборные школы, которые давали более широкое образование, чем монастырское, были преобразованы в общие школы, а затем и в университеты. Монастырские школы существовали при монастырях, которых в Западной Европе было очень много, готовили в основном служителей культа (священников и монахов).

Развитие научных знанийГосподство христианской церкви в Западной Европе привело к

тому, что прогрессивное в научном плане развитие естественных наук в античный период сменяется периодом застоя развития научных знаний в эпоху средневековья.

Креационизм и господство схоластики определили развитие науки в период средневековья.

Развитие науки в раннем средневековье.Первые христианские теологи - отцы церкви - создавали цер

ковные догматы, используя при этом науку и философию античного периода, с которой они были хорошо знакомы, так как получили классическое образование. Однако основной целью первых христианских теологов стало опровержение античного научного наследия и утверждение нового теологического мировоззрения.

Авторитетом в вопросах религии и философии средневековья был Блаженный Августин (354-430). Он является автором догматов церкви, при создании которых использовал науку и философию античности. В трудах Блаженного Августина была сформулирована концепция креационизма (от лат. creation - создание, творение), согласно которой все многообразие органического мира является результатом сотворения их Богом. Целесообразность живых организмов рассматривалось им как доказательство всемогущества Творца. Блаженный Августин считал, что законы природы должны служить для вечного благословления творца. С этой позиции все известные данные наук о природе Аристотеля, Теофраста, Галена, которые он

22


использовал в своих трудах, имели, по его мнению, ценность, если они не противоречили религии и свидетельствовали о мудрости и всемогуществе Бога.

Кроме Августина Блаженного к отцам церкви относится епископ Кесарии (Малая Азия) Василий Великий (329-379). Он считал, что достижения античной культуры можно использовать в интересах христианства, если они не противоречат догмам религии.

При этом отцы церкви не только отрицали те научные знания, которые были изложены в трудах античных ученых и философов, но и «исправляли» их в интересах церкви. Блаженный Августин в своих трудах опровергает тезис Аристотеля о вечности материи, делает вывод о том, что материя была создана Творцом, который «сотворил небо и землю из ничего». Лестница существ Аристотеля была дополнена новыми ступенями, на которых были расположены ангелы и архангелы, выполняющие волю творца. А Василий Великий в своем труде «Книга бытия», отрицал влияние на растения факторов внешней среды, а во всех проявлениях строения и жизненных процессов растений усматривал мудрость творца. В книге «Шестиднев», которая содержала географические и зоологические сведения о живой природе, он отрицал взаимосвязь растений и солнечного света на основании того, что Бог создал растения на третий день творения, а солнце и луну - на четвертый.

В этот период в научном мире появляются труды о природе, которые часто носят мифологический характер. Это сборники безымянных авторов «Бестиарий» и «Травники». Они содержали сведения о животных и растениях, упоминаемых в библии. Бестиарий (от лат. bestia,«зверь») - средневековый сборник зоологических статей (с иллюстрациями), в которых подробно описывались различные животные в прозе и стихах, главным образом с аллегорическими и нравоучительными целями. Кроме существующих животных в ней описывались и мифологические животные (например, единорог и грифон). В «Травниках», сборниках с описанием лекарственных растений, наряду с нормальными рецептами приводились фантастические рецепты о применении трав. Например, если взять корень тростника в руку, то с них спадут любые цепи.

Таким образом, научные знания в этот период носили разрозненный, часто мифологический характер. Наука полностью отрица

23


лась и считалась большим грехом. Распространению таких знаний способствовало то, что центрами образования были монастыри, в которых преобладало телеологическое образование.

Труды византийского богослова и философа Иоанна Дамаски- на (675-753) способствовали упорядочению наук под эгидой церковных догм и на основе аристотелевской логики. Он заложил основы схоластики, которая развивалась теологами среднего и позднего средневековья.

Схоласты активно использовали как Священное Писание, так и наследие античной философии. Они считали, что всякое знание имеет два уровня. Один уровень - это «сверхъестественное» знание, которое дается в «откровениях» свыше. Другой уровень - это знание, которое познается разумом человека.

Развитие науки в позднем средневековьеВ X-XI вв., несмотря на то, что наука испытывала сильное

давление со стороны церкви, продолжалось накопление знаний о живой природе. Это было связано с тем, что культурная обстановка в средневековой Европе стала меняться. Большую роль в этом процессе сыграли следующие факторы:

1. Развитие торговли и расширение связей между странами.2. Крестовые походы. Они проводились под эгидой церкви в

XI-XV вв. с целью освобождения Палестины, в первую очередь Иерусалима (с Гробом Господним), от мусульман, однако позднее крестовые походы велись и ради обращения в христианство язычников. Во время этих походов европейцы познакомились с культурой других стран и привозили в Европу не только материальные и культурные ценности, но также растения и животных.

Эти факторы привели к тому, что в городах и монастырях стали скапливаться большие богатства, в результате развития хозяйства возникла потребность в увеличении числа образованных людей. С IV века в церковных школах, которые существовали в европейских городах, давалось только начальное образование, там готовили священников, переписчиков рукописей, учителей. Преподавание велось на латинском языке. Главным предметом считалась логика, которая способствует развитию мысли. Кроме этого, ученики изучали грамматику, риторику, музыку, арифметику, геометрию и астрономию. С XI в. уровень образования стал отставать от уровня

24


развития городской экономики и культуры, поэтому в городах возникают университеты, в которые преобразуются соборные школы.

Роль университетов в развитии науки в эпоху средневековьяВ крупных городах появляются первые университеты, которые

принято называть материнскими. Университеты представляли собой свободные корпорации учеников и преподавателей, которые имели привилегии, установленные программами, дипломами, званиями.

Первые университеты появились в Болонье (1088 г.), Париже (1200 г.), Оксфорде (начало XIII в.) и Саламанке (1227 г.). Затем были основаны и другие университеты: 1220 г. - университет в Монпелье, 1222 г. - Падуанский, 1224 г. - Неаполитанский, 1229 г., Орлеанский, Тулузский, 1347 г. - Пражский, 1364 г. - Краковский, 1365 г. - Венский, 1386 г. - Гейдельбергский, 1409 г. - Лейпцигский. К 1500 г. в Европе существовало 80 университетов. В них обучались тысячи школяров и студентов. Например, в Болонском университете обучалось около 10 тысяч студентов, а в Парижском университете в середине XIV в. - около трех тысяч человек.

Хотя университеты по-прежнему удовлетворяли нужды государства и церкви, однако они были относительно автономны от местных (в том числе и городских) властей, имели свой устав, который регламентировал университетскую жизнь. Обычный средневековый университет состоял из 4 факультетов, подготовительного факультета «свободных искусств» и трех высших - богословия, юридического и медицинского.

Университеты отличал и особый дух свободного братства, в котором не было сословных различий, потому что студентами становились дети не только дворянского сословия, но и крестьян и ремесленников.

С течением времени в университетах начала складываться своя специализация. Так, в Болонье обучались юристы, в Саламанке, Монпелье, Солерно - медики.

В результате деятельности университетов появилось новое профессиональное сословие ученых, наряду с церковной и светской властью появляется власть интеллектуалов, которые оказали большое воздействие на духовную культуру общества и ее социальное развитие.

25


В университетах начинался процесс формирования и систематического изучения гуманитарных и естественных наук. При этом все науки были еще долгое время подчинены теологии. В то же время изучение в университетах грамматики, логики, математики, медицины, физики, этики, т.е. наук, опирающихся только на разум, способствовало в рамках университетского обучения соединения разума и веры, как и изучение студентами работ античных ученых Аристотеля, Платона, Евклида, Архимеда, Птолемея, Гиппократа и др. А новые формы преподавания: лекции и семинары, где постоянно шли дискуссии, развивали у студентов способность к критическому осмыслению событий и установлению истины.

В университетах работали выдающиеся ученые того времени. Их взгляды оказали большое влияние на развитие науки в средневековье.

Схоластические воззрения Альберта Великого и Фомы А квинского и их влияние на развитие науки

Выдающимся ученым был Альберт Больштадский (1193-1280), философ и богослов, который вошел в историю науки как Альберт Великий. Он преподавал в Кельне и парижском университете. Альберт Великий обладал многочисленными познаниями в разных областях, в том числе и в естествознании. Он был последователем Аристотеля и хорошо знал не только его труды, но и Теофраста, Плиния, Дамаскина, Галена, Ибн-Сины. Его труды представляли собой компиляции из работ этих ученых и собственных суждений.

Работы Альберта Великого «О растениях» и «О животных» можно считать естественно-научными энциклопедиями, где обобщены разрозненные данные из трудов древних авторов.

По словам известного биолога Э. Майера, по обширности знаний Альберт Великий является выдающимся ботаником после Теофраста. Содержание 7 томов книги «О растениях» включало:

- морфологию растений (строение стволов, форма и величина листьев, окраска плодов и др.),

- жизненные формы растений (деревья, кустарники, полукустарнички, травы),

- функции растений (питание, размножение, зимний покой),- практические советы о способах обработки земли, посевах и

прививках растений.

26


В то же время обсуждались такие вопросы, как наличие души у растений и одомашнивание диких растений в культурные путем изменения условий выращивания. Последние тома содержали описание различных растений и их использование, приведенные в алфавитном порядке.

В области зоологии он создал 22-томный труд «О животных», который представлял собой компиляцию из работ древних авторов. В то же время он дает описание животных, неизвестных древним авторам (например, кашалот, рыба-меч) и приводит новые данные о жизни некоторых животных.

Как и ученые древности, Альберт Великий проводит аналогии между растениями и животными и указывает на наличие различий между ними, а также черты сходства. Например, сходство между функциями корня и рта животных в питании. Грибы он считал организмами, промежуточными между растениями и животными.

В своих трудах Альберт Великий пытался соединить философию и богословие, поэтому он признавал наличие души у растений, которая выполняла функции роста, питания и размножения.

Кроме того, благодаря комментариям к трудам Аристотеля он положил начало перестройке и систематизации католического богословия на основе логики Аристотеля. Альберт Великий стал применять дедуктивную логику в теологии как инструмент для доказательств догматов церкви. В дедуктивной логике доказательства идут от общего к частному, и в качестве «общего» он поставил догматы церкви.

Эти идеи Альберта Великого были продолжены его учеником Фомой Аквинским (1225-1274), авторитетным католическим философом и теологом, который соединил христианское вероучение с философией Аристотеля. Его желание окончательно связать веру и знания привело к тому, что как теолог он считал, что природа создана и управляется Богом, а созерцание творений природы должно приближать человека к «бессмертному и вечному», и утверждал, что природа завершается в благодати, разум - в вере. А как философ он вводит категории материя и форма. При этом материя рассматривается им как возможность, а форма - как действительность. Используя основные идеи Аристотеля о форме и материи, Фома Аквинский всецело подчиняет им учение религии. Ничто материальное без формы не существует, а форма зависит от высшей фор

27


мы или «формы всех форм» - Бога. Бог же - существо чисто духовное. Только для телесного мира необходимо соединение формы с материей. Познание этого процесса может достигаться только за счет веры, а природа - иллюстрация истины божественного откровения. Таким образом, как философское познание, так и естественная теология основываются на аналогии сущего - в сверхъестественном откровении.

В то же время некоторые взгляды Фомы Аквинского вызывают интерес у биологов, например на бытие материальных вещей. Он считал, что во всякой вещи столько бытия, сколько в ней актуальности. Соответственно он выделяет четыре уровня бытия вещей, которые объясняют, каким образом форма реализуется в вещах. Эти уровни сходны с «лестницей существ» Аристотеля. На низшей ступени бытия форма составляет лишь внешнюю определенность вещи; к ней относятся неорганические стихии и минералы. На следующей ступени форма предстает как конечная причина вещи, которой поэтому присуща целесообразность, названная Аристотелем «растительной душой», - это растения. Третий уровень - животные, здесь форма является действующей причиной, поэтому сущее имеет в себе не только цель, но и начало деятельности, движения. На четвертой ступени форма предстает сама по себе, независимо от материи. Это дух, или ум, разумная душа, высшее из сотворенных сущих. Не связанная с материей, человеческая разумная душа не погибает со смертью тела. Поэтому разумная душа носит у него имя «самосущего». В отличие от нее чувственные души животных не являются самосущими, поэтому души животных погибают вместе с телом, тогда как человеческая душа бессмертна. Как и Аристотель, Фома Аквинский рассматривает разум как высшую среди человеческих способностей.

На основе этих взглядов Фома Аквинский ввел представлениео качественной разнице между человеком и животными, решив проблему разума и инстинкта. По его мнению, у животных может быть только чувственное восприятие, а их поступки определяются инстинктами, унаследованными от родителей. И только человек, в которого Бог вдохнул бессмертную душу, разумом и способен познавать истину, т.е. существование Бога.

28


Альберт Великий и Фома Аквинский в своих трудах окончательно оформили схоластику как ведущее философское учение средневековья.

Представление о природе в этот период опиралось на библейское представление сотворении мира: мир создан богом, он - реальное воплощение его идей; все явления природы - это проявление божественного промысла. Для античных философов природа - действительность, для ученого из средневековья - лишь символ божества.

Поэтому в отличие от ученых античности ученый средневековья не мог описывать природу без привлечения религиозного толкования наблюдаемых явлений и описаний. Например, за животными, равно как и за растениями, закреплялись символические знаки, толкуемые в строго определенном, не терпящем разночтений смысле. Это во многом определяло их собственно биологическое описание. В мире животных ягненок и единорог - символы Христа; голубь - символ Святого Духа; дракон, змей и медведь - символы дьявола и т.п. В мире растений виноградная лоза - знак Христа; лилия - невинность; кедр - стойкость и т.п.

Источниками сведений о биологических знаниях служили в основном труды ученых античности Аристотеля, Теофраста, Плиния, Галена и др. Господство схоластики в толковании явлений живой природы тормозило развитие естественных наук, в том числе и биологии.

В это же время (позднее средневековье) на фоне схоластических и фантазийных представлений о природе в обществе появляются прогрессивно мыслящие люди, идеи которых предопределили прогресс развития естественных наук в эпоху Возрождения. К таким людям можно отнести английского философа и естествоиспытателя Роджера Бэкона ((1214-1292). Он первым предпринял попытку освободить естествознание от оков церкви. Роджер Бэкон преподавал в Парижском и Оксфордском университетах. Во время своей работы в Парижском университете приобрел известность благодаря своим спорам со схоластами. Он считает, что истинные знания, в том числе и о природе, можно получить только путем наблюдений и опытов - «без опыта нет знания». Основой его взглядов служит тезис о том, что природа управляется естественными законами без участия свыше. Научные авторитеты, по мнению Бэкона,

29


необходимо почитать, но не забывать об их ошибках. Поэтому каждому авторитету он предлагает противопоставить разум и опыт как взаимосвязанные предпосылки получения точных знаний. И только с достижением этих знаний можно управлять природой. Интересными для науки являются взгляды Бэкона на опыт. Он выделял несколько типов опыта:

1. Реальный жизненный опыт, приобретаемый в течение жизни.

2. Опыт-доказательство, полученный через внешние чувства, который теперь используется научных исследованиях.

3. Духовный опыт, который характерен только для избранных людей через внутреннее озарение, том числе и научное. Этот опыт определяет роль интуиции в науке.

В то же время как человек своей эпохи Роджер Бэкон значение науки видел и в укреплении религиозного сознания через познание результатов творения путем наблюдений. Однако, несмотря на свои заблуждения Роджер Бэкон стал такой же крупной величиной, как Леонардо да Винчи в эпоху Возрождения, а его представления о значении опытов и наблюдений получили развитие в дальнейшем.

***

По сравнению с античным периодом в средневековье наблюдался застой в развитии познания природы, несмотря на то, что авторитет научных античных мыслителей сохранялся, а их труды активно использовались работах средневековых ученых.

В Средние века биологической науки как таковой не существовало. Она была лишь придатком к медицине и философии, положительные биологические знания касались лишь практических аспектов использования животных и растений, а также медицины.

Доминирование схоластических представлений при объяснении явлений живой природы, сопровождалось утратой интереса к естествознанию и сдерживало развитие естественных наук. Поэтому в области изучения живой природы, наблюдался отход от наблюдений над явлениями живой природы и появляются многочисленные схоластические школы, которые объясняли все эти явления с позиций теологии.

30


Тема III

ИЗУЧЕНИЕ ЖИВОЙ ПРИРОДЫ В ЭПОХУ ВОЗРОЖДЕНИЯ (XIV-XVI вв.)

Длительный период средневековья был неблагоприятен для развития естественных наук в силу ряда причин: феодальная раздробленность, бесконечные междоусобные войны, господство религии. В то же время в период средневековья продолжалось накопление эмпирических знаний, хотя они зачастую переплетались с мистикой и фантастикой и учитывались интересы религии. Основными хранителями знаний являлись некоторые монастыри, в библиотеках которых находились древние манускрипты и работы Теофраста, Диоскорида, Плиния Старшего. Однако в связи с засильем церкви невозможны были какие-либо научные обобщения.

Креационистские взгляды на происхождение жизни и господство церкви в эпоху средневековья сдерживали развитие науки. Поэтому для развития научной мысли необходимо было освободить науку от церкви и вернуться к непосредственному изучению явлений природы.

Эпоха ВозрожденияВ XIV в. средневековый период сменяется периодом, который

принято называть эпохой Возрождения или периодом Ренессанса, который начался в городах Италии (Венеция, Флоренция). Эпоха Возрождения ознаменовалась пробуждением интереса к античной культуре, «открытием» заново сочинений древних авторов и стремлением к изучению местной природы отдельных стран и княжеств. Развитию естествознания эпохи Возрождения во многом способствовали работы Л. да Винчи, а также возвращение естествознания на материалистический путь познания живой природы и освобождение ее от схоластических воззрений средневековья.

Предпосылки развития науки в эпоху Возрождения

Развитию науки в эпоху Возрождения способствовало несколько факторов.

Развитие производства и торговли

31


XIV век - это век распада феодального общества и зарождения новых капиталистических отношений в Италии. В этот период центрами торговли в Европе становятся Венеция и Флоренция. Через эти города проходят пути торговли с арабским миром, из которого в Европу поступают пряности, шелковые ткани и драгоценности.

Развитие производства и торговли привели к накоплению богатства в городах Европы и появлению нового класса - торговой буржуазии, который был заинтересован в развитии промышленности. Для этого требовалось много сырья. Поэтому, чтобы не зависеть от дорогих товаров арабских купцов для поиска новых источников сырья и товара были организованы многочисленные морские экспедиции. Цель этих экспедиций - поиск новых морских путей в Индию, Китай, откуда поступали товары и сырье. Эпоха Возрождения - это эпоха Великих географических открытий и колониальной экспансии европейцев. Во второй половине XV в. Васко де Гама открыл морской путь из Европы в Индию, Х. Колумб открыл Америку, А. Веспуччи - Южную Америку. Из завоеванных европейцами колоний в Европу привозили не только золото, серебро, пряности, рабов, но и экзотические растения и животных.

Возрождение интереса к науке и искусствуБогатые классы Европы - короли, католическая церковь, бур

жуазия - покровительствуют науке и искусству. Они строят дворцы, украшают их скульптурами и полотнами художников. В этот период возникает интерес к античной культуре и искусству. Одним из прогрессивных начинаний класса буржуазии стало стремление к развитию науки и освобождению ее от церкви, поэтому научная мысль также возвращается к лучшим традициям античности. В общефилософских представлениях о природе происходит отход от мифологических и схоластических воззрений на природу, характерных для средневековья, и формирование материалистических учений на основе непосредственного изучения живой природы. Этому способствуют идеи гуманистов разных стран (Э. Роттердамский, У. Гуттен, Т. Мюнцер), которые выступали против церкви за идеи гуманизма. А ученые (Д. Бруно, Ф. Бэкон, Н. Коперник, Г. Галилей) фундаментальными исследованиями в естествознании нанесли удар по схоластике средневековья.

Изобретение книгопечатания. Распространению науки и идей гуманизма способствовало изобретение И. Гутенбергом в 40-х го

32


дах XV в. книгопечатания. В 60-х гг. XV в. возникает множество типографий, а к 1500 г. было издано более 30 тысяч названий книг - и церковных, и светских. Были переведены и напечатаны труды Аристотеля, Теофраста, Плиния, Галена. С 30-х гг. XVI в. начинает издаваться серия ботанических и зоологических монографий.

Создание университетов, ботанических садов. Развитие науки и культуры в XV в. также связано с развитием городского уклада жизни, что потребовало открытия университетов, в которых изучались философия, естествознание и медицина. Старейшими университетами Европы стали университеты в Болонье, Париже, Риме, Кембридже. В 1533 г. была создана первая кафедра ботаники в университете итальянского города Падуя.

Большой вклад в изучение растительного мира внесли ботанические сады. Предшественниками ботанических садов в Европе были сады для выращивания лекарственных растений, существовавшие при монастырях с IV в. Первые ботанические сады появились в Италии. Они стали первыми ботаническими центрами, основной целью которых стало собирание, описание и систематизация местных и иноземных видов растений, иногда с целью интродукции растений и акклиматизации.

Развитие наук о живой природе в эпоху Возрождения

С позиции развития науки эпоху Возрождения можно охарактеризовать как период накопления и систематизации большого количества научных фактов. В эпоху Возрождения было получено огромное количество новых данных о растениях и животных, что связано с развитием мореплавания, медицины и сельского хозяйства. Поэтому в течение этого периода происходит своеобразная «инвентаризация» растительных и животных форм. В период с XIV поXVI вв. в развитие биологии можно характеризовать как метафизический, где сбор и описание большого объема растений и животных рассматривается с позиций телеологического подхода к изучению живых организмов и представлений о неизменности видов.

Развитие ботаники.Ботаника XV-XVII вв. - это период расцвета описательной бо

таники, который связан с развитием ботанических исследований флоры в разных странах Европы. К XVI в. у ботаников накопилось

33


большое количество фактов о местной флоре отдельных стран, княжеств, районов. Великие географические открытия резко расширили представления ботаников о богатстве и разнообразии растений, привезенных во время морских путешествий из Африки, Америки, Индии. Поэтому новая инвентаризация богатств растительного мира и построение новой ботанической системы становятся сXVI в. важными научными задачами, тесным образом связанными с хозяйственными нуждами эпохи.

С XV в. начинается описание флоры в разных странах Европы. Первым по времени ботаническим трудом эпохи Возрождения стал трактат немецкого натуралиста Отто Брунфельса (1488-1534) «Подлинные изображения трав» (Herbarium vivae eicones), которая вышла в 1530 г. Это был атлас растений Германии с несколькими сотнями рисунков, выполненных с натуры. К каждому рисунку прилагалось описание растения, давалось его название на немецком, греческом, и латинском языках.

Большой популярностью у ботаников пользовался труд Иеронима Бока (1498-1554) «Новый травник», где были даны подробное описание и рисунки 165 растений, сведения о времени зацветания этих растений, их распространении и характеристике местообитания. Он также систематизировал растения по группам, выделив группы дикорастущих растений с душистыми цветками, клевер, злаки, кормовые деревья и кустарники. В книгах первых травников К. Геснера (1544), П. Маттиоли (1562), М. Лобелиуса (1576), которые приводили описания растений, системы не было, а описания растений приводились по сходству их внешнего строения, поэтому, например, разные виды клевера группировались по сходству их тройчатых листьев.

Эту эпоху называют эрой «Отцов ботаники», так как эти исследователи положили начало собиранию, описанию и изображению растений, она также известна и как «описательный период» в истории систематики растений.

К «Отцам ботаники» относят таких ученых, как Отто Брун- фельс, Иероним Бок, Леонхарт Фукс. Они составили многотомный травник «Книга трав» (1530) с описаниями и зарисовками растений, который послужил своеобразным лечебным каталогом- справочником для лекарей того периода.

34


К. Баугин (1560-1624), И. Баугин (1541-1613). Большой вклад в описательную ботанику и систематику растений внесли шведские ботаники - братья И. и К. Баугины. И. Баугин в книге «Естественная история растений» описал 4000 видов растений. Его брат К. Баугин много путешествовал по странам Европы, изучая растения этих стран. В 1623 г. он издал свой труд «Pinax theatric botanic!». Ко времени написания книги разные авторы, которые занимались описанием растений, давали им свои названия, поэтому в названиях растений существовали беспорядок и неразбериха. К. Баугин в своем труде на основе обзора почти всей существующей к тому времени ботанической литературы и описания изученных им 6000 видов растений сделал попытку систематизировать все имеющиеся к тому времени данные о растениях, т.е. разработать естественную систему растений на основе сходства видов по комплексу признаков. При описании растений К. Баугин строго разграничил понятия «вид» и «род». Для удобства расположения материала он разделил свой труд на 12 глав («книг»), а каждую книгу разделил на секции. По признакам сходства все растения были разбиты на 12 групп или классов. Большой заслугой К. Баугина как ботаника можно считать, что он в своей работе заложил основы классификации растений и зачатки бинарной номенклатуры.

К концу 16-го столетия в ботанике накопилось много фактического материала, связанного с описанием растений, поэтому необходимо было привести все эти данные в определенную систему, которая бы помогала ориентироваться в этом многообразии растений для удобства пользования им. Таким образом, в ботанике возникла потребность в классификации растений. В ответ на эту потребность появились первые системы растительного царства, т. е. первые классификации растительного мира, которые носили искусственный характер, потому что ботаники, которые их составляли, закладывали в их основу произвольно взятые отдельные признаки растений. При этом значение признаков оценивалось субъективно, например, за основу группирования растения могли быть взяты такие признаки, как строение венчика или признаки плодов и семян. В то же время все системы были в той или иной степени иерархичны.

Андреа Чезальпино (1519-1603). Одной из таких искусственных классификаций растений является принципиально новая система итальянского ботаника Андреа Чезальпино, которую он изложил

35


в своем труде «16 книг о растениях» (1583). Эту классификацию Чезальпино составил, изучив все имеющиеся к тому времени многочисленные данные по морфологии растений. При составлении классификации он применил дедуктивный подход Аристотеля - от общего к частному.

Морфолог и систематик Чезальпино использовал объективные диагностические признаки для определения растений, опираясь на особенности строения плодов, цветков и семян, число семян в плоде и др. Как и Аристотель, одним из важных диагностических признаков Чезальпино считал наличие «души» у растений и ее положение в растении. Например, он считал, что душа растения находится в его сердцевине. Он также различал отделы, роды и виды растений.

В основу классификации Чезальпино положил 4 категории жизненных форм Теофраста, но объединил их в две группы:

1. Древесная (деревья и кустарники).2. Травянистая (полукустарники и травы).В пределах этих групп он выделил 15 «классов» например:1 «класс». Деревянистые растения. Сердце у верхушки семени.

Семена одиночные (Tilia, Laurus, Ргипш).3 «класс». Травянистые. С единичными семенами. Семя в плоде

одно (Valeriana, Gramineae).10. Семена четверные. 4 голых семени расположены вместе

(плод, распадающийся на 4 односемянные части) (Boraginaceae, Labiatae).

13. Семена многочисленные, цветок общий (цветок с апокарпным гинецеем). Сердце внутри общего неразделенного цветка, помещается ниже плодов (Ranunculus, Alisma).

По диагностическим признакам А. Чезальпино выявил степень родства в пределах деревьев, кустарников и трав (семенные), водорослей, мхов, папоротников (бессемянные).

В целом, несмотря на искусственность классификации, которая была скорее не классификацией растений, а их признаков, заслугой Чезальпино является то, что он постарался привести в порядок ботанический материал. Кроме того, А. Чезальпино является автором первого общего учебника ботаники «De plantis», который был опубликован в 1583 г.

36


Развитие зоологииВ зоологии, как и в ботанике (XIV-XVI вв.), происходило ак

тивное накопление фактического материала о животном мире. Ученые-зоологи изучали отдельные группы животных, результаты своих исследований отражали в книгах. Такой труд по изучению рыб был выпущен Г. Ронделем, по птицам - П. Белоном, насекомым - Т. Моуфетом. В этих трудах приводились описание животных, их представления об образе жизни и организации животных.

Кроме описания представителей животного мира зоологи собирали и описывали палеонтологические находки остатков ископаемых животных: моллюсков, плеченогих, иглокожих, рыб и млекопитающих, из которых потом составлялись коллекции.

Зоологические исследования отличались от ботанических нечеткостью классификаций и терминологий. Например, швейцарский зоолог К. Геснер (1516-1565) выпустил труд «История животных», где было описание всех известных к тому времени позвоночных животных, а также особенности строения, жизнедеятельности, инстинктов и распространения. При этом животные были перечислены в алфавитном порядке. Однако ясности о видах и четкой формулировки терминов не было.

Английский естествоиспытатель Дж. Рей кроме классификации растений осуществил попытку классифицировать животных. Взяв за основу идеи Аристотеля, он разделил животных на позвоночных (кровеносных) и беспозвоночных (бескровных). Позвоночных животных он, в свою очередь, разделил на легочно- и жабернодыша- щих, среди которых выделил живородящих и яйцекладущих. А беспозвоночных - на мягкотелых, ракообразных, черепнокожих и насекомых.

В целом описательный период в зоологии этого времени развивался более медленно, чем в ботанике.

Развитие анатомии и физиологии

XIV-XVI вв. - это период изучения анатомии и физиологии организмов человека и животных, в котором наблюдалось развитие идей Леонардо да Винчи по сравнительной анатомии.

Методологическим принципом изучения жизнедеятельности живых организмов стал принцип детерминизма, устанавливающий

37


причинно- следственную связь явлений. Это проявилось в том, что анатомы и физиологи стремились связать анатомическое строение соответствующего органа с его функцией.

Андреас Везалий (1514-1564). Как анатом и физиолог своими исследованиями в области анатомии он поднял на новый уровень описательную анатомию и изучение топографии органов. В 1543 г. он издает труд «Семь книг о строении человеческого тела», где подробно описываются особенности строения тела человека и методы препарирования органов. При описании органов он полностью опирается на данные, полученные при препарировании органов. Это отличает его работы от трудов других исследователей, которые допускали некоторые фантазии при описании органов. В то же времяА. Везалий в соответствии с идеями античных ученых пытался связывать деятельность органов с наличием некоего жизненного духа.

Г. Фаллопий (1523-1562) изучил детали строения органов слуха и женских половых органов, а также провел сравнительный анализ особенностей строения сочленения (швов) костей у детей и взрослых.

В. Евстахий (1510-1574) - рассмотрел особенности строения зубной системы, уха и почек.

Д. Фабриций (1537-1619) - органы пищеварения.Ф. Глиссон (1597-1677) - строение и функции печени.М. Сервет. Р. Коломбо изучили малый круг кровообращения

38


Тема IV

МЕТАФИЗИЧЕСКИЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯв XVI-XVII вв.

Этап общественно-экономического развитияСередина ХV в. характеризуется распадом феодального обще

ства и зарождением новых производственных капиталистических отношений. Возникает класс буржуазии, который заинтересован в развитии промышленности и в новом сырье для развития производства. С целью поиска новых растений для промышленности организуется ряд морских экспедиций. Поиск Индии - страны, где произрастало много пряных и пищевых растений, привело к открытию Америки (Х. Колумб), Южной Америки (А. Веспуччи), морского пути в Индию (В. де Гама). В Европу привозили много разных новых видов растений и животных, которые успешно культивировались в странах Европы. Великие географические открытия резко расширили представления о богатстве и многообразии растительного и животного мира.

Развитие науки и культуры в ХV в. также связано с развитием городского уклада жизни, что потребовало открытия университетов, где изучались философия, естествознание и медицина.

Одним из важных факторов, способствующих развитию науки и распространению научных и философских идей, стало появление европейского книгопечатания (1465). Распространение в ХV в. книгопечатания и совершенствование техники гравировки сделали возможным издание книг, в том числе и научных трудов, с которыми могли ознакомиться все желающие.

Вторая половина ХV в. - эпоха возрождения науки, культуры, философии.

Философские идеиКреационистские взгляды на происхождение жизни и господ

ство церкви в эпоху средневековья сдерживали развитие науки. Поэтому для развития научной мысли необходимо было освободить науку от церкви и вернуться к непосредственному изучению явлений природы. Этому способствовало то, что большое количество новых видов растений и животных, завезенных в Европу многочисленными географическими экспедициями, требовало систематиза

39


ции, анализа и обобщения. Философские идеи Ф. Бекона, Р. Декарта, Б. Спинозы о примате материи над идеей и необходимости поиска причин многообразия и сложности предметов и явлений природы способствовали возвращению естествознания на материалистический путь познания живой природы и освобождению ее от схоластических воззрений средневековья.

Развитие естественных наукДлительный период средневековья был неблагоприятен для

развития естественных наук в силу ряда причин: феодальная раздробленность, бесконечные междоусобные войны, господство религии. В то же время в период Средневековья продолжалось накопление эмпирических знаний, хотя они зачастую переплетались с мистикой и фантастикой и учитывались интересы религии. Основными хранителями знаний являлись некоторые монастыри, в библиотеках которых находились древние манускрипты и работы Теофраста, Диоскорида, Плиния Старшего. Однако в связи с засильем церкви невозможны были какие-либо научные обобщения.

Развитие биологии в период XV-XVII вв. можно характеризовать как метафизический, или «описательный», период.

БотаникаБотаника XV-XVII вв. - это период расцвета описательной бо

таники, что связано с развитием ботанических исследований по изучению флоры в разных странах Европы. Прогрессу описательной ботаники способствовали следующие факторы:

- появление первых ботанических садов в Италии (XIV в.), которые сначала возникали как «медицинские» и предназначались для выращивания лекарственных растений, а затем стали центрами по изучению и описанию растений.

- в начале 16-го столетия появился метод гербаризации растений как метод хранения растительных образцов для их изучения.

- распространение книгопечатания и совершенствование метода гравировки сделало возможным появление специальных ботанических сочинений - травников с описаниями и изображениями растений, доступных для всех, кто интересовался ботаникой. Например, книга «Новый травник» И. Бока.

И. Юнг. В начале XVII в. он закладывает основы морфологии и органографии растений, подробно описал различные формы стеблей, листорасположения, многообразие форм листьев, соцветий

40


(колос, зонтик, кисть и др.). Изучив органы растений, Юнг выделил комплекс диагностических морфологических признаков, включая особенности габитуса растений, которые легли в основу определения растений.

Дж. Рей (1627-1705). Большое влияние на развитие систематики оказали труды английского естествоиспытателя Дж. Рея. В своих исследованиях он использовал идеи И. Юнга.

Дж. Рей ввел в биологию понятие «вид», определив виды как «формы.., сохраняющие свою специфическую природу, ни одна из них не возникает из семени другой формы». Кроме таксона вид он выделил такие таксоны, как род и класс. Как систематик он разделил растения на 31 группу, дал видам четырехчленную классификацию, выделив при этом виды, роды, классы, причем классы были расположены в порядке усложнения их организации.

В работе «История растений» осуществлена попытка классифицировать растения. В качестве главных диагностических признаков он взял плоды, цветы, их расположение, особенности чашечки и венчика, форму и строение листьев, особенности корневой системы, все растения были разделены на две группы:

- совершенные (одно- и двусемядольные).- несовершенные (водоросли, мхи, лишайники, хвощи, папо

ротники).Эта классификация соответствует разделению на деревья и

травы, как у Теофраста и Чезальпино.Одной из основных задач ботаники Дж. Рей также считал по

строение филогенетической системы растений, основу которой должен составлять комплекс признаков.

Ж. Турнефор (1656-1708). Как систематик французский ботаник Ж. Турнефор установил четкую систему таксономических категорий - класс, секция, род, вид, а также их соподчиненность. Заслугой Турнефора является то, что он дал понятие о роде растений, и составил четкие диагнозы 700 родов растений, проиллюстрировав их точными аналитическими рисунками. Он описал более 1000 (500) новых видов растений и создал удобную, но искусственную классификацию растений. В основу заложены такие диагностические признаки, как строение цветка и венчика, которые он считал главными при изучении растений. Цветки он разделил на лепестковые и безлепестковые, а лепестковые цветки - на одно- и многоле

41


пестковые. На основании этих признаков все растения он разделил на 18 классов: розоцветные, губоцветные, крестоцветные, мотыльковые, злаковые и др.

Важнейшим открытием в биологии стало изобретение микроскопа в 1590 г. Йоханнесом и Захариасом Янссенами (по другим данным, Г. Галилеем в XVII в.), что подняло на качественно новый уровень изучение биологии и заложило основу инструментальной методологии исследований.

Использование микроскопа привело к открытию растительной клетки в 1665 г. Р. Гуком, который опубликовал свои исследования растительных клеток в труде «Micrographia». В этом же году анатомическое строение растений опубликовал в книге «Anatom plantarum» М. Мальпиги. В 1682 г. Неемия Грю в труде «Анатомия растений» ввел понятие «ткань растения» и дал описание тканей разных типов.

Все это позволяло сравнивать и анализировать строение клеток и тканей разных растений, что привело к следующим выводам:

- органы растений имеют клеточное строение и образованы разными тканями.

- растительный организм имеет структурную непрерывную организацию.

Таким образом, в ботанике появилось новое инструментальное направление исследований, что позволило изучить более тонкую анатомическую структурную организацию растений на уровне клетки - анатомическую структуру.

В свою очередь использование микроскопии в ботанических исследованиях и развитие анатомии растений стали основой для изучения процессов жизнедеятельности растительного организма. В ботанике появилось новое направление исследований - экспериментальное.

Рудольф-Якоб Камерариус (1665-1721). Его исследования были связаны с изучением пола растений и размножением цветкового растения. В труде «О поле у растений» (1694) он описал одно- и двуполые цветки, одно- и двудомные растения, привел опыты с удалением тычинок и пестиков, конкретизировал женские и мужские органы размножения у растений. Он также выявил роль пыльцы в опылении и оплодотворении растений и проследил развитие семени у таких растений, как шелковица, конопля, клещевина и др.

42


М. Мальпиги (1628-1694) в работе «Анатомия растений» описал наличие у растений восходящего и нисходящего тока. При этом он установил экспериментальным путем, что восходящий ток - это движение воды вверх по сосудам растений в листья, а нисходящий ток - это нисходящий по коре ток воды, переработанной в листьях в сок.

Дж. Вудворд (1699) - английский исследователь, проводил опыты с «водными культурами» и выращивал растения в воде, взятой из разных районов. На основе этих опытов установил роль элементов минерального питания растений при нормальном функционировании.

С. Гейлс (1727) в работе «Статика растений» показал роль корневого давления и присасывающее действие листьев на транспорт воды по сосудам, а также открыл транспирацию листьев и ее интенсивность, исследуя растения с листьями и без листьев.

Физиология человека и животныхКонец ХУ1 в. и начало ХУ11 в. - период активных исследова

ний в области физиологии. Начало развитию физиологического направления положили исследования английского врача В. Гарвея, который, по определению И. П. Павлова, заложил «фундамент новому отделу точного человеческого знания - физиологии животных».

В. Гарвей (1578-1657) в труде «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных» изложил описание механизма работы большого и малого кругов кровообращения и указал на сердце как орган, способствующий движению крови. При изучении работы кругов кровообращения Гарвей использовал методики перерезки и зажимов сосудов, выяснил значение клапанов сердца, рассчитал пропускную способность сердца.

Рене Декарт (1596-1650) - французский философ и естествоиспытатель, отличался широтой взглядов на живую природу. На его мировоззрение большое влияние оказали труды В. Гарвея о работе сосудов и кровообращении, а также взгляды А. Везалия о том, что носителями психики являются «животные духи», которые вырабатываются в желудочках мозга и передаются по нервам к соответствующим органам

Рене Декарт жил в эпоху расцвета механики, физики и математики. На основе своих исследований он создал учение о механиче

43


ской картине мира. Согласно этому учению биологию он отнес к усложненной физике, а объекты биологии - живые организмы - к сложным механизмам. В соответствии с этими представлениями Декарта все действия организма, как и происходящие в нем процессы, сводятся к механическому движению и управляются по законам механики.

Животные организмы он отождествлял с работой несложных, но эффективно действующих механизмов. Жизнедеятельность животных он связывал со спецификой организации мозга и нервов, а смерть животных организмов - с разрушением деталей живой машины. Центром деятельности живого организма, как механизма, Декарт считал мозг и ответвляющиеся от него нервы, которые приводят живой механизм в действие. Согласно его представлениям, живой механизм работает следующим образом: внешние предметы воздействуют на периферические окончания расположенных внутри «нервных трубок» нервных «нитей», которые натягиваются и открывают клапаны отверстий, ведущих из мозга в нервы. По каналам этих нервов «животные духи, находящиеся в полостях мозга, втекают в нервы, из них в мускулы, которые приводят в движение механизм». Таким образом, через посредство нервной субстанции мозга, по Декарту, возникает двигательная реакция организма в ответ на внешнее воздействие. Причина двигательного акта детерминирована материальными изменениями на кожной периферии тела, а нервный процесс он уподоблял движению крови по сосудам.

Эти представления Декарта легли в основу его материалистической идеи о рефлекторном принципе взаимодействия организма с внешней средой.

Под рефлексом Декарт понимал движение «животных духов» от мозга к мышцам по типу отражения светового луча. Схема Р. Декарта о связи между раздражением органов чувств и мышечной реакцией является прообразом учения о рефлекторной дуге.

Важным направлением в работах Декарта также является изучение стимула, который приводит в действие механизмы человеческого тела.

Исходя из рефлекторного принципа Р. Декарт также пытается объяснить поведение животных, автоматические действия человека и обучаемость человека, стремится понять целостное человека, Декарт создает учение о страстях. По мнению Декарта, печаль и ра

44


дость - это те факторы, которые формируют целесообразное отношение организма к внешнему миру и делают реакции человека на окружающий мир сложными, но координированными.

Таким образом, понятие о рефлексе возникло в учении Декарта о механической картине мира. По мнению академика И.П. Павлова, Р. Декарт заложил основы учения о рефлексах. Его также можно считать родоначальником детерминистической психофизиологии.

По своим взглядам Р. Декарт был дуалистом. Как материалист он создал учение о рефлекторном управлении живого организма. Как идеалист он считал тело и душу самостоятельными субстанциями. Отмечая сходство в строении и функциях различных органов человека и животных, Декарт видел в них отличие только в «разумной душе», которую «никак нельзя извлечь из свойств материи» и которая присуща только человеку. «Высший разум» независим от материи и является проявлением духовной субстанции.

Таким образом сознание человека Декарт рассматривал как некую духовную субстанцию, которая способна воздействовать на подчиненные рефлекторным законам процессы тела посредством мозговой шишковидной железы, в которой располагается «объединенное чувствилище».

Приведем основные теоретические положения Р. Декарта, которые используются в современной физиологии:

- органом ощущений, эмоций и мыслей является мозг;- мышечный ответ порождается процессами в примыкающем к

мышце нерве;- ощущение обусловлено изменениями в нерве, связывающем

орган чувств с мозгом;- движение в сенсорных нервах отражается на моторных нер

вах, и это возможно без участия воли (рефлекторный акт);- вызванные посредством сенсорного нерва движения в вещест

ве мозга создают готовность вновь производить такое же движение (обучаемость).

Работы Р. Декарта в области физиологии были дополнены трудами Т. Т. Виллиса, который попытался разграничить нервномышечные реакции, а также трудами Ф. Глиссона и Я. Сваммердама по физиологии раздражимости и Дж. Борели по физиологии движения.

45


Усовершенствование микроскопа А. Левенгуком (1632-1723), что давало увеличение в 270 раз, позволило широко использовать микроскопию в научных исследованиях. Сам Левенгук применял микроскоп в своих исследованиях. Он впервые увидел в каплях воды, крови и других жидкостях живые существа, которые он назвал «аниманкулюсы», в их числе были бактерии и сперматозоиды. В своем труде «Тайны природы, открытые с помощью микроскопа» (1696) он приводит рисунки и описания микроскопического строения мелких насекомых, их яиц, мускулатуры и сердца позвоночных.

Одним из научных исследований Левенгука стало открытие и описание сперматозоидов у человека, собаки, кролика и др., что положило начало научной дискуссии о роли яйца (овисты) и сперматозоида в воспроизведении потомства.

Часть ученых того времени пользовалась примитивными микроскопами, поэтому клетки и объекты, которые они видели, выглядели расплывчатыми. В результате большинство деталей в строении объектов они дополняли за счет своей фантазии. Например, французские ученые Готье Д' Агости и Андре считали, что в головке сперматозоида находится полностью сформированный ребенок, а в сперматозоидах лошади - маленькая лошадка и др. Эти исследования легли в основу теории преформизма, приверженцы которой считали, что в сперматозоидах имеются зачатки жизни, т. е. жизнь появляется из готовых зачатков.

Микроскопия расширила представления зоологов о многообразии и строении животных. Начало этим исследованиям положил Левенгук, который изучал инфузорий, саркодовых и бактерий, поэтому его можно считать основателем науки «Протистология». Микроскопическое изучение простейших было продолжено Я. Сваммердамом, который описал строение нервной системы у пчел и метаморфозы в их развитии.

Одним из направлений в биологии этого периода стало изучение эмбрионального развития организмов. Наряду с изучением сперматозоидов Р. Графом (1641-1676) было рассмотрено строение женской половой железы у млекопитающих и высказано предположение о выделении ее яйца (яйцеклетки). У. Альдровади изучил этапы формирования цыпленка у кур, а Д. Фабриций сравнил этапы развития зародыша человека, кролика, мышей и других млекопитающих.

46


Некоторые научные идеи (идея о неизменности видов, преформизм, целесообразность установленных в природе порядков) вХУ-ХУ1 вв. были предметами научных дискуссий.

***Биология этого периода характеризуется как метафизический

период развития естествознания, период накопления огромного количества научных фактов, их систематизации и формирования материалистических воззрений при господстве механистических взглядов на развитие природы.

47


Тема V

ХУИ1 ВЕК КАК ЭТАП СИСТЕМАТИЗАЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ О ЖИВОЙ ПРИРОДЕ

И СОЗДАНИЯ ПЕРВЫХ ЭВОЛЮЦИОННЫЙ КОНЦЕПЦИЙ

Биология ХУШ в. характеризуется развитием всех направлений исследований живой природы. Этому способствовали следующие факторы:

1. Экономический. В этот период происходит углубление капиталистических производственных отношений и развитие промышленности, для которого требовалось больше сырья повышенного качества. Для удовлетворения потребностей в сырье организуются экспедиции для поисков новых сырьевых ресурсов, создаются крупные землевладельческие хозяйства по производству шерсти, зерна, мяса. Создание этих хозяйств усиливает активность в области методического искусственного отбора, что приводит к выведению новых пород животных и сортов культурных растений.

2. Социальная обстановка. Общество находится под влиянием прогрессивных идей, связанных с идейным течением, которое получило название «Просвещение». Идеологами Просвещения стали французские философы-материалисты Ш. Л. Монтескьё, Вольтер, Д. Дидро, К. А. Гельвеций, П. А. Гольбах, Ж. Ж. Руссо и др., которые были убеждены в решающей роли разума и науки в познании «естественного порядка», соответствующего подлинной природе человека и общества. Общими для всех идеологов Просвещения были беспощадная критика феодального строя, его идеологии, морали, обличение всех пороков абсолютизма, понимание необходимости его уничтожения. Невежество, мракобесие, религиозный фанатизм просветители считали причинами всех бедствий и выступали против феодально-абсолютистского строя, за политическую свободу и гражданское равенство. Центрами идеологии Просвещения стали Франция, Англия и Германия. Идеология Просвещения оказала влияние на все сферы жизни общества, в том числе и науку.

3. Влияние идеологии Просвещения на естествознание и философию ХУ111 в.

Идеи Просвещения оказали большое влияние на естествознание и философию. Это проявилось в раскрепощении идеологического

48


сознания и ослаблении влияния церкви на науку. Переход от идеалистического толкования явлений природы к формированию материалистических идей привел к революции в науке. Это период развития науки, во время которого старые научные представления замещаются частично или полностью новыми, появляются теоретические предпосылки, методы, материальные средства, оценки и интерпретации, плохо или полностью несовместимые со старыми представлениями. Начало научной революции было положено вХУ11 в. Исааком Ньютоном, который совершил научный переворот в физике и математике. В области физики, космогонии, биологии и химии было сделано множество открытий и смелых гипотез. В этот период большое значение приобретает динамическая концепция материи как формы проявления активной энергии, вложенной Богом в момент создания мира, разработанная И. Кантом (1724- 1804). Он сделал попытку подойти к природе с точки зрения ее развития, выдвинул гипотезу происхождения Солнечной системы из первоначальной туманности (первая космогоническая теория). Французские материалисты Дидро, Д'Аламбер, Лаплас развили цельное понимание природы как движущейся материи, вечной во времени и бесконечной в пространстве, находящейся в постоянном саморазвитии в виде круговоротов и закономерно порождающей жизнь и разум на планетах, где для этого существуют благоприятные условия.

Д. Дидро (1713- 1784) внес в материалистическое учение элементы диалектики, которую он понимал как объективное отражение диалектики природы. Идея развития и идея всеобщей связи - это в совокупности и есть диалектический взгляд на природу, и он логично приводит Дидро к выводу о взаимосвязи живых существ, а поэтому - к идее об их эволюции.

4. Расширение сети научных и образовательных учреждений.

В ХУШ в. главными центрами научной деятельности становятся академии, создание которых началось во второй половинеХУ11 в. Это Лондонское Королевское общество, основанное Исааком Ньютоном в 1660 г., Берлинская (Прусская) академия наук (1700 г.), Парижская академия наук (1666). Продолжается научная работа и в университетах, а также возрастает роль естественных музеев в изучении живой природы.

49


Развитие естествознания в ХУ111 в.

Период расцвета классического естествознания в ХУШ в. получил название «Золотой век просвещения», потому что под влиянием прогрессивных идей люди осознали необходимость изучения законов развития природы и общества, которое невозможно достичь без развития науки.

Направления изучения живой природы в ХУШ в.Систематизация ботанических и зоологических данных и

попытки построения естественных систем и классификаций.В XV-XVII вв. было изучено большое количество новых форм

животных и растений. Необходимость упорядочить это разнообразие поставила перед биологами ХУШ в. проблему разработки системы классификаций живых организмов и привела к развитию систематики. Эпоха создания естественных систем началась с работ ботаника Парижского ботанического сада Бернара Жюссье (16691777), который сделал попытку составить первую естественную классификацию растений. Он издал труд «Трианонский каталог», в котором список родов и видов был расположен по принципу последовательного соподчинения, основанного на совокупности, признаков.

Идеи Бернара Жюссье развил его племянник Антуан Лоран Жюссье (1748-1836). Он считал естественной такую систему, в которой должны учитываться естественные связи, существующие между растениями. Такая система должна строиться на основе комплексов признаков, свойственных определенным группам растений. Это позволяет выявить естественные группы растений, существующих в природе. Живые организмы подчинены естественной иерархии и связаны в естественную цепь от простого к сложному. При составлении своей классификации он разделил растения на порядки (семейства), расположив их в восходящем порядке от простых к сложным: водоросли, грибы, мхи, папоротники, односемядольные, двусемядольные. Затем этот ряд он разбил на несколько мелких взаимоподчиненных групп. В конце каждого из них помещались промежуточные формы. Эта система была изложена им в труде «Роды растений» (1789), в котором он описал около 20 000 видов растений, отнесенных к 1754 родам, 100 порядкам (в современном понимании - семействам) и 15 классам.

50


Значение этой проблемы хорошо понимал и шведский натуралист Карл Линней (1707- 1778), который считал создание естественной системы важной задачей систематики. В своих работах «Система природы» (1735) и «Философия ботаники» он завершил систематизацию накопленного материала и первым создал удобную, точную и строгую систему растений. Это было связано с тем, что его достижения в области ботаники были весьма значительны. Линней сам открыл и описал около 1,5 тыс. новых видов растений

Система Линнея, как и система Турнефора, была иерархической, но в отличие от Турнефора он выделял не три, а пять категорий. Единицей классификацией этой системы стал «вид». Сходные виды были объединены в «роды». Сходные «роды» - в «порядки» (позднее - «семейства») и затем - в «классы». Кроме вида Линней еще выделял разновидность.

Большой заслугой Линнея следует считать окончательное введение в систематику бинарной номенклатуры. Это система классификации организмов, при которой им дается латинское наименование из двух частей. Первая часть соответствует роду, вторая - виду организма.

Кроме того, Линней ввел в биологию так называемый диагноз - краткое описание, которое позволяет отличить вид от остальных видов данного рода, род - от остальных родов, а порядок - от остальных порядков. Некоторые правила, которые Линней ввел для составления диагнозов, действуют и в настоящее время.

Классификация растений по ЛиннеюВ соответствии со своей системой все растения он разделил на

24 класса, которые отличались строением цветков:I—XIII - по числу тычинок XIV- XV - по длине тычинокXVI- XIX - растения со сросшимися тычинками и разными ти

пами срастания тычинокXX - растения со сросшимися тычинками и пестиком XXI- XXIII - однодомные и двудомные растения, у которых

часть цветков была однополой, а часть - двуполойXXIV - растения, у которых не было цветков (тайнобрачные).Классификация животных по Линнею. В отличие от классифи

кации растений составленная Линнеем классификация животных

51


была более примитивной. Всех животных он разделил на 6 классов: млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, черви, насекомые. При этом он отнес всех беспозвоночных животных (кроме насекомых) к классу червей; рептилий (пресмыкающихся) и амфибий (земноводных) объединил в один класс и т. д. В то же время заслугой Линнея стало выделение высшего класса животных - млекопитающих, которое сохранилось в зоологии до настоящего времени. Большой заслугой Линнея было также то, что он отнес человека к животному миру и причислил его к отряду приматов.

В целом подходы Линнея к составлению классификаций позволили не только резко сократить объем описаний животных и растений, но и давали возможность быстрого описания новых видов.

В то же время, несмотря на свои преимущества, которые заключались в простоте и удобстве, система Линнея носила несколько искусственный и ограниченный характер. Это было связано с тем, что он взял за основу произвольно выбранные признаки (строение тычинок цветка), поэтому эта система не отражала действительного родства растений и в одну группу часто попадали растения, далекие в систематическом отношении. Ограниченность системы Линнея заключалась в примитивности классификации и в подходе к видам растений и животных как к постоянно существующим в их нынешнем виде. Это было связано с тем, что Линней по своим взглядам был креационистом и утверждал, что «существует столько видов, сколько первоначально их произвело Бесконечное существо».

Большинство биологов приняли систему Линнея, однако у этой системы были и противники. Принципиальным противником применения системы Линнея в зоологии выступал известный французский ученый Жорж Бюффон (1707- 1788). Он был директором парижского Ботанического сада, который, как и Национальный музей естественной истории, находившийся при нем, был центром научных исследований Франции.

В своем 44-томном труде «Естественная история» он подверг резкой критике систему Линнея и диагнозы. Бюффон считал, что «истинными могут считаться только описания, ибо если описываются только одна или многие части предмета, не объемля его целостности, то возникает лишь недостаточное или ложное представление.», т.е. нельзя, например, считать истинным описание животно

52


го, если использовать в качестве признаков зубы или лапы. Сам Бюффон давал описания животных, которые включали не только особенности морфологии и анатомии животных, но и особенности образа жизни и поведения. Кроме того, Ж. Бюффон высказывал идею о том, что родство видов является общей причиной, которая объясняет существование естественных групп, т.е. родственные виды образуют одну естественную группу. Поэтому он счел возможным отнести всех четвероногих к основным 38 видам, которые дали начало всему их разнообразию. Например, представители кошачьих Старого и Нового света «имели общее происхождение», но затем, расселившись в пределах разных континентов, изменились под влиянием условий существования. В то же время эта идея не распространялась им на весь животный или растительный мир, а допускалась только в определенных пределах.

Современные ученые в отличие от Линнея и Бюффона считают, что для систематики важны как диагнозы, так и подробные описания видов. В то же время не всех естествоиспытателей устраивал линейный характер системы Линнея, которая не отражала реальной структуры таксонов, и они искали другие пути отображения «порядка» природы. В 1766 г. известный естествоиспытатель и географ, член Петербургской АН Петр-Симон Паллас (1741- 1811) в работе «Список зоофитов» высказал мысль о том, что система представляет собой не одномерную цепь или линию. По его мнению, «система организованных тел может быть представлена в виде древа, которое непосредственно от корня дает двойной ствол для простейших животных и растений. Первый ствол поднимается от моллюсков к рыбам, отделяя от себя большую боковую ветвь к насекомым, за рыбами следуют амфибии и вершину занимают четвероногие, а птицы занимают ветвь, находящуюся ниже четвероногих». В то же время Паллас не рассматривал свою систему как результат эволюции. И его древо было постоянным во времени, как и «лестница» Боннэ.

Ботанические исследования в X V III в.В области ботанических исследований в XVIII в. выделилось

несколько направлений.Флористика и география растений. Основоположником бота

нико-географических исследований стал естествоиспытатель, географ и путешественник Александр Гумбольдт (1769-1859). Он стал одним из основателей географии растений и учения о жизненных

53


формах растений. Во время своих путешествий он исследовал природу европейских стран, Центральной и Южной Америки, Урала и Сибири. В своих трудах он фактически дал описание растительного покрова Земли. При этом он разделил его на области в соответствии с горными поясами и широтными зонами, обосновал идею вертикальной зональности, заложил основы общего землеведения, климатологии. Произведения Гумбольдта оказали большое влияние на развитие эволюционных идей и сравнительного метода в естествознании. Работы Гумбольдта по изучению растительного покрова Земли были продолжены и другими исследователями: С. Гмелин (Сибирь), С.П. Крашенинников (Камчатка), Р. Броун (Австралия) идр.

Экспериментальная физиология растений. После открытия вXVII в. микроскопа и начала развития экспериментальных исследований в биологии, в XVIII в. ученые активно применяют их в практике физиологических исследований жизнедеятельности растений. К ним можно отнести работы о фотосинтезе Дж. Пристли, Я. Инен- гауза, Ж. Сенебье. К экспериментальной физиологии можно отнести работы о минеральном питании растений. Первые эксперименты были еще очень несовершенны, ботаникам приходилось ограничиваться непосредственными наблюдениями над самими растениями, низкий уровень развития физики и химии того времени зачастую не позволял корректно разрешить поставленную задачу. В результате, например, хотя идеи минерального плодородия почв впервые встречаются в работе Б. Палисси (1563 г.), вплоть до начала XIX в. среди ученых преобладала водная теория питания растений - идея о том, что для питания растений достаточно одной чистой воды.

Изучение пола растений. Ясные и полные экспериментальные доказательства наличия пола у растений были приведены немецким ученым Р. Камерариусом (1665- 1721). Размножение тайнобрачных растений изучали в XVIII в. Михели, Гедвиг и др. Пол и размножение растений исследовал Й. Кельрейтер (1733- 1806). К.Х. Шпрен- гель (1750- 1816) путем наблюдения в природе над 461 видом растений доказал, что различные особенности строения и окраски цветков являются приспособлениями, обеспечивающими опыление растений насекомыми.

54


Развитие палеоботаники. В XVIII в. продолжается изучение ископаемых растений путём сравнения их с современными растениями и создаются классификации типов растительных остатков. Немецкие палеоботаники Г. Фолькман, Г. Кнорр, И. Вальх и др. опубликовали несколько монографий с описанием и изображением ископаемых растений. А на рубеже XVIII-XIX вв. английский учёный У. Смит ввел в методологию биологических исследований палеонтологический метод.

Развитие сравнительной анатомии и физиологии животных

Благодаря научным исследованиям публикуются работы в области сравнительной анатомии и физиологии животных. Особого внимания заслуживают труды французского ученого Ф. Вик- ДАзира (1748-1794), который заложил и успешно развивал многие направления сравнительной анатомии. На основе сравнительноанатомических исследований органов у разных видов животных пришел к выводу об единстве их строения и функций. При этом различия в строении зубов у разных млекопитающих он связывал с условиями их питания, а конечностей - с образом жизни.

В 1784 г. И.В. Гете на основе своих исследований сделал вывод об общности строения человека и других животных. Эти представления были дополнены работами П. Кемпера. Он изучал строение черепов людей разных национальностей и обнаружил их сходство с черепами человекообразных обезьян. П. Кемпер заложил основу для новой науки - антропологии.

Все эти исследования позволили выявить сходство в организации различных животных, что имело большое значение не только для развития систематики, но и представлений об единстве происхождения животных.

Интересны исследования в области патологической физиологии немецкого ученого Хр. Рейля (1759-1813) и швейцарского ученого А. Галлера (1708-1777). По раздражимости мышц они выделили как самостоятельную дисциплину сравнительную физиологию. В работе «Элементы физиологии» А. Галлер впервые объяснил сокращение мышечных волокон как проявление раздражимости, с которой связано движение мышц, сердца и внутренних органов.

55


Развитие эмбриологии и появление теории эпигенеза

Благодаря созданию микроскопа в XVIII в. успешно развивалось такое направление биологии, как эмбриология. В этой области работали ученые Л. Спалланцани (развитие лягушки), А. Галлер (эмбриональный рост цыпленка) и др. Особого внимания заслуживают работы петербургского академика К.Ф. Вольфа (1733-1794), который проводил микроскопические исследования за временем и процессом формирования отдельных органов растений и животных. В процессе изучения развития цыпленка он установил, что в курином яйце органов цыпленка нет. Органы развивались постепенно из недифференцированной зародышевой массы. Исследования показали, что сначала формируется нервная система, затем кровеносная, пищеварительная и др. При этом он выяснил, что каждый орган и каждая часть тела цыпленка возникают и развиваются как новообразование. Вольф считал, что характер развития органов определяется влиянием питания и роста. При этом в процессе развития каждая предшествующая часть обусловливает появление последующей части.

На основании наблюдаемых фактов он создал целостное учение о сложном процессе зародышевого развития. Концепция развития органов, предложенная К. Вольфом, получила название «теория эпигенеза». Согласно этой теории готовых органов в зародыше нет и «образование органических тел предоставлено силам природы, которые присущи животной и растительной материи». Таким образом, благодаря своим исследованиям К. Вольф не только противопоставил свою теорию преформизму, но и опроверг ее. К концуXVIII в. эпигенез становится ведущей научной концепцией.

Формирование представлений о естественном происхождении развития живой природы

В ХVIII в. формируются представления о естественном возникновении мира, всеобщей изменчивости материи и внутреннем присущем ей движении. Это привело к появлению и развитию важных материалистических идей о появлении и развитии живой материи:

1. Идея движения как неотъемлемого признака материи.2. Идея превращения природы.3. Идея изменяемости видов.

56


4. Идея родства как причины сходства живых организмов.5. Идея ступенчатого повышения организации живых орга

низмов.6. Идея эпигенеза и самозарождения жизни.На основе этих идей в конце ХУШ в. были сделаны первые по

пытки создания концепции развития живой природы. Наиболее прогрессивными были попытки создания эволюционной концепции развития живой природы русским биологом А. Каверзневым и английским естествоиспытателем Э. Дарвина.

Афанасий Каверзнев в 1775 г. издал книгу, в которой изложил свою идею об эволюционном развитии природы, согласно которой органический мир развивался от одного корня под влиянием внешних факторов - пищи, температуры, воздуха, и рельефа местности. Объектом исследований А. Каверзнева были домашние животные, а его умозаключения сформулированы на основе их изучения. Он считал, что все домашние животные произошли от одного общего предка, также высказывал мысль о ближайшем родстве человека и обезьян. Эволюционный характер имела идея А. Каверзнева об изменяемости видов, в то же время он считал виды реальными, обособленными единицами.

Концепция Эразма Дарвина (1731-1802) - деда Ч. Дарвина, несмотря на свой прогрессивный характер, в то же время носила противоречивый характер. С одной стороны, Э. Дарвин признавал единство мира, естественное происхождение живой природы из неживой материи и путь развития от простых форм жизни к сложным, вплоть до человека, но считал, что основные законы развития живой природы предопределены богом, и поэтому познание причин развития природы для человека недоступны.

Эти концепции послужили основой для создания эволюционных концепций и теорий XIX в.

57


•к •& *

Таким образом, ученые XVIII в. собрали воедино многочисленные хаотичные данные о познании живой природы и упорядочили их. Знание стало наукой, а науки сомкнулись, с одной стороны, с философией, с другой - с практикой.

Основными научными достижениями ХУШ в. в познании живой природы стали систематизация биологических знаний и создание естественных систем, а также возникновение основных материалистических и трансформистских идей, которые послужили основой для создания целостной эволюционной концепции в Х!Х в.

58


Тема VI

XIX ВЕК - ЭТАП ФОРМИРОВАНИЯ БИОЛОГИИ КАК КОМПЛЕКСНОЙ НАУКИ И СОЗДАНИЯ

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТЕОРИЙ

В биологии XIX в. условно можно выделить два этапа.В первой половине происходит развитие промышленной рево

люции, которая началась в XVIII в. и привела к росту капиталистической системы. Это оказало значительное влияние на социальномировоззренческое состояние общества и проявилось в том, что в духовной жизни общества возникают различные идеологические течения. Учения французских утопистов и ряда философских школ Германии привели к усилению просветительской деятельности, что способствовало возникновению материалистического взгляда на общество и критике метафизических и механистических воззрений на живую природу. Поэтому в первой половине Х К в. наблюдалось развитие эмпирического направления. Одним из проявлений эмпирического направления в науке стало широкое распространение идеи естественных законов, которые управляют явлениями, наблюдаемыми в природе и обществе. Они преобладали во всех естественных науках - астрономии, физике, химии, геологии, биологии.

К началу XIX в. достигнуты новые успехи в классических областях изучения живой природы - ботанике, зоологии, физиологии человека и животных, начинают формироваться новые направления в изучении живой природы и тем самым создается база для выделения биологии как самостоятельной науки. Поэтому в начале XIX в. Ж.Б. Ламарк и Г.Р. Тревиранус независимо друг от друга предлагают термин «биология» для обозначения комплекса дисциплин, изучающих живую природу.

Формирование биологии как комплексной науки и ее успехи

1. Успехи систематикиВ комплексе биологических наук первой половины XIX в. сис

тематика занимает одно из ведущих мест. Это связано с тем, что рост торговых связей и появление судов, работающих на паровых

59


двигателях, привели к увеличению количества морских экспедиций в разные страны. В состав этих экспедиций включали натуралистов всех специальностей, поэтому ботаники и зоологи привозили из этих экспедиций образцы флоры и фауны из разных районов земного шара. В результате активной описательной работы ботаников и зоологов о видовом составе различных групп животных и растений земли знания значительно увеличились. Поэтому в первой половинеXIX в. основной задачей ботаников и зоологов становится создание естественной системы, которая бы позволила ученым ориентироваться в многообразии видов живых организмов.

Естественные системы животных и растенийВ разработке естественной системы большую роль сыграли ра

боты Ж.-Б. Ламарка, который считал, что развитие природы всегда начинается с образования простейших живых тел и ее ход идет от простого к сложному. Поэтому системы классификации должны отображать действительный порядок природы, т.е. процесс развития от простых форм живых организмов к высшим организмам. Такой процесс носит ступенчатый характер и представляет собой «лестницу существ». Ступенеобразное повышение организации живых организмов Ламарк назвал градацией и классифицировал градационный ряд животных следующим образом:

Ступени КлассыI 1. Инфузории

2. ПолипыII 3. Лучистые

4. ЧервиII 5. Насекомые

6. ПаукообразныеIX 7. Ракообразные

8. КольчецыV 9. Усоногие

10. МоллюскиVI 11. Рыбы

12. Рептилии13. Птицы14. Млекопитающие

60


Ламарк также ввел термины «беспозвоночные» и «позвоночные» животные.

Особое значение в создании естественной систем животного мира имели работы крупного зоолога, основателя сравнительной анатомии и палеонтологии французского ученого Ж. Кювье (17691832). Он был представителем метафизического естествознания, поэтому отвергал принцип исторического развития живых организмов и не признавал идей изменяемости видов.

В своих исследованиях он широко применял сравнительноанатомический метод и изучал совокупность морфологических и анатомических признаков живых организмов. Сравнение строения изучаемых им групп животных показало, что каждая определенная группа животных организмов имеет общий план строения и характеризуется целостной системой взаимосвязанных признаков, которая наблюдается у всех организмов, входящих в эту группу. Явление закономерного постоянного сосуществования взаимно зависимых признаков Кювье назвал корреляцией. Организмы, обладающие одинаковой корреляционной системой, входят в одну группу и имеют общий план строения - «план композиции».

При составлении своей системы животных Ж. Кювье установил четыре больших «плана композиций», которые позднее стали называть типами животных, в которые он включил определенные классы животных:

1. Позвоночные.2. Мягкотелые (моллюски).3. Членистые: насекомые, ракообразные, различные классы

червей,4. Лучистые: современные кишечнополостные и иглокожие.Таким образом, применение сравнительно-анатомического ме

тода исследований и закона корреляций позволило Ж. Кювье выделить для животного мира естественные группы высшего порядка и ввести в систематику новый таксон - тип. Согласно его представлениям, типы отличаются принципиально разными планами строения, между которыми нет переходов, они замкнуты и независимы друг от друга. Тип объединял определенное количество классов животных, имеющих одинаковый план строения.

Швейцарский ботаник О.П. Декандоль (1778-1841), используя сравнительно-анатомический метод, распространил принцип корре

61


ляции на растения. Его система была построена на учете анатомоморфологических показателей. Классификация покрытосеменных растений начиналась с двудольных растений.

Развитие принципа иерархии в систематике и идеи о филогенетическом древе.

В первой половине XIX в. важными проблемами в систематике стала разработка системных таксономических категорий и установление взаимоотношений между ними.

В 1804 г. французский исследователь П. Латрейль (1762-1833) установил следующий порядок иерархического соподчинения систематических категорий: тип (Typus, Philum), класс (Classis), отряд (Ordo), семейство (Familia), род (Genus), вид (Species), вариация (Varietas).

В этот же период систематикам необходимо было решить важную проблему, каким должен быть порядок самой системы. К этому времени на основе новых данных о растениях и животных и палеонтологических исследований было установлено, что современные группы живых организмов не укладываются в однорядную восходящую «лестницу существ», которая в тот момент представляла собой систему живой природы. В ряде случаев было невозможно определить принадлежность той или иной группы к восходящему или нисходящему ряду (ступени) «лестницы». Так, петербургский академик К. Бэр указывал на невозможность определения того, кто выше: членистоногие или моллюски, пауки или десятиногие раки и т.д., следовательно, систематические группы не могут быть представлены однорядной «лестницей существ».

В 1818 г. русский ученый Михаил Таушер подверг критике идею «лестницы существ». Он опубликовал работу, в которой изложил свои представления о том, что все три царства природы - минералы, растения и животные - произошли от одного корня и развивались в разных направлениях, выдвинул идею прогрессивного развития живых существ.

В это же время появляется представление о восходящем развитии живых существ в виде филогенетического древа, которое и пришло на смену идеи о «лестнице существ». В 1831 г. идея филогенетического древа была предложена немецким естествоиспытателем Г.Р. Тревиранусом (1776-1837), который считал, что живые

62


существа произошли от одного корня и дальнейшее их развитие носило характер разветвляющегося древа.

Проблема изменяемости видов. В первой половине XIX в. ученые доказывали изменяемость видов. Они считали, что этому могут способствовать определенные внешние, неизвестные причины, которые влияют в процессе эмбрионального развития или скрещивания.

2. Успехи сравнительной анатомииЦелостность организмаОснователем сравнительной анатомии считается Ж. Кювье. Его

учение о корреляциях имело большое значение и для анатомии животных. Он считал, что все части тела животного скоррелированы, т.е. взаимосвязаны, а отдельные части организма приспособлены к выполнению своих функций. Поэтому организм животного является целостной морфофизиологической системой, а не просто совокупностью признаков.

Единство «плана строения»В первой половине XIX в. возникло учение о единстве «плана

строения» организмов, согласно которому все животные построены по единому структурному плану и различия в их строении являются вариациями этого плана. Эта мысль была развита поэтом и мыслителем И.В. Гете (1749-1832), который считал, что все формы живых организмов происходят от одной первичной формы. Например, его учение о метаморфозах растений свидетельствует о том, что все видимые формы растений являются видоизменением одного первичного растения, а одни органы растения могут превращаться в другие органы. Например, чашечка может превратиться в венчик, а венчик может превратиться в чашечку. Такое же многообразие форм, ведущих происхождение от одной исходной первичной формы, может происходить и в животном мире.

Самым известным сторонником идеи о единстве «плана строения» стал французский зоолог Этьен Жоффруа Сент-Илер (17721844). В своей работе «Философия анатомии» он изложил свою концепцию о единстве плана строения животных. Согласно этой концепции природа «сформировала все существа по одному единственному плану, по существу одинаковому в принципе, но варьировала их второстепенные части на тысячу ладов... Ей достаточно изменить некоторые пропорции органов, чтобы сделать их подхо

63


дящими для новых функций, и либо расширить, либо ограничить их отправления. «Методической основой этого учения стала разработанная им теория аналогов».

В основе теории аналогов лежит положение об аналогичных органах, под которыми он понимал органы сходного строения и положения. При этом орган может менять форму и функцию, но его связи с другими органами остаются постоянными. Например, все позвоночные обладают сходными «аналогичными» органами. Передняя конечность собаки, ласт кита и крыло птицы являются несомненными аналогами. Каждый орган позвоночного имеет аналог и у другого представителя этого типа, следовательно, план строения у всех позвоночных одинаков. Однако Э.Ж. Сент-Илер не ограничился тем фактом, что единый план строения характерен для всех позвоночных животных, и перенес это на все типы животных и считал, что формы животных - это видоизменения позвоночных животных. Такое абстрактное и произвольное толкование единого плана, которое противоречило научным фактам, вызвало критику со стороны Ж. Кювье и привело к знаменитому научному диспуту между ними, который состоялся 15 мая 1830 г. на заседании Французской академии наук. Ж. Сент-Илер защищал идею всеобщности единства плана строения, всех животных, а Ж. Кювье считал, что типы животного царства характеризуются разными планами строения и подтверждал свою позицию фактами. Этот диспут привлек широкое внимание научной общественности, и в периодической печати широко освещалось это событие. Позицию Ж. Кювье в этом вопросе поддержало большинство биологов того времени.

Идея единства плана и гомологии развивалась также и в ботанике. Так, А.П. Декандоль показал, что в пределах семейства многообразие строения цветка может быть сведено к единому плану симметрии.

3. Успехи эмбриологии и цитологииБольшим научным достижением эмбриологии первой полови

ны XIX в. стало исследование известного эмбриолога К.Э. Бэра, который опубликовал работу «Об истории развития животных» (1828). В этой работе он сопоставил зародышевую организацию представителей различных классов позвоночных животных и пришел к следующим выводам:

1. Общее образуется в зародыше раньше, чем специальное.64


2. Из более общего образуется менее общее, пока не возникнет специальное, т.е. у зародыша сначала развиваются признаки типа, затем класса, далее признаки, характерные для рода, отряда, вида и особи.

3. Зародыши разных классов сперва сходны, а затем отклоняются в развитии друг от друга.

4. «По существу зародыш высшей животной формы никогда не бывает похож на другую животную форму, а всего лишь на ее зародыш».

Эти закономерности эмбрионального развития получили на звание «закон Бэра».

Во второй половине XIX в. наблюдались крупные открытия в области цитологии и клеточной теории. Огромным достижением биологической науки стало обоснование в 1838-1839 гг. клеточной теории М. Шлейденом и Т. Шванном.

В области изучения клетки были открыты некоторые органел- лы клетки, частности, в 1833 г. английский ботаник Р. Броун обнаружил в растительной клетке ядро.

5. Успехи геологии и палеонтологии.Большие научные открытия были сделаны Ж. Кювье и в облас

ти палеонтологии, поэтому его считают основоположником палеонтологии как науки. Он исследовал останки вымерших животных и изучал их расположение в геологических слоях. При этом он обнаружил, что геологические слои одного возраста в разных местах содержат остатки одних и тех же видов животных, в то время как слои разного возраста содержат остатки разных животных, отметил, что формы позвоночных животных сменяются от слоя к слою. Далее он установил, что по мере приближения к современным геологическим слоям вымершие формы становятся все более похожими на современные роды млекопитающих, но относятся к другим, не существующим ныне видам. Чем глубже расположены геологические слои, тем меньше встречаются в них костные остатки представителей вымерших млекопитающих и больше появляется остатков вымерших пресмыкающихся (динозавров). Основываясь на этих данных, он составил первую стратиграфическую шкалу, выделив пять последовательных групп геологических формаций:

Первичные формации. Следы жизни отсутствуют.Переходные формации. Встречаются остатки рыб.

65


Вторичные формации. Встречаются остатки рептилий.Третичные остатки. Встречаются остатки птиц и млекопитаю

щих, относящиеся к несуществующим ныне видам.Четвертичные формации. Современные или близкие к совре

менным виды птиц и млекопитающих. Появляются остатки человека.

Таким образом, Ж. Кювье обнаружил смену форм во времени, нарастание сходства вымерших форм к современным в последовательных геологических слоях и повышение организации в направлении от древних геологических слоев к новейшим. Чтобы объяснить причины смены фаун в истории Земли, он предложил «теорию катастроф». Поскольку он считал, что каждый геологический период имеет свою фауну, обособленную от предыдущей и последующей, то различия фаун двух соседних геологических слоев он объяснял следующим образом. Фауна данной страны (территории) была полностью уничтожена во время какой-либо геологической катастрофы (например, наступление моря). Поэтому в следующую геологическую эпоху это страна с новыми формами, проникшими из других стран. В результате этого любая геологическая эпоха является замкнутым целым. Эта идея Ж. Кювье носила креационистский характер. Несмотря на бесспорные факты о постепенной смене форм жизни на Земле, он не пришел к пониманию этого процесса как эволюционного.

Наряду с этим в тот же период некоторые ученые на основании палеонтологических данных сделали выводы, указывающие на эволюционное понимание явлений жизни. Так, в курсе палеонтологии А. Пикте (1853) приводит некоторые «законы палеонтологии»:

1. Различия между вымершими и современными животными тем больше, чем древнее вымершие формы.

2. Порядок появления типов напоминает порядок появления эмбриональных стадий.

3. Вымершие животные построены по такому же плану, как и современные, а их жизнь характеризовалась идентичной физиологической деятельностью. Эти законы А. Пикте свидетельствовали, в отличие от взглядов Ж. Кювье, о единстве органического мира и его историческом развитии. Это подтверждалось новыми палеонтологическими находками, которые показали, что фауны последовательных геологических слоев характеризуются формами, которые

66


связывают соседние эпохи. В палеонтологии появилось представление о «сборных» типах, совмещающих признаки обеих групп. Эти данные опровергали теорию катастроф Ж. Кювье.

Появление новых биологических наук

В первой половине XIX в. возникают новые биологические науки - биогеография и экология.

Биогеография. В этот период появляются работы, связанные с изучением географического распространения живых организмов. Знаменитый географ А. Гумбольдт (1769-1859) еще в начале XIX в. развил мысль о зависимости распространения организмов от климатических и других условий. Благодаря исследованиям ученых Друзе, Уоллеса, Н.А. Северцова в биологию было введено понятие о зоогеографических областях. Сравнительный анализ фауны этих областей обусловил проблему объяснения причин различия и сходства между фаунами. Однако уровень развития науки того времени позволял решить эту проблему.

Экология. В первой половине XIX в. появляются элементы экологической науки о взаимоотношениях между организмом и окружающей средой. Большая заслуга в становлении экологии как науки принадлежит русским ученым. Одним из основоположников экологии является Н.А. Северцов (1827-1885), который написал труд «Периодические явления в жизни зверей, птиц и гад Воронежской губернии», в котором исходя из своих представлений о приспособленности существующих видов к конкретным условиям среды, считал, что видообразование является адаптивным процессом к условиям среды. Известный зоолог С.С. Куторга (1805-1861) в 1839 г. писал, что важнейшей задачей зоологии является «. изучение многосторонних отношений животных к внешнему миру и определение гармонии их внешних форм по отношению к среде». Аналогичные взгляды высказывал и другой русский зоолог К.Ф. Рулье (18141858), который считал, что необходимо исследовать животных «в постепенном взаимном развитии организации и образа жизни посреди определенных условий».

67


Создание первых целостных эволюционных концепций.Учение Ж.-Б. Ламарка

Эпоха Просвещения XVIII в. способствовала развитию биологических наук и философской мысли, которые нашли свое отражение в первой целостной концепции Ж.-Б. Ламарка (1744-1829). Эволюционные взгляды Ж.-Б. Ламарка формировались под влиянием идей эпохи Просвещения. Впервые они были изложены в 1800 г. во «Вступительной лекции к курсу зоологии», а в развернутой форме опубликованы в 1809 г. в книге «Философия зоологии». Ламарк считал, что «пространственные и временные величины всегда относительны, и стоит человеку глубже проникнуться этой истиной, он будет более осмотрителен в своих суждениях о постоянстве вещей в природе». Этому закону подчиняются и биологические виды. Поэтому основой концепции Ламарка стало представление о широкой изменяемости видов. Эволюция видов рассматривается им как проявление всеобщего закона природы, так как все тела природы относительны во времени и пространстве. С точки зрения Ламарка, биологические виды изменяются и образуют временные, непостоянные величины. Вид сложился незаметно и последовательно, относительное постоянство и не может быть так стар, как природа. Явления изменяемости видов Ламарк доказывал на основе ботанических и зоологических исследований как других ученых, так и собственных наблюдений. Данные этих исследований показали, что существует ряд естественных групп, между которыми имеются переходы, которые доказывают, что виды находятся в постоянном движении и постепенно изменяются, превращаясь в другие виды.

Изменяемость видов, как считает Линней, является доказательством эволюции. По его мнению, растения и животные не существовали извечно, а возникли в определенное время. Первые организмы произошли путем самозарождения из тел неорганической природы, но не были способны к жизненным проявлениям. Энергия жизнедеятельности проявилась в них под влиянием проникающих «внутрь» живой материи подвижных «флюидов» или «незримых жидкостей», которые находятся во внешней среде. Эти «флюиды» и придают живой материи качество организмов, способных реагировать на влияние среды, к обмену веществ, к развитию и превраще

68


ниям. Поэтому ход развития природы - от образования простых тел к более сложным телам.

На основании этого классификация растений и животных не может быть произвольной, а должна отображать естественный ход развития живой природы. Это нашло отражение в составленной Ламарком системе живых организмов, в основу которой положен принцип градации.

Ламарк также осуществил попытку выявить причины эволюции. Одной из этих причин были градации как факторы, определяющие главное направление эволюции - ступенчатое повышение организации живых форм.

Поскольку по своим взглядам Ламарк, как и многие философы и ученые XVIII в., был деистом, он считал, что творец создал материю и законы ее движения, но на этом творческая деятельность творца прекратилась, а все дальнейшее развитие природы происходило соответственно ее законам. Наиболее примитивные и простые организмы возникли путем самозарождения в далеком прошлом, а после своего появления примитивные живые организмы изменялись под влиянием внешней среды и приспосабливались к ней. В результате такого изменения живые организмы с течением времени в длинном ряду последовательных поколений постепенно совершенствовались, становились все более и более сложными и высокоорганизованными. Вследствие этого чем больше времени проходит с момента появления путем самозарождения определенной формы, тем более совершенными и сложноорганизованными оказываются ее современные потомки. Причем такое самозарождение многократно происходило, происходит в настоящее время и будет происходить в будущем.

Ламарк утверждал, что в основе непрерывного изменения и усложнения живых организмов лежат следующие причины:

1. У растений причиной непрерывного усложнения и усовершенствования является прямое воздействие внешней среды, вызывающее изменения, обеспечивающие более совершенное приспособление к этим условиям.

2. Высшие животные, которые, по мнению Ламарка, являются живыми организованными телами, способны к «внутреннему чувству» и могут проявлять «свободную» или «зависимую» волю, воз

69


никающую под влиянием обстоятельств, что вынуждает их к определенной деятельности.

Низшие животные не способны ни к «свободной», ни к «зависимой» воле, однако способны к раздражимости.

В соответствии с этими различиями приспособительными причинами изменяемости высших животных могут быть:

- изменения условий среды;- изменения потребностей;- изменение действий;- изменение привычек и упражнения одних органов в соответ

ствии с новыми потребностями и привычками и неупражнения других, что приводит к их изменениям (первый «закон» Ламарка);

- закрепление возникших изменений по наследству под влиянием фактора времени (второй «закон» Ламарка).

Таким образом, по мнению Ламарка, у животных появляется внутреннее стремление к изменениям в определенном направлении. Идея Ламарка о внутреннем стремлении в эволюции животных организмов не укладывается в материалистическое объяснение эволюции и является отражением деизма Ламарка, пытавшегося соединить в своем учении материализм и идеализм. Очень важным положением в концепции Ламарка является положение о приспособительном характере изменчивости и эволюции видов. Согласно этому положению виды не просто являются выражением многообразия природы и не изменяются произвольно в любом направлении, а находятся в состоянии постоянного приспособления к изменяющимся условиям среды. При этом он стремится показать, что в результате длительного воздействия (фактор времени) обратимые (ненаследственные) изменения организмов становятся необратимыми новообразованиями, создающими новые виды.

В целом Ламарк внес большой вклад в развитие биологических наук, он попытался обосновать воззрение об эволюции органического мира. Его концепция носит целостный характер, поскольку ему удалось найти общий принцип, объединяющий эти элементы. Этим принципом стала его идея об общем историческом порядке вещей. Все основные проблемы эволюционной теории рассматриваются им во взаимной органической связи. Предпосылками эволюции являются наследственность и изменчивость, главные направления эволюционного процесса - градация классов и приспосо

70


бительная дифференцировка внутри классов. В то же время Ламарк не смог решить ряд проблем и дать материалистическое объяснение причин органической эволюции в целом, причин возникновения приспособлений в организации живых форм, причин, по которым в процессе эволюции виды обособляются друг от друга.

Дальнейшее развитие эволюционной идеи и последовательная материалистическая трактовка эволюции органического мира были даны через 50 лет после выхода в свет книги Ламарка «Философия зоологии» английским ученым-биологом Чарлзом Дарвином (18091882) во второй половине XIX в.

Первая целостная эволюционная теория Ч. Дарвина.Предпосылки возникновения эволюционной теорииЧарлз Дарвин родился 12 февраля 1809 г. Его отец Роберт Дар

вин, был хорошим врачом, имел большую практику. Ч. Дарвин поступил на медицинский факультет Эдинбургского университета, но, проучившись там два года, перешел на богословский факультет Кембриджского университета. В 1831 г. Ч. Дарвин успешно окончил Кембриджский университет.

1. Путешествие на корабле «Бигль». Ч. Дарвин подобно большинству, выпускников богословского факультета, был глубоко верующим человеком и не сомневался в правильности теории творения и учения о неизменяемости видов, а вернулся из путешествия убежденным атеистом с твердой уверенностью в изменяемости видов. Этот переворот в мировоззрении Дарвина вызвали наблюдения и впечатления, полученные во время кругосветного путешествия (1832-1837):

- открытие гигантских ископаемых животных, которые были покрыты панцирем, сходным с панцирем современных броненосцев;

- то обстоятельство, что по мере продвижения по материку Южной Америки близкородственные виды животных замещают одни других;

- факт, что близкородственные виды различных островов Галапагосского архипелага незначительно отличаются друг от друга. Эти факты, так же как и многие другие, можно было объяснить только на основании предположения, что виды постепенно изменялись.

71


По возвращении из плавания Дарвин начинает обдумывать проблему происхождения видов. После путешествия Ч. Дарвин все свое время посвящает сбору материалов, свидетельствующих об изменчивости растений и животных как в культуре, так и в природных условиях. Для этой цели он тщательно собирал литературные данные по изменчивости, поддерживал оживленную переписку со многими селекционерами, ботаниками и зоологами, сам проводил многочисленные опыты по выращиванию и скрещиванию различных растений и животных. Полученные материалы Дарвин использует для разработки эволюционной теории.

3. Развитие промышленности, сельского хозяйства и селекции, что требовало теоретической базы для своего развития

4. Изучение работы Ч. Лайеля «Основы геологии», в которой приводились доказательства изменения поверхности Земли, вызванные естественными причинами.

5. Создание клеточной теории, свидетельствующей об единстве происхождения живых организмов

6. Успехи в развитии сравнительной анатомии, эмбриологии, палеонтологии

Основные положения эволюционной теории ДарвинаУчение Дарвина о развитии органического мира на Земле пу

тем естественного происхождения видов называется дарвинизмом.Основные положения своего эволюционного учения он излага

ет в 1859 г. в книге «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь».

Эволюция - это необратимое постепенное закономерное историческое развитие природы.

1. Вид - реально существующая в природе единица, но он постоянно изменяется.

2. Факторы эволюции: наследственность, изменчивость. Естественный отбор, борьба за существование.

3. Эволюция имеет дивергентный характер.4. Приспособленность организмов является результатом эво

люции и имеет относительный характер.Основные постулаты эволюционной теории:В пределах каждого вида живых организмов существует ог

ромный размах индивидуальной наследственной изменчивости по72


морфологическим, физиологическим, поведенческим и любым другим признакам. Эта изменчивость может иметь непрерывный количественный или прерывистый качественный характер, но она существует всегда. Все живые организмы размножаются в геометрической прогрессии. Жизненные ресурсы для любого вида живых организмов ограничены, поэтому должна возникать борьба за существование либо между особями одного вида, либо между особями разных видов, либо с природными условиями. В понятие «борьба за существование» Дарвин включил не только собственно борьбу особи за жизнь, но и борьбу за успех в размножении. В условиях борьбы за существование выживают и дают потомство наиболее приспособленные особи, имеющие те отклонения, которые случайно оказались адаптивными к данным условиям среды. Это принципиально важный момент в аргументации Дарвина. Отклонения возникают не направленно - в ответ на действие среды, а случайно. Немногие из них оказываются полезными в конкретных условиях. Потомки выжившей особи, которые наследуют полезное отклонение, позволившее выжить их предку, оказываются более приспособленными к данной среде, чем другие представители популяции. Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором. В разных условиях существования естественный отбор отдельных изолированных разновидностей постепенно ведет к дивергенции (расхождению) признаков этих разновидностей и к видообразованию.

В 1871 г. был опубликован труд «Происхождение человека и половой подбор», в котором Ч. Дарвин изложил эволюционную теорию о происхождении человека - от вымерших предков типа обезьян.

Значение эволюционной теории заключается в том, что Дарвин раскрыл механизм эволюции, объясняющий как многообразие живых существ, так и их изумительную целесообразность, приспособленность к условиям существования. Этот механизм - постепенный естественный отбор случайных ненаправленных наследственных изменений.

Искусственный отбор. В 1868 г. вышла вторая большая книгаЧ. Дарвина «Изменение животных и растений под влиянием одомашнивания», в которой он изложил созданную им первую научную теорию селекции.

73


Этому способствовал тот факт, что Дарвин собрал многочисленные доказательства изменяемости видов животных и растений. Селекционерами были созданы многочисленные породы различных домашних животных и сорта сельскохозяйственных растений, поэтому Дарвин обратился к изучению изменчивости организмов в одомашненном состоянии. По мнению Дарвина, стимулом для возникновения этих изменений является воздействие на организмы новых условий, которому они подвергаются человеком. При этом Дарвин подчеркивал, что природа организма в явлениях изменчивости важнее природы условий, поскольку одинаковые условия нередко приводят к различным изменениям у разных особей, а сходные изменения последних могут возникнуть при совершенно разных условиях. В связи с этим Дарвин выделил две основные формы изменчивости организмов под влиянием изменения условий среды: неопределенную и определенную. Изменения могут быть признаны определенными, если все или почти все потомство особей, подвергшихся известным условиям, изменяется одинаковым образом. Например, рост организма зависит от количества пищи, толщина кожи и волосистость - от климата и др. Под неопределенной изменчивостью Дарвин понимал те бесконечно разнообразные слабые различия, которые отличают друг от друга особей одного вида и которые не могли быть унаследованы ни от родителей, ни от более отдаленных предков. Дарвин заключает, что неопределенная изменчивость является гораздо более распространенным результатом изменения условий, чем определенная, и сыграла более важную роль в образовании пород домашних животных. В этом случае изменения внешних условий играют роль стимула, усиливающего неопределенную изменчивость, но никак не влияющего на ее специфику, т. е. на качество изменений. Организм, изменившийся в каком-либо направлении, передает потомству тенденцию изменяться далее в том же направлении при наличии условий, вызвавших это изменение. Дарвин также обратил внимание на существование у организмов определенных соотношений (корреляции) между различными структурами, при изменении одной из которых закономерно изменяется и другая - соотносительная, или коррелятивная, изменчивость. Примерами таких корреляций являются, по Дарвину, глухота белых котов, имеющих голубые глаза; ядовитость для белых овец и свиней некоторых растений, без

74


вредных для черных особей тех же пород, и т. п. Так как основной формой изменчивости, по Дарвину, является неопределенная, очевидно, что признания наследственной изменчивости организмов было еще недостаточно для объяснения процесса выведения новых пород животных или сортов сельскохозяйственных растений. Необходимо было указать еще силу, которая на основе незначительных различий особей формирует устойчивые и важные породные признаки. Ответ на этот вопрос Дарвин нашел в практике селекционеров, которые осуществляют искусственный отбор на племя только тех особей, которые обладают интересующими человека признаками. В результате такого отбора от поколения к поколению эти признаки становятся все более ярко выраженными. Отбор представляет собой творческую силу, преобразующую частные различия отдельных особей в признаки, характерные для данной породы или сорта.

Дарвин указал на условия, благоприятствующие проведению искусственного отбора:

- высокая степень изменчивости организмов;- большое число особей, подвергаемых отбору;- искусство селекционера;- устранение случайных скрещиваний среди подвергаемых от

бору особей;- достаточно высокая ценность данных животных или растений

для человека. Анализируя породы домашних животных, Дарвин пришел к выводу, что все породы данного вида (например, около 150 пород домашних голубей), как ни велики различия между ними, происходят от одного (или немногих) вида диких предков. Следовательно, путем отбора человек значительно увеличивает разнообразие форм организмов. Если искусственный отбор был основной силой, используя которую, человек смог за относительно короткие сроки создать многочисленные породы домашних животных и сорта растений, существенно отличающиеся от своих диких предков, логично предположить, что подобные процессы могут обусловливать эволюционные преобразования также и в природе.

Таким образом, Ч. Дарвин является создателем одной из фундаментальных биологических теорий - эволюционной теории, которая стала основой для создания современных теорий эволюции. В основе теории Ч. Дарвина лежит представление о виде, его изменчивости в процессе приспособления к окружающей среде и переда

75


че признаков от предков к потомству. Эволюция культурных форм при этом протекает под действием искусственного отбора, факторами которого являются изменчивость, наследственность и творческая деятельность человека, а эволюция природных видов осуществляется благодаря естественному отбору, факторами которого являются изменчивость, наследственность и борьба за существование.

Основная заслуга Чарлза Дарвина в естествознании состоит в утверждении эволюции органического мира и разработке последовательного материалистического объяснения того, каким образом совершается процесс эволюции

76


Тема VII

XX ВЕКА КАК ЭТАП ПРОГРЕССИВНОГО РАЗВИТИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК

В ХХ в. наблюдалось бурное развитие научно-технической революции, что обусловило и активное развитие всех наук, в том числе и биологии. При этом совершенствуются методология познания живой природы и связанные с ней классические и новые направления биологических исследований, совершаются важные биологические открытия, появляются новые биологические учения, концепции, теории.

Достижения биологии Х Х в.Развитие науки в ХХ в. можно условно разделить на два пе

риода.Первая половина ХХ в. Основными достижениями биологи

ческой науки стали:■ Переоткрытие закономерностей наследования признаков

Г. Менделя, Гуго де Фризом, Карлом Корренсом и Эрихом Черма- ком.

■ Хромосомная теория наследственности - это учение о локализации наследственных факторов в хромосомах клетки. Она утверждает, что преемственность в ряде поколений определяется преемственностью хромосом.

Первые положения хромосомной теории наследственности были сформулированы Т. Бовери (1902-1907) и У. Сеттоном (19021903), а затем детально разработаны в начале ХХ в. школой Т. Моргана. Хромосомная теория наследственности сформулирована Т. Морганом (1866-1945) в 1902-1911 гг., обосновала тот факт, что наследственные факторы локализованы в хромосомах.

Основные положения хромосомной теории наследственности1. Гены находятся в хромосомах. Каждая хромосома представ

ляет собой группу сцепления генов. Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом, постоянному для каждого вида организмов (1n+1 для гетерогаметного вида).

2. Каждый ген занимает в хромосоме строго определенное место (локус). Гены в хромосомах расположены линейно.

77


3. Сцепление генов может нарушаться в результате кроссинго- вера (перекреста хромосом), в процессе которого между гомологичными хромосомами происходит обмен между одним или несколькими аллельными генами.

4. Расстояние между генами в хромосоме пропорционально частоте кроссинговера между ними.

■ Теория генаПервые представления о дискретных наследственных факторах

были теоретически сформированы Г. Менделем в 1865 г. В 1909 г. датский биолог и генетик В. Иогансен назвал наследственные факторы генами.

В настоящее время ген определяют как структурную единицу генетической информации, далее неделимую в функциональном отношении.

■ Мутационная теорияТеория мутаций является одной из основ генетики. Основные

положения мутационной теории изложены в трудах Г. де Фриза (1901-1903), который определял мутацию как явление скачкообразного, прерывистого изменения наследственного признака.

Основные положения мутационной теории:1. Мутации возникают внезапно, как дискретные изменения

признаков.2. Новые формы устойчивы.3. В отличие от ненаследственных изменений мутации не обра

зуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа, они представляют собой качественные изменения.

4. Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными.

5. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей.

6. Сходные мутации могут возникать неоднократно.■ Теория абиогенного происхождения жизни на Земле

А.И. Опарина и Дж. Холдейна.■ Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере.■ Синтетическая теория эволюции■ Концепция экосистем У. Тэнсли

78


Ботаника■ разработка теорий происхождения цветка, изучение анатоми

ческого строения растения, проведены исследования в области сравнительной морфологии высших растений (В. Тролль и др.) и цитогенетической биосистематики и эволюционные исследования сосудистых растений, разработка системы классификаций у низших и высших растений, цветковых растений, грибов, а также система классификаций жизненных форм у растений

■ развитие физиологических исследований в области фотосинтеза и клеточного дыхания:

- установлена роль пластид как носителей наследственных структур (Корренс и Баур), изучены структура хлорофилла (Рихард Вилльштеттер), фотолиз воды (Р. Хилл), САМ - метаболизм растений, разработана теория клеточного дыхания (Х. Виланд), выявлена роль АТФ в энергетическом балансе клетки (Ф. Липман), изучение цикла лимонной кислоты (Кребс).

Как самостоятельные ботанические науки выделились альгология, микология и др.

Зоология- исследования в области систематики животных, в том числе и

описание неизвестных видов (латимерия, поганофоры);- развитие палеозоологии.Как самостоятельные зоологические науки выделились протис

тология, энтомология, ихтиология, орнитология, герпетология, териология.

Физиология.- развитие учения о высшей нервной деятельности, открытие

условных рефлексов и разработка методики выработки условных рефлексов И.П. Павловым.

Вторая половина ХХ в.Середина ХХ в. является переломным этапом в развитии био

логических исследований, что связано с важными открытиями в биологии:

1. Открытие в 1953 г. Джеймсом Уотсоном и Френсисом Криком структуры двойной спирали молекулы ДНК и создание ее модели.

2. В 1961 г. Ф. Жакоб и Дж. Моно разработали модель оперона.

79


3. В 1966 г. М. Ниренберг, С. Очоа, и Х.-Г. Корана расшифровали генетический код.

4. Изучена природа гена и раскрыты основные пути передачи и реализации наследственной информации

Создание модели двойной спирали молекулы ДНК и открытие принципа комлементарности стали важнейшими событиями, что определило дальнейшие исследования в современной биологии.

Основные тенденции развития биологии в X X веке

1. Развитие систематики животных

Совершенствование таксономии. Во второй половине XX в. в систематике животных продолжилось совершенствование таксономии. Наряду с морфологическими признаками систематики животных начали использовать данные биохимии, а затем и молекулярной биологии. Сравнительное изучение структуры важнейших белков (гемоглобинов, цитохромов) у разных групп, электрофорез белков, гибридизация ДНК, использование генетических маркеров позволили дополнить систематическую характеристику и более объективно оценить взаимоотношения групп. В последние годы западные биологи широко используют метод кладизма В. Геннига, который основан на сравнении древних (плезиоморфных) признаков и новоприобретенных (апоморфных) признаков вида или таксонов надвидового ранга, определении точек ветвления и построении филогенетических деревьев. С развитием информационных технологий исследователи широко применяют технологию компьютерного кладизма, где построение филогенетических деревьев проводится на основе анализа комплекса признаков с помощью специальных компьютерных программ. Например, использование метода филогенетического анализа ДНК человека и высших приматов позволили уточнить их систематическое положение. Американский ученый М. Гудмен с сотрудниками построил филогенетические деревья для некоторых генов и белков высших приматов и человека. До этих работ в таксономии высших приматов выделяли два семейства Hominidae, включавших только вид Homo sapiens и Pongidae, гориллу, шимпанзе и орангутанга. Молекулярно-филогенетический анализ существенно изменил эту классификацию:

80


Семейство Hominidae Подсемейство Homininae Род Gorilla (1 вид - горилла)Род Homo (1 вид - человек)Род Pan (2 вида: обычный шимпанзе, карликовый шимпанзе)Подсемейство PonginaeРод Pongo (1 вид - орангутанг)

Проблема видаВ XX в. для развития систематики животных большое значение

приобрело развитие концепции вида. До XX в. в систематике отсутствовали четкие критерии вида, из-за чего систематика низших таксонов была размытой. Поэтому некоторые локальные формы описывались как виды, а в других происходило укрупнение. В систематике животных появились понятия о «мелких» и «крупных» видах и квадринарной номенклатуре (род, вид, подвид, вариетет).

Основой развития концепции вида стали классические работы русского энтомолога Андрея Петровича Тян-Шанского (1866-1942) «Таксономические границы вида и его подразделений» (1910) иН.И. Вавилова «Линнеевский вид как система» (1931). А.П. Тян- Шанский обосновал политическую концепцию вида, согласно которой вид неоднороден и состоит из более мелких структурных единиц. Н.И. Вавилов дал определение виду как подвижной морфофизиологической системы, связанной в своем развитии с определенной средой и ареалом.

Важнейшей в развитии теории вида стала работа советского (с 1927 г. - американского) генетика Феодосия Григорьевича Добжан- ского (1900-1975) «Генетика и происхождение видов», в которой вид определялся как генетическая замкнутая система. Биологическая концепция вида была окончательно сформирована в работе Эрнста Майра (1904-2005) «Зоологический вид и эволюция». Согласно этой концепции основным критерием вида является его полная репродуктивная изоляция в природных условиях.

Одним из следствий разработки концепции вида стало изменение представления о численности видов, составляющих разные группы животных. Например, в 1955 г. было принято 8600 видов птиц вместо 18-20 тыс. видов птиц (1914).

81


В 1958 г. на XV Международном зоологическом конгрессе был принят «Международный кодекс зоологической номенклатуры», установивший строгие правила описания видов и других таксономических категорий.

Во второй половине XX в. наряду с морфологией для описания видов стали применять данные таких новых направлений научных исследований, как изучение морфологии хромосом (кариосистема- тика), биохимии (хемосистематика), молекулярной биологии (гено- систематика).

В настоящее время сформировалась синтетическая концепция вида, согласно которой критериями вида являются дискретность по полигенным фенотипическим признакам, репродуктивная изоляция, а также экологические, этологические, физиологические, биохимические, генетические и географические особенности живых организмов.

2. Развитие экологии

Как самостоятельная наука экология сформировалась во второй половине XIX в. В это время существовали три фактически независимые школы (направление - экологические исследования).

- аутэкологическая школа (А. Гумбольдт, Ю. Либих, А. Декандоль), где занимались изучением влияния абиотических факторов на живые организмы;

- синэкологическая школа (Ч. Элтон), где изучали взаимодействие между организмами (структура сообществ, цепи питания, экологические ниши).

- экологическая школа, где изучали экосистему.В середине XX в. произошла интеграция экологических школ.

Это было связано с потребностью общества в составлении прогнозов численности вредителей сельского хозяйства и промысловых животных. Но ни одна из них не могла дать в чистом виде описание изменения численности естественных популяций. Поэтому в начале 70-х гг. деление экологии на аутэкологические и синэкологические направления потеряло актуальность.

Решающую роль в окончательном объединении всех направлений в единую экологическую науку сыграла Международная экологическая программа (МБП) «Биологические основы продуктивности биосферы и благосостояние человечества», разработанная Ме

82


ждународным союзом биологических наук и Международным советом научных союзов в 1960 г.

Появление этой программы было вызвано постоянно растущим населением Земли и нехваткой продовольствия. Поэтому конечной целью МБП стало выявление основных закономерностей распределения и воспроизводства в природе органических веществ в интересах наиболее рационального использования их человеком и получения максимальной продуктивности на единицу площади в природных и культурных условиях. Перед учеными-экологами была поставлена задача изучения всех природных факторов, влияющих на биологическую продуктивность растительных и животных организмов, их сообществ во всех биомах земли.

Начиная с 1964 г. в результате совместных скоординированных усилий ученых многих стран была получена целостная картина структуры биосферы Земли, осуществлена количественная оценка потоков веществ и энергии во всех биомах Земли. Кроме того, во всех странах началось создание сети биосферных заповедников, которые стали эталонами естественных ненарушенных биогеоценозов.

В конце XX в. работы экологов стали актуальными, так как на первый план выдвигались проблемы охраны окружающей среды, включая и проблему сохранения биоразнообразия. Понятие «биоразнообразие» было принято в 1972 г. на Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде, когда охрана живой природы стала одним из приоритетных направлений в деятельности человечества. В 1992 г. на конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро 180 стран приняли «Конвенцию о биологическом разнообразии», основной целью которой стало сохранение биологического разнообразия, т.е. разнообразия живого мира. Она используется для описания числа разновидностей и изменчивости живых организмов. Поэтому в биологии изучение биоразнообразия является одним из трех приоритетных фундаментальных направлений исследований наряду с биотехнологией и устойчивой агрокультурой.

В широком смысле термин «биоразнообразие» охватывает множество параметров и является синонимом понятия жизни на Земле.

83


3. Развитие генетики и теории эволюцииРазвитие генетики

Становление генетики началось с того момента, когда в 1900 г. одновременно Эрих Корренс (1864-1933) в Германии, Гуго де Фриз (1948-1935) в Голландии и Эрнст Чермак в Австрии, работая с разными объектами, заново окрыли законы Менделя. Таким образом была окончательно доказана дискретность наследования признаков, что подтвердило теорию наследственности, предложенную в XIX в. биологом Августом Вейсманом, где говорилось о том, что элементарные носители признаков в организме (биофоры) находятся в хромосомах.

После того как дискретность признаков была окончательно доказана, в течение 13 лет было сделано много важных открытий:

1902 г. Английский ученый Вильям Бэтсон (1861-1926) открыл явление эпистаза.

1903 г. Г. де Фриз впервые описывает мутации.1903 г. Вильгельм Людвиг Иогансен (1861-1926) доказал неэф

фективность искусственного отбора в чистых линиях фасоли.1906 г. В. Бэтсон и Р. Пеннет открывают эффект сцепления ге

нов.1909 г. В.Л. Иогансен вводит в генетику термины ген, генотип,

фенотип.1909 г. Томас Хант Морган (1866-1945) с сотрудниками изуча

ет закономерности наследования признаков, выбрав в качестве объекта плодовую мушку дрозофиллу (Drosophila melanogaster), которая становится классическим объектом генетических исследований.

1911 г. Нильсон Элле открыл явление полигении.1913 г. Альфред Генри Стертевант (1891-1970) установил зако

номерности сцепления генов и кроссинговера, первым обосновал теорию линейного расположения генов в хромосомах и предложил метод картирования генов.

Особую роль в становлении современной генетики сыграли работы ученых Колумбийского университета в Нью-Йорке, начатые в 1909 г. под руководством Т.Х. Моргана и его сотрудников -А. Стертеванта. Г. Меллера и К. Бриджеса. Установленные ими закономерности сцепления генов и кроссинговера полностью объяс

84


нили цитологический механизм законов Менделя и привели к созданию хромосомной теории наследственности.

Большой вклад в развитие генетики внес советский ученый Николай Константинович Кольцов (1872-1940), предложивший гипотезу молекулярного строения матричной репродукции хромосом («наследственные молекулы»), которая легла в основу главных положений современной молекулярной биологии и генетики. Поскольку в то время не было ничего известно о строении структуры нуклеиновых кислот, то он ошибочно считал белки главным носителем наследственной информации.

Первое доказательство того, что носителем наследственной информации являются молекулы ДНК, было получено в 1944 г. в США О. Эйвери с сотрудниками. Затем последовало открытие принципов кодирования наследственной информации, американским биохимиком Эрвином Чаргаффом (1914-2004) и его сотрудниками. В 1949-1951 гг. Э. Чаргафф сформулировал уникальные закономерности состава ДНК, известные как 5 правил Чаргаффа.

На основе этих правил американский биохимик Джеймс Дьюи Уотсон (1928) и английский физик Фрэнсис Харри Комтон Крик, сопоставляя разные сочетания молекулярных моделей отдельных мономеров ДНК и данные рентгеноструктурного анализа, в 1953 г. предположили, что ДНК имеет вид двойной спирали и предложили ее модель. Они также сформулировали принцип комплементарного строения ДНК. Модель молекулы ДНК, которая была создана Уотсоном и Криком, была подтверждена английским биофизиком Морисом Уилкинсом (1916-2004), который изучил строение ДНК методом рентгеноструктурного анализа.

В 1954 г. американский ученый русского происхождения Г. Гамов (1904-1968) предложил модель триплетного генетического кода.

Развитие теории Ч. Дарвина в XX в.В развитии эволюционной теории наметилось несколько на

правлений.1. Генетическая теория эволюции (генетический дарвинизм).Генетические исследования и открытия, сделанные в начале

XX в., послужили стимулом к разработке генетических основ теории естественного отбора и способствовали формированию новых

85


представлений о механизме эволюции, который часто называют генетическим дарвинизмом:

1. Генотип представляет собой сумму генов, а фенотип - сумму признаков, каждый из которых определяется одним геном.

2. Скачкообразные изменения генов (мутации), которые иногда происходят, приводят к изменению гена и соответственно признака.

3. В каждом поколении популяции имеется некоторая доля мутантов.

4. Большинство мутаций вредны и снижают приспособленность организма. Однако некоторые из этих мутаций могут стать полезными при изменении климата.

5. Естественный отбор как сито устраняет носителей вредных мутаций и сохраняет особей, несущих мутации, полезные в данных условиях.

6. В результате концентрация полезных мутаций в генофонде популяции возрастает, что и приводит к прогрессивной эволюции.

В то же время концепция генетического дарвинизма не объясняет некоторые наблюдаемые в природе явления. Например, эта теория не могла объяснить причину того, что виды животных и растений отличаются от своих предковых форм комплексом полиген- ных признаков (признаков определяемых многими генами), а также причины повторения филогенеза в онтогенезе.

2. Неоламаркизм.В первой половине XX в. теория Ч. Дарвина в том виде, в ко

тором она существовала, не могла объяснить некоторые проявления эволюционного процесса (например, неравномерность темпов эволюционного процесса и причины вымирания крупных таксонов). Те противоречия, которые возникли между господствующей в то время генетической теорией эволюции и реальными фактами, привели к тому, что многие крупные ученые стали придерживаться различных вариантов неоламаркизма.

Существовало два направления неоламаркизма.Автогенез. Такие ученые, как ботаник Карл Вильгельм Негели,

зоолог Теодор Эймер, палеонтолог Генри Осборн, генетик Юрий Александрович Филипченко, выдвигали разные теории на основе автогенеза - эволюции под действием некоего внутреннего фактора развития. Ю.А. Филипченко предложил термины «микроэволюция»

86


как преобразование внутри вида на основе генетических изменений и «макроэволюция» как эволюция таксонов.

В СССР была популярна теория номогенеза крупного биолога и географа Льва Семеновича Берга (1876-1950), которая была изложена в следующих законах:

1. «Высшие признаки или зачатки появляются у низших групп задолго до того, как они обнаружатся в полном развитии у организмов, стоящих выше в системе. Из этого вытекает, что эволюция в значительной степени есть развертывание уже существующих зачатков».

2. «Появление новых признаков идет на основе закономерностей. Случайностям в процессе эволюции нет места: новые признаки появляются там, где они должны проявиться. Эволюция есть номогенез, т.е. развитие на основе закономерностей. Как онтогения протекает закономерно (предыдущая стадия подготавливает и обусловливает последующую стадию), точно закономерно совершается эволюция».

3. «Эволюция идет в определенном направлении. Нет хаотичной изменчивости, как предлагает Дарвин».

4. «Законы развития органического мира одинаковы, имеем ли мы дело с онтогенией или филогенией. Этим объясняется пресловутое «повторение филогении онтогенией».

Авторы номогенетических теорий хотя и не отвергали роли естественного отбора в эволюционном процессе, но отводили ему второстепенную роль.

3. Развитие учения о путях и направлениях эволюционного процесса и проблемы темпов эволюционного процесса.

Большой вклад в развитие дарвинизма в XX в. внесли работы Алексея Николаевича Северцова (1866-1936) и его ученика Ивана Ивановича Шмальгаузена (1884-1963). В 1912 г. Северцов опубликовал работу «Этюды по теории эволюции», в которой изложил теорию филоэмбриогенезов, согласно которой эволюция совершается путем изменения онтогенеза. Шмальгаузен продолжил это направление в работе «Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии» (1932). Разработанное А.Н. Северцовым учение объясняет, как в ходе эволюции возникают новые органы и функции организма.

87


Его учение о главных направлениях эволюции стало большим вкладом в теорию эволюции. До него биологи считали «эволюционным прогрессом» два разных процесса: биологический прогресс (повышение приспособленности) и морфофизиологический прогресс (повышение уровня организации). Он первым доказал, что биологический прогресс не обязательно сопровождается повышением организации и может достигаться как путем ароморфоза (повышение организации), так и путем идиоадаптации (частное приспособление к условиям существования) или общей дегенерации (упрощение организации).

Его ученик И.И. Шмальгаузен изменил классификацию путей достижения биологического прогресса, составленную А.Н. Север- цовым, и предложил выделить следующие пути:

1. Ароморфоз как приобретение приспособлений общего назначения, позволяющих установить связи с новыми сторонами внешней среды.

2. Алломорфоз - смена соотношений со средой, при которой одни приспособления заменяются другими, биологически им равноценными.

3. Специализация - узкое приспособление к частным условиям существования.

Учение о путях биологического прогресса позволило объяснить одновременное сосуществование форм, находящихся на разных уровнях организации природы, и неравномерность темпов эволюции.

В 1944 г. вышла в свет монография «Темпы и формы эволюции» американского палеонтолога Джорджа Гейлорда Симпсона (1902-1984), которая была посвящена проблеме неравномерных темпов эволюции. Симпсон также ввел понятие адаптивной зоны как комплекса условий внешней среды, где протекает эволюция таксона, определяющего направление этой эволюции. Согласно представлениям Симпсона о роли адаптивной зоны в темпах эволюционного процесса, выход таксона в новую адаптивную зону ведет к очень быстрой (в геологическом масштабе) его эволюции и дифференциации (квантовая эволюция). По мере заполнения адаптивной зоны темпы эволюции снижаются (брадителическая эволюция).

88


В конце 1970-х гг. была опубликована серия работ советского палеоэнтомолога Владимира Васильевича Жереховского (19452001), где рассматривалась проблема массового вымирания таксонов. Он показал, что причинами являются не резкое изменение климата, вспышка сверхновой звезды или падение метеоритов, как считалось ранее, а глобальные перестройки биосферы (биогеоцено- тические кризисы). Так, в конце мелового периода на огромных пространствах суши прежние биогеоценозы, основу которых составляли голосеменные растения, исчезли, их место заняли биогеоценозы покрытосеменных растений. Это привело к вымиранию многих древних групп насекомых и началу расцвета групп насекомых, связанных пищевыми цепочками с покрытосеменными растениями (перепончатокрылые, дневные бабочки, саранчовые).

3. Синтез генетики и эволюционной теории Ч. Дарвина. Создание синтетической теории эволюции

В результате совместной работы генетиков, зоологов, ботаников в середине XX в. начался новый период развития эволюционной теории. В 1920-1930-х гг. благодаря работам Дж. Холдейна, С.С. Четверикова, Р. Фишера, Н.В. Тимофеева-Ресовского и других произошел синтез дарвинизма и генетики. На этой основе началось становление современной или «синтетической» теории эволюции.

Создание этой теории проходило в два этапа. Первый этап - 1920-1940-е гг. В 1926 г. советский генетик Сергей Сергеевич Четвериков (1880-1959) опубликовал работу «О некоторых моментах эволюционного учения с точки зрения современной генетики», в которой изложил теоретические выводы о генетической основе естественного отбора. Четвериков считал, что вновь возникающие мутации, как правило, рецессивны. Поскольку мутирует один из аллельных генов, эти мутации не будут проявляться в фенотипе. Согласно закону Харди-Вайнберга, в популяции доля гетерозигот по редкому аллелю должна быть во много раз выше доли гомозигот. Под покровом гетерозиготности могут возникать различные их комбинации, которые и подвергаются отбору. В результате изменения частот аллелей в генофонде популяции под действием отбора резко возрастает вероятность появления определенных комбинаций. Теоретические выводы С. С. Четверикова были подтверждены экспериментальным путем. Его ученик Д.Д. Ромашов провел экспериментально-генетический анализ природных популяций дрозофилы,

89


в результате подтвердилось, что популяции насыщены рецессивными мутациями. Аналогичные данные были также получены Н.В. Тимофеевым-Ресовским.

Идеи Четверикова послужили основой для дальнейшего развития генетики популяций в работах С. Райта, Р. Фишера, Н.П. Дубинина. Так, в 1931 г. независимо друг от друга советский ученыйН.П. Дубинин и американец С. Райт открыли явление дрейфа генов.

В 1938 г. И.И. Шмальгаузен разработал теорию стабилизирующего отбора, которая объяснила механизм фиксации адаптивных модификаций. Согласно этой теории стабилизирующий отбор осуществляется на основе селекционного преимущества нормального фенотипа перед уклонением от нормы, поэтому в ходе стабилизирующего отбора создаются новые морфогенетические корреляции. При этом если модификации остаются устойчиво адаптивными, они постепенно замещаются мутантными формами, имеющими тот же фенотип. Таким путем в процессе эволюции возникли карликовые формы высокогорной и тундровой растительности.

Сходные взгляды были также высказаны английским биологом Конрадом Хэлом Уоддингтоном (1905-1975), он предложил концепцию «генетической ассимиляции признаков».

На втором этапе синтетическая теория эволюции развивалась и совершенствовалась на основе достижений успехов экологии.

В синтетической теории эволюции развивается теория Ч. Дарвина, выдвинуто представление о популяции как элементарной единице эволюционного процесса. Авторы теории заменили понятие «движущие силы» на понятие «факторы» эволюции. При этом были описаны новые факторы эволюции: изоляция, популяционные волны, дрейф генов. В 1984 г. Н.Н. Воронцов свел все представления СТЭ в 11 постулатов.

4. Развитие молекулярной биологииОдним из активно развивающихся направлений биологических

исследований стали исследования в области молекулярной биологии. Период расцвета молекулярной биологии приходится на конец 70-х и начало 80-х гг. ХХ в. В это время изучены механизмы сплайсинга (В. Келлер и др.), открыты РНК-ферменты (рибозимы), активно изучаются механизмы генетической рекомбинации генов, появляются работы о структуре ферментов и биологических мембранах), начинается расшифровка структуры геномов высших орга

90


низмов, включая геном человека, создаются новые технологии, возникает белковая инженерия. В 1990-х гг. наблюдается большой прогресс в области определения нуклеотидных последовательностей ДНК (секвенирование). В 1995 г. секвенирован первый бактериальный геном, в 1997 г. - геном дрожжей, в 2000 г. - геном дрозофилы и частично человека.

Расцвет молекулярной биологии привел к возникновению новых биологических наук:

- биоинформатика (вычислительная биология, компьютерная генетика) - наука, возникшая на стыке молекулярной биологии и информатики. Биоинформатика разрабатывает ряд важных молекулярно-биологических проблем (в частности, статистический анализ нуклеотидных последовательностей ДНК, предсказание функций по первичной структуре биополимеров (ДНК, РНК, белков), анализ (моделирование) пространственной структуры белков и нуклеиновых кислот, теория молекулярной эволюции и систематики.

- геномика - наука, изучающая наборы всех генов данного организма как единое целое.

- протеомика - наука, изучающая полные наборы белков, функционирующих на различных этапах живых организмов.

Молекулярная биология - это фундамент биологических исследований в ХХ1 в., который станет веком молекулярной биологии и новых биотехнологий. Дальнейшее развитие получат направления молекулярной биологии:

• как расшифровка структуры геномов• создание банков генов• геномная дактилоскопия• изучение молекулярных основ эволюции, дифференцировки

клеток и организмов, биоразнообразия, развития и старения, канцерогенеза, иммунитета и др.

• создание методов диагностики и лечения болезней и вирусных заболеваний

• создание новых биотехнологий производства пищевых продуктов и биологически активных соединений (гормонов, энергоносителей и др.).

Методология биологических исследований в XX в.1. Электронная микроскопия. Позволяет изучать живые сис

темы на клеточном уровне. Первый электронный микроскоп был91


сконструирован Э. Руска, что в 30-40 годы привело к революции в биологической науке. Сначала это был трансмиссионный электронный микроскоп с максимальным полезным увеличением примерно в 250000 раз. Максимальное разрешение электронного микроскопа на практике - 0,5 нм (световой микроскоп - 200-500 нм). Источником излучения в этом микроскопе являются раскаленная вольфрамовая нить, которая в электрическом поле выбрасывает поток электронов. В отличие от светового микроскопа фокусировка электронов происходит с помощью электромагнитов, которые создают магнитное поле. При этом источник электронов находится в верхней части колонны, а сам образец внизу. Биологические объекты помещают на специальные медные сеточки, покрытые тонкими пленками- подложками, состоящими в основном из углерода. Электроны, прошедшие через объект, фокусируются объективной линзой, которая формирует первичное изображение объекта. Оно увеличивается проекционной линзой и проецируется на экран, покрытый люминесцентным слоем, который светится при попадании на него электронов. Вместо экрана изображение можно поместить на фотопластинку и получить изображение.

В ХХ в. появляются первые сканирующие и электронные микроскопы высокого напряжения, которые позволяли не только изучать ультраструктуру клетки, но и получать трехмерное изображение органелл клетки.

В электронных микроскопах ХХ1 в. разрешение составляет 1 А (0,1 нм). Электронно-микроскопическое изображение с флуоресцирующего экрана с помощью цифровой телекамеры передается прямо в компьютер, где на экране монитора его можно обработать разными способами (изменять увеличение, контрастность изображения и др.). Эти изображения можно распечатывать на принтере.

К специальным методам электронной микроскопии относятся:- метод высоковольтной микроскопии. Можно получить более

высокое разрешение при более короткой длине волн электронов. При этом толщина биологических образцов может составлять 1-10 мкм. Дополнительное использование стереоскопической съемки позволяет получать информацию о трехмерной организации внутриклеточных структур (разрешение 0,5 нм).

- метод сканирующей (растровой) микроскопии позволяет не только получать трехмерное изображение поверхности клетки, но и

92


информацию о химическом составе тех или иных участков клетки. При сканирующей микроскопии тонкий пучок электронов (зонд) бегает по поверхности объекта, информация передается на электроннолучевую трубку. Изображение может быть получено в отраженных или вторичных электронах. При этом методе специально подготовленный объект покрывается тонким слоем испаренного металла (золота), отражаясь от которого электроны передаются в приемное устройство, передающее сигнал на электронно-лучевую трубку. Благодаря огромной глубине фокуса сканирующего микроскопа можно получить почти трехмерное изображение исследуемой поверхности.

В середине ХХ и в начале ХХ1 в. - на основе результатов исследований клетки были сформулированы положения современной клеточной теории:

XX в. 1. Клетка - основная структурная и функциональная единица всех живых организмов.

2. Все живые организмы состоят из клеток.3. Клетки образуются из клетки.Положения клеточной теории ХХ1 в.XXI в. 1. Новые клетки образуются только путем деления кле-

ток-предшественниц.2. Живой организм представляет собой сложно организованную

интегрированную систему взаимодействующих клеток, свойства которой не являются механической суммой свойств составляющих ее клеток.

2. Методология исследований в молекулярной биологии

• использование методов электронной микроскопии позволяет изучать структуру белково-нуклеиновых комплексов (хроматин, рибосомы) и отдельных белковых молекул.

• рентгеноструктурный анализ - основан на дифракции рентгеновских лучей (электромагнитные излучения с длиной волны около 10 в - 10 м). Он позволяет выявить трехмерное расположение атомов в молекуле (разрешение составляет менее 0,1 нм). Этот метод в сочетании с компьютерным анализом полученных данных является ведущим при изучении трехмерной структуры биополимеров.

• радиоактивные изотопы используются для изучения биополимеров и разнообразных внутриклеточных процессов: синтез мо

93


лекул из их предшественников, определение внутриклеточной локализации молекул и времени их функционирования в клетке и ее отдельных компартментов, химические превращения веществ при физиологических процессах и др.

• ультрацентрифугирование (седиментационный анализ) используют в молекулярно-биологических исследованиях для выделения внутриклеточных органелл и макромолекул (нуклеиновых килот и белков), а также для определения их молекулярных масс

• хроматография - это метод, изобретенный русским ученым М.С. Цветом. Существует несколько методов хроматографии, в которых используют разные матриксы (носители), позволяющие разделить белки и другие вещества:

- по их заряду - ионнообменная хроматография- по размеру молекул - гель-хроматография- по способности взаимодействовать с определенными химиче

скими группами веществ, предварительно связанных с матриксом, - аффинная хроматография

- жидкостная хроматография, наиболее быстрая и эффективная, обеспечивает тонкое разделение веществ на фракции. Для разделения используют кремнийорганические смолы

• электрофорез. В основе метода лежит способность белков, обладающих суммарным положительным зарядом, перемещаться в электрическом поле в соответствии с величиной заряда, размером и формой молекул. При этом можно фракционировать белки, существенно различающиеся по молекулярной массе. Электрофорез проводится в водном (буферном) растворе или в пористом (полимерном) носителе (крахмальном, агарозном, полиакриламидном геле и др.). Например, с помощью электрофореза были изучены группы белков-дегидринов, которые являются белками, адаптирующими растения к низким температурам. По их содержанию можно судить о степени адаптации растений к неблагоприятным условиям в зимнее время у разных сортов яблонь.

• культура клеток. Использование этого метода позволяет получить клетки одного типа

• бесклеточные системы используют для изучения механизмов определенных молекулярных процессов. Например, при изучении механизмов синтеза белка из экстрактов клеток выделяли важнейшие компоненты белок-синтезирующей системы (мРНК, рибо

94


сомы, тРНК и др.) и последовательно вводили в систему, изучая роль каждого компонента в биосинтезе белка. С помощью бескле- точных систем был расшифрован изучен генетический код, механизмы репликации и транскрипции ДНК и др.

• моноклональные антитела используют для выявления чужеродных молекул. Антитела - это белки, которые синтезируются в организме позвоночных животных для защиты от чужеродных соединений. Они специфичны и имеют участки узнавания чужеродных антигенов.

Генетическая инженерия. Развивается с 1972 года. Генетическая инженерия - конструирование in vitro функционально активных генетических структур (рекомбинантных ДНК) или, иными словами, создание искусственных генетических программ или генов. Генетическая инженерия имеет возможности для конструирования генов и лежит в основе создания новых технологий для получения биологически активных соединений (гормонов, регуляторных пептидов, интерферонов, ферментов, антибиотиков и др.). В частности, методом генной инженерии был получен соматотропный гормон (HGH) - гормон роста, который в организме синтезируется в гипофизе. Этот гормон используют не только в медицинских целях, но и в животноводстве для повышения интенсивности роста животных.

Генетическая трансформация. Методами генетической инженерии можно получать не только отдельные генные продукты, но и направленно конструировать клетки и целые организмы животных. В 1980 г. американский исследователь Дж. Гордон методом микроинъекции ввел в оплодотворенную яйцеклетку мыши рекомбинантную плазмиду рБЯ322, которая содержала ген тимидинкина- зы, вируса герпеса и фрагмент генома вируса SV40, который вызывает опухолевую трансформацию. Такие животные получили название «трансгенные животные».

Получение трансгенных растений. Этот метод имеет большое значение, так как позволяет увеличить производство сельскохозяйственных растений и повысить его урожайность за счет повышения устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды, вредителям и инфекции.

95


Тема VIII

БИОЛОГИЯ НА РУБЕЖЕ XX-XXI вв.

По уровню биологических исследований можно судить о материально-техническом развитии общества. На рубеже XX-XXI вв. биология становится не только одной из ведущих наук, но и реальной производительной силой и рациональной основой для взаимоотношений между человеком и природой. Этому способствовали открытия, сделанные в XX в., и резко возросшая потребность общества в биологических исследованиях.

Накоплению знаний и в новых, и в классических областях биологии способствовало появление новых методов и приборов. Большой прорыв в биологических исследованиях был сделан благодаря созданию в 40-х годах XX в. электронного микроскопа, что позволило изучить ультраструктуру клеточных органелл и процессы клетки на молекулярном уровне. Большое распространение получили:

1. Новые методы прижизненных исследований (исследования культуры клеток, тканей и органов, маркировка эмбрионов, применение радиоактивных изотопов и фосфоресцирующих молекул для изучения физиологических процессов, ПЦР-технологии и др.).

2. Использование новейших физических и химических приборов, в том числе и с программным обеспечением (ультрацентрифуги, ультрамикротомы, микроманипуляторы, энцефалографы, полиграфы, спектрофотометры, масс-спектографы и др.).

В области охраны природы и сохранения биоразнообразия на Земле увеличилось количество национальных и биосферных парков, заповедников, биологических станций и были приняты мировые стратегии сохранения биоразнообразия.

Во второй половине XX в. большой прорыв произошел в области изучения Мирового океана, а в связи с освоением космического пространства появилось новое направление в биологии - космическая биология.

Биология в XX в. развивалась настолько быстро, что основные проблемы быстро менялись. Например, в 1982 г. суперпроблемами современной биологии считались (Митекин,1982):

1. Сущность живого.

96


2. Развитие разнообразия форм живого и соотношения этих форм.

3. Соотношение структуры и функции.4. Формирование организма как целого.5. Наследственная информация.6. Организмы и среда.7. Антропогенез.8. Развитие рассудочной деятельностиВ современной биологии выделяется несколько узловых про

блем, которые могут оказать значительное влияние на естествознание и прогресс человечества в целом. Это многие вопросы молекулярной биологии и генетики (изучение геномов живых организмов, генная инженерия, получение ГМО и др.), биологии развития, физиологии и биохимии, социобиологии, разделов экологии, посвященных проблемам энергетики и продуктивности конкретных природных сообществ и биосферы в целом.

Современное общество требует решения фундаментальной проблемы: осуществить планомерную реконструкцию биосферы с целью оптимизации условий жизни для увеличивающегося населения планеты. От этого будет зависеть существование самого человека как вида. Для преобразования биосферы существует две глобальные задачи:

1. Охрана природы.2. Повышение продуктивности биосферы.Охрана природыДо XX в. нарушения в природе под действием антропогенного

фактора носили локальный характер, потому что деятельность человека мало отличалась от деятельности других живых организмов. Забирая из биосферы средства к существованию в виде сырья, человек отдавал ей то, что могли использовать другие живые организмы. Универсальная способность микроорганизмов разрушать органическое вещество обеспечивали включение хозяйственной деятельности человека в биологический круговорот.

С развитием промышленности и интенсификации сельского хозяйства XX веке положение начало коренным образом меняться. Продолжая брать из природы сырье, промышленность и сельское хозяйство начали вносить в биосферу большое количество веществ, не используемых живыми организмами. Все среды обитания живых

97


организмов - вода, воздух, почва - загрязнялись отходами промышленности, часто токсичными (соли тяжелых металлов, радиоактивные вещества, канцерогенные углеводороды).

Большой урон биосфере наносится сведением лесов и осушением болот, что приводит к нарушению гидрологического режима планеты (уменьшаются запасы грунтовых вод, смывается верхний почвенный слой, возникает эрозия почв). Сведение лесов также приводит к нарушению газового баланса в атмосфере, вымыванию из почвы важных минеральных соединений. Болота наряду с океаном являются важными продуцентами кислорода.

Нормально функционирующая биосфера Земли не только снабжает человечество пищей и ценным органическим сырьем, но и поддерживает в равновесном состоянии газовый состав атмосферы, состав природных вод и круговорот воды и химических элементов. Поэтому качественный и количественный ущерб, который человек наносит биосфере, не только снижает продукцию органического вещества на земле, но и нарушает химическое равновесие в атмосфере и природных водах.

Для сохранения гомеостаза биосферы необходимо, чтобы техногенная деятельность человека не нанесла непоправимого ущерба, для чего нужно рационально использовать ресурсы биосферы, экологичные технологии и заботиться об ее охране.

Повышение продуктивности биосферыПервичная биологическая продуктивность земли связана с ис

пользованием солнечной энергии, поглощаемой в ходе фотосинтеза. Чтобы обеспечить растущее население Земли органическим веществом, необходимо провести большую работу, направленную на повышение биологической продуктивности биосферы и интенсификации биологических круговоротов, без которых невозможно дальнейшее развитие человеческой цивилизации.

Перед учеными-биологами стоит важная задача - найти пути увеличения в несколько раз продукции биосферы за счет повышения средней плотности растительного покрова Земли, повышения участия в нем растений с высокой степенью биологической продуктивности (урожайности), а также ввести в культуру новые группы микроорганизмов, растений и животных из огромного запаса диких видов (интродукции полезных видов в сообщества).

98


Исследования, которые проводят ученые-биохимики, позволяют более полно использовать полученные вещества растительного и животного происхождения. Перспективным направлением в биологии остается селекция окультуренных микроорганизмов, животных и растений для получения более продуктивных сортов растений, пород животных и штаммов бактерий. Использование таких новых технологий как генная инженерия, позволяет создавать организмы с заранее заданными свойствами, полезными для человека.

Классические разделы биологии также будут развиваться вXXI в. Те преобразовательные мероприятия, которые человек должен провести в биосфере, невозможны без знания видового разнообразия Земли. Поскольку инвентаризация животных, растений, микроорганизмов продолжается и в XXI в., то планируется интенсификация исследовательских работ по систематике, полевой биологии (ботаника, зоология, микробиология) и биогеографии.

Биология и медицинаУспехи и открытия биологии в XX в. определили уровень со

временной медицины. Микробиологами было выделено большинство болезнетворных бактерий и патогенных вирусов, изучены пути их переноса и попадания в организм человека, разработаны методы лечения вызываемых ими заболеваний.

Одним из важных направлений в биологии стало изучение иммунитета и механизмов действия антител. Особенно важно изучение механизмов иммунитета для лечения заболеваний и преодоления несовместимости тканей при трансплантации органов.

В XXI в. на новом уровне происходит изучение регенерации тканей и органов. На основе изучения общих закономерностей клеточной дифференцировки ученые проводят эксперименты в целях выращивания целых органов или тканей из стволовых или других клеток. Поэтому перспективным направлением является разработка методов клонирования стволовых клеток.

Особое внимание уделено изучению молекулярных механизмов возникновения онкологических заболеваний, болезни Альцгеймера и др.

Одним из важных объектов медико-биологических исследований становится генетика человека, в том числе и медицинская генетика, изучающая наследственно обусловленные заболевания. Генетический анализ хромосом позволяет обнаружить у человека вред

99


ные мутации до его рождения. Пока борьба с ними ведется путем лечения и медико-генетических консультаций и рекомендаций. Однако сейчас ведутся работы по разработке методик удалений из хромосом этих генов до рождения человека.

В целом, наибольший прогресс будет достигнут в тех областях биологии, которые являются наиболее перспективными, опираются на результаты фундаментальных биологических исследований и получают финансовую поддержку общества.

100


Тема IX

ВКЛАД РОССИЙСКИХ УЧЕНЫХ В РАЗВИТИЕ БИОЛОГИИ

Наука как социальный институт возникла в России при Петре I на рубеже XVII-XVIII вв. после долгого времени культурной изоляции. Петр I заложил основы для распространения образования и науки. В 1724 г. была открыта Петербургская академия наук, где работали как приглашенные учёные Европы, так и первые русские академики - М. В. Ломоносов, И. И. Лепехин (путешественник и натуралист), С. П. Крашенинников (русский ботаник) и В. Ф. Зуев (ученый-биолог). После открытия академии наук в России начинается быстрое формирование русской науки, которая развивается как часть мировой науки, в том числе и естествознания, а издания Российской Академии наук быстро становятся известными ученым других стран. Кроме того, развитию науки в России способствовал основанный в 1775 г. М.В. Ломоносовым Московский университет. В Санкт-Петербурге университет появился в 1819 г.

Во второй половине XVIII веке в России закладываются основы научной биологии, которая успешно развивается и в настоящее время, а исследования российских ученых вносят существенный вклад в мировую биологическую науку. Российские ученые проводят фундаментальные научные исследования, на основе которых выдвигают новые теории, дополняют классические биологические теории, формулируют новые концепции и гипотезы, создают биологические учения.

Биологические теории

Теории происхождения жизниКлючевым вопросом биологии, где изучается живая материя,

является вопрос «Что представляет собой жизнь как явление природы?».

В настоящее время существует несколько теорий происхождения жизни. Основной является теория происхождения жизни естественным путем - путем перехода химической эволюции в эволюцию биологическую. Авторами этой теории - теории абиогенного

101


происхождения жизни - являются академик А.И. Опарин, который обосновал ее в 1926 г., и американский ученый Джон Холдейн (1892-1964). Поэтому в настоящее время она называется «теория Опарина-Холдейна». Они рассматривали клетку как элементарную единицу жизни, а обмен вещества между клеткой и окружающей средой как основное проявление жизни.

Эта теория свидетельствует о том, что возникновению жизни на земле предшествовала химическая эволюция, которая сменилась эволюцией биологической. При этом химический отбор сменился естественным биологическим отбором.

Клеточная теорияПервое положение клеточной теорией дополняется теорией

маргинотомии А.М. Оловникова (1971 г.) или теория старения клеток в ряде поколений. В ее основу положено явление постепенного укорочения ДНК клеточного ядра во время репликации. Согласно этой теории, укорочение ДНК может ограничивать потенциал деления клетки.

Эволюционная теория

Современная (синтетическая) теория эволюцииВ ХХ в. начался новый период развития эволюционной теории.

В 20-30 гг. благодаря работам Дж. Холдейна, С.С. Четверикова, Р. Фишера, Н.В. Тимофеева-Ресовского и других произошел синтез дарвинизма и генетики. На этой основе наблюдалось становление синтетической теории эволюции, где продолжалось развитие теории Ч. Дарвина (первый этап).

Развитию СТЭ способствовали работы С.С. Четверикова и Н.И. Шмальгаузена, которые на основе своих исследований показали, что основным материалом для естественного отбора являются мутации. С. С. Четвериков работал с мушками-дрозофилами и показал, что их природные популяции, насыщенные рецессивными мутантными аллелями, предоставляют достаточно материала для естественного отбора. Н.И. Шмальгаузен пришел к выводу, что материалом для отбора являются гетерозиготные мутации.

В 1927 г. Ю.А. Филипченко предложил разделить процесс эволюции на микроэволюцию как эволюцию видов и макроэволюцию как надвидовую эволюцию.

102


В СТЭ выдвинуто преставление о популяции как элементарной единице эволюционного процесса. Авторы теории заменили понятие «движущие силы» на понятие «факторы» эволюции. При этом были описаны новые факторы эволюции: изоляция, популяционные волны, дрейф генов. В 1984 г. Н.Н. Воронцов свел все представления СТЭ в 11 постулатов:

1. Материалом для естественного обора является мутационная изменчивость.

2. Ведущий фактор эволюции - естественный отбор.3. Элементарной единицей эволюции является популяция.4. Эволюция носит дивергентный характер.5. Эволюция носит постепенный и движущий характер.6. Вид состоит из подвидов и популяций.7. Обмен генов возможен лишь внутри вида.8. Основной критерий вида - его репродуктивная изоляция.9. Макроэволюция идет путем микроэволюции.10. Каждая систематическая группа имеет монофилитическое

происхождение.11. Эволюция непредсказуема.Теория филоэмбриогенеза. В 1910 г. Алексей Николаевич Се-

верцов разработал теорию филоэмбриогенеза: эволюция организмов происходит на основе наследственных изменений, происходящих на любой стадии онтогенеза. Основным положением этой теории является то, что онтогенетические изменения первичны по отношению к филогенетическим. Путем филоэмбриогенеза изменения могут происходить у взрослого организма (анаболия), организма, находящегося на промежуточной стадии развития (девиация) или начальной стадии развития организма (архаллаксис). Таким образом, биогенетический закон применим только в случаях эволюции онтогенеза данного вида путем подставки его последних стадий.

Номогенез. В 1922 г. академик Л.С. Берг выдвинул альтернативную эволюционную концепцию - теорию номогенеза, основным положением которой было признание того, что основой эволюционного процесса является закономерный характер изменчивости организмов в отличие от неодарвинизма - эволюции на основе случайной изменчивости.

103


Биологические теории в эмбриологии, физиологии человека и животных

Теория зародышевых листковБлагодаря исследованиям А.О. Ковалевского (1840-1901),

И.И. Мечникова (1845-1916), Ф. Мюллера (1821-1897) в биологии развития был достигнут прогресс в изучении эмбрионального развития беспозвоночных и сходства его стадий с позвоночными.

Теория зародышевых листков - это теория, согласно которой зародышевые листки (эктодерма, энтодерма и мезодерма) являются примитивными органами, повторяющими филогенетическую стадию, общую для всех многоклеточных животных. Основные положения теории: 1) организмы многоклеточных животных развиваются из трех зародышевых листков: наружного, или эктодермы, среднего, или мезодермы, внутреннего, или энтодермы; 2) каждая система органов у разных групп многоклеточных животных развивается, как правило, из одного и того же листка.

Рефлекторная теория И.М. СеченоваИ. М. Сеченов (1829- 1925) - известный русский физиолог. В

своем классическом труде «Рефлексы головного мозга» (1866 г.) он изложил основные положения рефлекторной теории, обосновал ведущую роль рефлекторного принципа в деятельности центральной нервной системы (ЦНС), а также открыл процесс торможения в ЦНС.

Рефлекторная теория была дополнена работами Н.Е. Введенского, который создал теорию единства возбуждения и торможения, их взаимных переходов,

Учение о высшей нервной деятельности И.П. Павлова. Идеи И.М. Сеченова о рефлекторном принципе деятельности головного мозга получили развитие в трудах И.П. Павлова (1849-1936), который на их основе создал учение о высшей нервной деятельности, основными положениями которой стали:

1. Функция коры больших полушарий - образование условных рефлексов.

2. Для проявления любого рефлекса необходимо влияние извне.

104


3. Аналитическая и синтетическая функции коры больших полушарий осуществляются благодаря сложным взаимоотношениям между процессами возбуждения и торможения.

Фагоцитарная теория иммунитета. Русский ученый И И. Мечников заложил основы современного научного подхода к изучению иммунитета. На основе своих исследований он доказал существование в организме особых амебоидных клеток-фагоцитов. Согласно фагоцитарной теории фагоциты способны выходить за пределы кровеносного русла и поглощать чужеродные бактерии, а также очищать организм от токсинов. Фагоциты также способны вырабатывать ферменты и биологически активные вещества.

Теории старения организмовМикробиологическая теория И.И. Мечникова. Старость, соглас

но этой теории, можно разделить на физиологическую и патологическую. Мечников считал, что старость у людей наступает преждевременно, т.е. является патологической. Причина этого заключается в том, что в организме под влиянием интоксикации страдают нервные клетки. Интоксикация организма происходит вследствие развития гнилостных процессов в толстом кишечнике человека. Для предотвращения этих процессов необходимо употреблять кислое молоко, которое убивает гнилостную микрофлору, она заменяется полезной микрофлорой.

Теория о роли ЦНС. Эта теория была выдвинута в 30-х годах ХХ в. русским физиологом И.П. Павловым. При выяснении причин старения он уделял большое внимание роли ЦНС в этом процессе и считал, что нервные потрясения и продолжительное нервное потрясение вызывают преждевременное старение, поэтому состояние нервной системы имеет большое значение в профилактике преждевременной старости.

Биологические теории в физиологии растенийРоссийские ученые исследовали такие важные процессы жиз

недеятельности растения, как дыхание и фотосинтез.Теории дыхания. Русский биохимик А.Н. Бах в 1897 г. создал

перекисную теорию биологического окисления, в соответствии с которой использование кислорода в клетках происходит через образование перекисей. Эта теория подтверждает тот факт, что окисление органических соединений молекулярным кислородом является единственным источником энергии, необходимой для жизнедея

105


тельности организма. Его работы стали основой для выдвинутойВ. И. Палладиным идеи о двух последовательных этапах дыхания - анаэробного и аэробного (1912). С.П. Костычев экспериментально обосновал теорию о генетической связи дыхания и брожения.

Теория циклического старения и омоложения организмов. Российский физиолог Н.П. Кренке (1892-1939) изучал возрастные изменения растительного организма и на основании своих исследований создал теорию циклического старения и омоложения организмов. Эта теория свидетельствует о том, что возраст целого материнского организма влияет на физиологическое состояние вновь образующегося органа. Чем старше растение, тем меньше физиологическая молодость организма. Поэтому у растений выделяют собственный (календарный) возраст и физиологический возраст органа растения.

Гормональная теория регуляции цветения растений. В 1937 г. М.Х. Чайлахян предложил гормональную теорию онтогенеза и регуляции цветения. На основе своих опытов с прививками растений он выдвинул гипотезу, согласно которой цветение растений вызывают фитогормон гиббереллин и неизвестный гормон ан- тезин, а сам процесс цветения происходит в две фазы. На первой образуется цветочный стебель, а на второй - сами цветки.

Биологические законы и ученияЗакон зародышевого сходства К.М. Бэра. Основатель анатомо

эмбриологического направления в России К.М. Бэр (1792-1876) в работе «История развития животных» (1828) на основе своих исследований детально описал этапы эмбриогенеза цыпленка и показал сходство строения зародышей животных, особенно на ранних стадиях развития, которое получило название «закон зародышевого сходства». На основе сравнения развития зародышей разных животных К. Бэр сформулировал четыре закона: в каждой большой группе общее образуется раньше специального, специальное постепенно формируется из общего, эмбрионы одной животной формы не проходят через взрослые этапы других форм, а сходство форм проявляется только в самих эмбрионах.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Закон был сформулирован Н.И. Вавиловым в 1920 г. Изучая изменчивость признаков у видов и родов злаков и других семейств,Н.И. Вавилов обнаружил, что все виды и роды, генетически близкие

106


между собой, характеризуются тождественными рядами наследственной изменчивости, но при этом он допускал, что при внешнем сходстве признаки могут иметь разную генетическую природу. Поэтому, зная ряд форм для одного вида, можно предвидеть нахождение таких параллельных форм у других видов и родов. Этот закон является теоретической основой для генетики и селекции.

Учение об эпигенезе. Это учение о постепенном развитии и преобразовании организма, в ходе которого происходит его постепенное усложнение. Оно сформировалось во второй половине ХVIIIв. такими учеными, как Ж.Л. Бюффон, К.Ф. Вольф и К.М. Бэр К.Ф. Вольф (1734-1794) - Академик Российской академии наук. Его исследования развития зародыша цыпленка показали, что все органы появляются в результате развития, а не предопределены заранее (теория эпигенеза), а все изменения связаны с питанием и климатом. Работы Вольфа опровергли господствовавшие в то время метафизические представления о неизменности видов и подтвердили идею развития живой природы.

Учение В.И. Вернадского о биосфереВ 1926 г. вышла в свет книга академика В.И. Вернадского

«Биосфера», в которой он изложил основы своего учения о биосфере как области жизни, в которой живые организмы тесно связаны со средой их обитания. Он выделил в биосфере 7 типов веществ, из которых центральным звеном в биосфере является живое вещество- совокупность живых организмов, которая является огромной геологической силой, изменяющей облик Земли. Биосфера организована по системному принципу и основу ее функционирования составляют круговороты веществ и энергии.

В.И. Вернадский развил представления французских ученыхЭ. Леруа и Т. де Шардена о ноосфере с материалистической точки зрения. Согласно представлениям В.И. Вернадского, ноосфера - это новое эволюционное состояние биосферы. Оно возникает при взаимодействии биосферы и общества, когда впервые человек становится крупнейшей геологической силой и перестраивает своим трудом и мыслью область своей жизни. Вернадский понимал под ноосферой новый этап в развитии биосферы, этап разумного регулирования отношений между человеком и природой.

Учение о биогеоценозе. В 1942 г. русский ботаник и основатель науки биогеоценология В.Н. Сукачев (1880-1967) ввел в био

107


логию понятие биогеоценоз. Согласно его учению, биогеоценоз является системой, которая представляет собой сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории. Все компоненты биогеоценоза связаны между собой круговоротом веществ и потоком энергии и являются природной устойчивой и саморегулирующейся природной экосистемой.

Учение о лесе. Автором учения о лесе является Г.Ф. Морозов (1867- 1920) - классик российского лесоводства и ботаник. По его определению лес является природным комплексом, который представляет собой «совокупность древесных растений, измененных в своей внешней форме и внутреннем строении под влиянием воздействия друг на друга, на занятую почву и атмосферу». При этом лес необходимо рассматривать как биогеоценотическое, географическое и историческое явление. В своем классическом труде «Учение о лесе» он изложил особенности типов лесонасаждений.

Учение о центрах происхождения растений Н.И. ВавиловаН.И. Вавилов совершил ботанические экспедиции в разные

районы пяти континентов земного шара с целью изучения разнообразия мировых растительных ресурсов. Собранный материал позволил ему сформулировать учение о центрах происхождения культурных растений. В основе этого учения лежат данные о том, что наибольшее разнообразие форм того или иного вида сосредоточено в районах его исторического происхождения. Применяя ботаникогеографический метод исследования мировых растительных ресурсов, Н.И. Вавилов установил 8 открытых центров происхождения культурных растений. Именно эти районы стали впоследствии источником ценного исходного материала для селекции новых сортов растений.

Биологические классификации и системы Систематика растений. Среди систем классификации расте

ний, предложенных учеными-ботаниками, широкое признание получила новая филогененетическая система классификации покрытосеменных растений, разработанная советским ботаником А.Л. Тахтаджяном (1910-2009). Его работа - «Система и филогения цветковых растений» (1966) остается актуальной и в наше время, так как, по его утверждению, система «динамична» и может посто

108


янно совершенствоваться. Последней работой Тахтаджяна стала книга «Flowering Plants» (2009), в которой была предложена новая версия системы цветковых растений, переработанная с учётом последних результатов молекулярной филогенетики.

Система жизненных форм растений И.Г. СеребряковаСистема жизненных форм И.Г. Серебрякова создана на эколо-

го-морфологическом принципе, в основном для древесных и кустарниковых форм.

Она включает 4 отдела:1. Отдел А. Древесные растения. Типы: деревья, кустарники,

кустарнички.2. Отдел Б. Полудревесные растения. Типы: полукустарники и

полукустарнички.3. Отдел В. Надземные травы. Типы: поликарпические и моно-

карпические травы.4. Отдел Г. Водные травы. Типы: земноводные травы, пла

вающие (надводные) травы, подводные травы.

Биологические открытияОткрытие вирусов. Одним из крупнейших достижений биоло

гии в конце Х К в. стало открытие в 1892 г. вирусов табачной мозаики русским ученым Д. И. Ивановским. Это открытие положило начало новому направлению в биологии - вирусологии.

Открытие нового типа животного царства - типа Pogonophora. В 1958 г. в Лондоне на очередном Международном зоологическом конгрессе русский ученый А.В. Иванов выступил с докладом, где изложил результаты своих исследований нового типа животных - погонофор. Это морские червеобразные животные с наружным пищеварением. В настоящее время изучено около 100 видов погонофор.

Российские ученые - лауреаты Нобелевской премииВ 1900 г. был создан Фонд Нобеля - частная независимая не

правительственная организация, которая согласно завещанию А. Нобеля, присуждает Нобелевские премии за научные достижения по пяти направлениям: физике, химии, физиологии и медицине, литературе и вкладу в дело мира во всем мире. Первые премии были присуждены 10 декабря 1901 г. Среди лауреатов Нобелевской

109


премии в области физиологии и медицины российские ученые - И.И. Мечников (1908) и И.П. Павлов (1904).

Иван Петрович Павлов (1849-1936) - первый российский лауреат Нобелевской премии, физиолог, создатель науки о высшей нервной деятельности и представлений о процессах регуляции пищеварения; основатель крупнейшей российской физиологической школы. Он, по существу, создал современную физиологию пищеварения. В 1904 г. ему была вручена Нобелевская премия за исследование функций главных пищеварительных желез.

Илья Ильич Мечников (1845-1916). Научные труды Мечникова относятся к ряду областей биологии и медицины. Многочисленные работы Мечникова по бактериологии посвящены вопросам эпидемиологии холеры, брюшного тифа, туберкулёза и других инфекционных заболеваний. Мечников предложил оригинальную теорию происхождения многоклеточных животных, разработал фагоцитарную теорию иммунитета. За работу «Невосприимчивость в инфекционных болезнях» в 1908 г. совместно с П. Эрлихом (автор гуморальной теории иммунитета) получил Нобелевскую премию.

Золотая сотня науки и техники 20-го столетияВ 2000 г. в приложении к «Независимой газете - «НГ-наука» -

проводился рейтинговый опрос читателей по номинациям - самые выдающиеся ученые столетия; открытия и научные концепции (теории), в наибольшей степени повлиявшие на развитие цивилизации в ХХ в., и др. В результате этого опроса появился список «Золотая сотня науки и техники 20-го столетия», в который вошли и российские ученые.

Номинация «Самые выдающиеся ученые столетия»1. И. П. Павлов (теория условных и безусловных рефлексов)2. Н.И. Вавилов (генетика)3. В.И. Вернадский (теория ноосферы)4. А. Мирзабеков (секвенирование генов)Номинация «Открытия и научные концепции (теории), в

наибольшей степени повлиявшие на развитие цивилизации в ХХ веке»:

5. Ноосферная концепция6. Закон гомологических рядов Вавилова.

110


Тема X

МЕТОДОЛОГИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Наука - это сфера человеческой деятельности, направленная на выработку и систематизацию знаний об окружающем мире, т.е. познание окружающего материального мира. Научные знания - это совокупность знаний о материальном мире, накопленных с помощью научного метода. Цель науки - изучение объективной картины развития и строения мира и получение о нем точных знаний. «Наука есть едва ли ни целиком результат интеллектуальной любознательности».

Наука тесно связана с обществом, которое определяет приоритетные направления и темпы развития наук. Поэтому наука разделяется на фундаментальную и прикладную. Задача фундаментальной науки состоит в открытии и изучении объективных законов и явлений, существующих в природе. Задачами прикладных наук является создание того, чего раньше в природе не существовало (инженерная деятельность, технологии и др.).

В основе познания окружающего мира лежат методология и логика научного исследования. Методология - это способ познания окружающего мира, в основе которого лежит научный метод. Методология научного познания - это учение о принципах, формах и способах научно-познавательной деятельности. Методология науки дает характеристику компонентов научного исследования - его объекта, предмета анализа, задачи исследований (или проблемы), совокупности исследовательских средств, необходимых для решения задачи, а также формирует представление о последовательности действий исследователя в процессе решения задачи. Различают общую методологию науки и методологии отдельных наук (в том числе и биологию).

В основе методологии лежит научный метод - умение исследователя формулировать познавательную задачу (проблему), планировать и осуществлять наблюдения и эксперимент, конкретизировать теоретические идеи.

Как писал А. Эйнштейн, «сформулировать проблему часто бывает важнее, чем найти ее решение...... Умение ставить новые вопросы, видеть новые возможности, рассматривать старые проблемы

111


под новым углом зрения требует творческого воображения и приводит к подлинным успехам в науке».

Биология - это совокупность наук о живой природе. Цель биологии - это познание мира живой природы. Предмет изучения биологии - все проявления жизни: строение и функции живых организмов, происхождение и развитие, связи друг с другом и неживой природой. Задачи биологии состоят в раскрытии сущности жизни во всех ее проявлениях с целью познания и управления ими.

Принципы биологического познания1. Детерминизм (причинность) признает всеобщую законо

мерную связь между явлениями и процессами, которые реализуются в разных формах. Американский эволюционист и методолог биологии Э. Майр отмечал, что с помощью причинности можно объяснить прошедшие события, настоящее и предсказать грядущее.

2. Редукционизм и интегратизм.Аналитический метод исследований, с помощью которого изу

чение целого организма осуществляется через анализ его составных частей (тканей, органов). Однако при изучении отдельных элементов нельзя забывать о связях между ними, которые обеспечивают целостность живой системы, потому что целое не сводится к сумме составляющих ее частей.

Сведение сложной системы (организма) к сумме простых составных элементарных единиц (клеток) называется редукционизмом. Как отмечал Р. Вирхов, «жизнь органа есть не что иное, как сумма жизней отдельных клеток».

Проявлением редукционизма в ХУ1-ХУШ вв. явилось механистическое направление, которое сводило биологические процессы к простым механическим движениям. Последователи этого направления считали, что живая материя - косная и инертная, а ее движения (функции) осуществляются за счет неких внешних сил (жизненной силы). А все биологические процессы подчинялись действию физических и химических законов.

Современная биология рассматривает живую природу как сложную систему, для которой характерены иерархический уровень организации, системный характер, взаимосвязь процессов и явлений, строения и функций и т.д. Этот подход называется интегра- тизмом.

112


3. Системность - принцип исследований, ориентирующий на выяснение соответствия явлений, их взаимодействия, стабильности и устойчивости. Система - это целостность, в которой все элементы тесно связаны друг с другом и выступают по отношению к окружающей среде и другим системам как нечто единое.

Элемент - минимальная единица системы, выполняющая определенную функцию. Совокупность связей элементов в составе системы определяет ее структуру. Роль, которую выполняет элемент в объединении элементов и функционировании системы, называют функцией.

Аспектами применения принципа системности являются:- выделение целостной системы и ее среды;- обнаружение элементов и установление связей между ними -

пространственных, функциональных, генетических, системообразующих, управляющих и др.;

- характеристика связей, выяснение структуры, вычленение уровней и установление их иерархической соподчиненности;

- определение способа регулирования и осуществления целесообразного поведения самоопределяющихся систем;

- изучение функционирования и развития системы.Применение системного подхода позволило выделить уровни

организации биологических объектов, осуществить их классификацию, иметь возможность моделировать последствия вмешательства человека в их функционирование.

Целостное видение биологической системы - это необходимое требование к современным биологическим исследованиям.

4. Методология биологии - имеет свою специфику, что отличает ее от методологии других естественных наук (химии, физики и др.). В последнее время биологи чаще говорят о «биологическом мышлении» как синониме методологии биологии. В методологии биологии выделяют общую методологию и частные методологии (методология систематики, экологии, физиологии и др.).

Фундаментальная биология изучает объективные законы и явления живой природы. Поэтому фундаментальными проблемами современной биологии, от которых зависит познание сущности жизни, являются:

- внутренняя организация процессов жизнедеятельности;

113


- микромир живой клетки и ее ядра; строение и химизм белков, нуклеиновых кислот;

- физико-химические основы и механизм наследственности и изменчивости;

- процесс фотосинтеза;- сложные механизмы мозговой деятельности и др.Прикладная биология отвечает практическим потребностям

общества (комическая биология, практическая медицина, биотехнология и др.).

Решение этих проблем осуществляется путем проведения биологических исследований. Методология биологического исследования - это процесс, в ходе которого используются определенные приемы научного описания и объяснения внешнего и внутреннего строения и функционирования живых систем. Особенности биологического исследования объясняются спецификой биологических объектов:

1. Живые системы представляют собой высокоорганизованные, упорядоченные, сложные открытые системы.

2. Разнообразие и сложность внешнего и внутреннего строения живых форм.

3. Все живые организмы в биосфере (живое вещество) взаимосвязаны между собой и с компонентами неживой природы.

4. Все живые организмы группируются (по особенностям внешнего, внутреннего строения и др. признакам) в ряд систематических единиц, имеющих общее происхождение.

5. Все живые организмы обладают рядом специфических признаков, отличающих их от объектов неживой природы.

В сложном и трудном исследовании сущности живых систем используются многообразные конкретные методы биологического исследования, как классические, так и современные.

Методы исследований в биологии I. Наблюдение, описание и систематизация фактовИсследование живых систем проводится по пути углубления

знаний - от изучения внешней структуры и внешних связей организмов до выяснения причинных связей и понимания внутренних закономерностей. Логически и исторически этот путь открывается простым наблюдением и описанием, доступном для восприятия

114


форм и процессов жизни, затем на более высоком уровне большое значение имеет эксперимент, который в сочетании с теоретическим анализом и синтезом фактов приводит к научному объяснению сущности объекта биологического исследования и практическому использованию знаний.

Научное наблюдение. Чтобы исследовать те или иные формы или объекты, их необходимо выделить как факты науки. Это достигается путем целенаправленного научного наблюдения. Простое наблюдение жизненных форм и процессов может быть непосредственным, которое охватывает явления, доступные органам чувств без применения вспомогательных технических средств. Опосредованное наблюдение с использованием технических средств (например, микроскопа) позволяет увеличить воспринимающие возможности органов чувств. Успехи современной биологии и перспективы ее развития связаны с развитием технических средств и методики наблюдения. При этом все большее распространение получают методические и технические приемы, которые делают доступными для исследования биологические объекты, которые невозможно наблюдать прямым путем. Эти приемы обеспечивают косвенное наблюдение исследуемых явлений. Например, исследования по фиксации биотоков мозга или движение молекул в плазматической мембране.

Научное описание.Научное описание целенаправленно и ориентировано на опре

деленные факты, а не на механическую сумму регистрации фактов. Научное описание - это определенная систематизация фактов наблюдения, их упорядочивание, установление связей между ними. Поэтому результаты простого наблюдения, которые выступают в процессе познания как эмпирические факты науки могут быть использованы, если они соответствующим образом описаны или систематизированы, так как при этом условии становится возможным их последующее научное исследование и объяснение. Например, закономерности изменчивости особей исследователь может получить, изучив особенности ее внешнего и внутреннего строения, среды обитания и др. Поэтому многие факты исследователь получает, обращаясь к описанию биологических форм или процессов. Естественным следствием описания является сравнение результатов наблюдения, систематизация полученного материала, выделение в нем общего и специфичного. Все это создает основу для выдвиже

115


ния гипотез и объяснения причин того или иного процесса или явления, их экспериментальной проверки и формулирования научной теории.

Описание биологических объектов разнообразно по форме и содержанию. Форма описания зависит от системы обозначения либо в форме терминов, либо наглядным способом (графики, рисунки, фиксирование на фотопленке), либо символически. В последние время широко применяются методы математической статистики. Описание также зависит от того, что фиксируется: факты простого наблюдения (эмпирическое описание фактов) или эксперимента (целенаправленное описание). К неформальным характеристикам описания данных простого наблюдения или эксперимента относится его разделение на качественное или количественное описание.

Описание в современной биологии не является бессистемным фиксированием материала наблюдения, а определяется задачами исследования с учетом специфических особенностей объекта и исследования. Поэтому описание может быть полным, что дает исчерпывающий ряд сведений об объекте, или неполным, когда рассмотрение каждого отдельного элемента оказывается невозможным.

Научное описание является необходимым этапом и элементом познания, что приводит к систематизации фактов.

Систематизация фактов (научная классификация). Систематизация фактов означает группировку и обобщение единичных фактов, на основе принципов и правил классификации. Описание и систематизация фактов наблюдения, их классификация - это необходимая основа биологического познания.

Классификация является известным отражением того закономерного порядка, который имеет место в самой действительности. Это естественная классификация. Первые попытки перейти от простого описания к сравнению и классификации биологических форм и процессов, доступных непосредственному наблюдению, осуществлялись еще на первых этапах исторического пути биологического познания живой природы. Первый период исторического развития ботаники, зоологии характеризуется именно как описательный. Еще в период античности были предприняты первые попытки классификации Аристотелем, который рассмотрел свыше 500 видов животных. Классификация была разработана по принципу восходящих

116


ступеней животного царства на основе серии сходных признаков морфологического строения.

С учетом огромного описательного материала, накопленного в биологии к ХVI-ХVII вв. была проведена описательная инвентаризация растительных и животных форм. Например, в «Травниках» заложены основы научной гербаризации. Итогом этой описательной работы явились систематизация уже известных форм и организмов, их группировка на основе совокупности взаимосвязанных морфологических и анатомических признаков. Окончательно все работы по классификации организмов, выполненные разными учеными, были сведены воедино и обобщены К. Линнеем, создавшим систему живых организмов. В классификации Линнея не только уточнялось понятие о виде как единицы системы, группирующей сходные между собой особи, но вводились строгие номенклатурные правила, позволяющие определять тот или иной вид двойными латинскими родовыми и видовыми названиями (бинарная номенклатура). Линней установил иерархическую соподчиненность между систематическими категориями (царством, классом, отрядом, видом, родом, вариацией). Однако сам Линней рассматривал свою классификацию как искусственную и временную, которая должна была уступить место естественной системе. Попытки создания естественных классификаций были сделаны К. Бернаром и А. Жюсье для растений в виде «лестницы существ» для форм живых организмов, существовали классификации Ж. Кювье, идеи генеалогического дерева Г. Тревирануса и др.

Только после того как Ч. Дарвин обосновал эволюционную концепцию в биологии, эта идея получила научное объяснение. Применение Дарвиным исторического метода подняло систематику на новую ступень, осознанно разрабатывалась естественная классификация на основе объективных процессов исторического развития видов. Это генеалогическая систематика, где изучаются взаимоотношения естественных групп организмов. В современной систематике особое значение имеет также изучение внутривидовых компонентов.

Научное описание и классификации являются логически и исторически исходным пунктом познания и необходимой предпосылкой биологического исследования.

117


Сравнительный метод исследования. Естественные классификации целиком и полностью составлены на сравнении. И научное описание, и классификации являются определенным итогом исследования, в ходе которого используются различные способы и методы анализа имеющихся фактов, в первую очередь сравнение, сравнительный метод.

Как специфический логический прием сравнение пронизывает все другие методы биологического исследования. С его помощью осуществляется качественное и количественное исследование формы и функций организма, особенно в сравнительной анатомии, физиологии, эмбриологии, систематике и др.

Познавательная задача сравнительного исследования заключается в установлении общего в изучаемых объектах, причем наиболее типичным и распространенным в науке вариантом исследования является совместное выявление этих двух сторон изучаемого объекта.

Научное сравнение представляет собой процесс активного отражения того, что имеет место в объективной реальности и способствует познанию их изменений и тех относительно устойчивых тенденций, которые лежит в основе всякой закономерности; оно дифференцирует знания об объекте и вычленяет его общие признаки. Посредством сравнения осуществляется систематизация и классификация предметов и явлений природы.

Сравнение также служит и в качестве одного из приемов доказательства полученного знания.

Исторический методСравнительный метод исследования не всегда может объяс

нить причины того или иного явления или фактов, откуда и почему данное явление появилось и существует в современном виде. Ответы на эти вопросы можно получить с помощью исторического метода исследования.

Исторический подход к анализу изучаемого объекта, исторический метод исследования имеют важное значение в биологической науке, так как биологические объекты обладают такими специфическими свойствами, как историчность, изменчивость, способность к качественным преобразованиям в определенном временном интервале.

118


Исторический метод связан со сравнительным методом, потому что при сравнении результатов наблюдений в историческом методе учитывается фактор времени как необходимое условие роста и развития организмов, их генезис. Соответственно исторический метод можно охарактеризовать как генетический. Это означает, что конкретное биологическое исследование процессов развития, которое охватывается рамками исторического метода, касается не только филогенеза, но и онтогенеза.

Задача исторического исследования заключается в установлении ряда конкретных исторических состояний изучаемого объекта, его исходного пункта и результата, движущих сил, самого механизма и условий процесса развития. В биологической науке восстановление прошлого организмов, в частности их филогенетического развития, служат основной цели познания живой природы - установление причинного объяснения настоящего, современного устройства живой природы. Поэтому филогенетические исследования, т.е. сравнительный анализ современных и ископаемых организмов, основанный на научном понимании закономерностей исторического развития органического мира, позволяют получить не просто внешнее описание эмпирической истории изучаемого объекта, но и выявить ряды форм, дающих наглядное представление о генезисе современных организмов.

В настоящее время биологической наукой с помощью исторического метода получены значимые результаты исторического исследования современных форм организмов с помощью восстановления их филогенетических рядов и установления их генетического родства (единства). Примером таких филогенетических исследований являются работы В.О. Ковалевского по изучению палеонтологии лошади.

Сопоставление и анализ промежуточных форм являются одними из основных способов исследования с помощью исторического метода.

Эксперимент - (лат. experimentum, опыт, доказательство) - это целенаправленное изучение явлений в точно установленных условиях, позволяющих воспроизводить и наблюдать эти явления, т.е. целенаправленное испытание исследуемых объектов.

Основные проблемы современной биологии (внутренняя организация процессов жизнедеятельности, ультраструктура клетки,

119


фотосинтез, дыхание и др.) решаются с помощью экспериментального метода исследования - как главного метода научного познания. Экспериментальный метод имеет ряд принципиальных особенностей, которые превращают биологическое знание, полученное с его помощью, в строго доказательное, теоретически и практически наиболее эффективное. Интенсивное применение экспериментального метода позволило поднять биологическое исследование на уровень точной науки и максимально приблизить его к выполнению непосредственных практических задач - преобразование природы в интересах человечества.

Эксперимент - это сложное наблюдение, характер которого определяется не только зависимостью от развивающихся технических средств, но и самой природой, спецификой взаимодействия между познающим исследователем и объектом наблюдения и познания. Как писал знаменитый физиолог И.П. Павлов, «опыт как бы берет явление в свои руки и пускает в ход то одно, то другое и таким образом в искусственных упрощенных комбинациях определяет истинную связь между явлениями. Иначе сказать, наблюдение собирает то, что дает ему, предлагает природа, опыт же берет у природы то, что он хочет».

Активное и целенаправленное испытание и наблюдение результатов этого испытания достигаются в эксперименте с помощью целого комплекса разнообразных приемов и средств, прежде всего путем изоляции изучаемых явлений от нарушающих влияний. В итоге исследователь наблюдает типичные варианты, позволяющие с большей достоверностью судить о сущности изучаемого явления (чистота эксперимента).

Экспериментальный метод исследований имеет ряд преимуществ в сравнении с другими методами биологических исследований.

Первое преимущество эксперимента - это его вариабельность, так как с с его помощью исследователь может изучать явления в самых разнообразных условиях и по своему желанию варьировать эти условия, вводить в них новые факторы, усложняющие или упрощающие протекание этого процесса.

Еще одним преимуществом эксперимента по сравнению с простым наблюдением является возможность многократного повторения исследуемых процессов и явлений, что позволяет основывать

120


обобщения и выводы на большой серии наблюдений, которые подтверждают их достоверность.

Эксперимент в биологии позволяет поставить изучаемое явление в строго контролируемые условия. Контролируемость и измеримость процессов, а также условий их протекания - это главное, что делает биологический эксперимент основой точного научного познания закономерностей живой природы. Биологическая наука на основе эксперимента не только исследует качественные характеристики закономерностей функционирования живых систем, но и определяет их количественное математическое выражение.

Библиографический список1. Длусский Г.М. История и методология биологии / Г.М.

Длусский. - Москва: Анабасис, 2006. - 220 с.2. Намзалов Б.Б. Введение в биологию. История и методоло

гия биологии / Б.Б. Намзалов. - Улан-Удэ: Изд-во Бурят. госунивер- ситета, 2004. - 78 с.

3. Фролов И.Т. Очерки методологии биологического исследования. Система методов биологии / И.Т. Фролов. - Москва: Изд-во ЛКИ, 2007. - 288 с.

4. Юсуфов А.Г. История и методология биологии / А.Г. Юсуфов, М. А. Магомедова. - Москва: Высшая школа, 2003. - 238 с.

121


СОДЕРЖАНИЕ

История и методология науки .................................................................. ......3Тема I. Представления о живой природе в Античном мире ........................ 12Тема II. Состояние естествознания в Средневековье (IV-XIV вв.) ............ 21Тема III. Изучение живой природы в период эпоху Возрождения (XIV-

XVI вв.) ..............................................................................................................31Тема IV. Метафизический этап развития естествознания в Х'VI-KW вв...... .....39Тема V. ХVIII век как этап систематизации биологических знанийо живой природе и создания первых эволюционный концепций.......... ......48Тема VI. XIX в. - этап формирования биологии как комплексной наукии создания фундаментальных биологических теорий.............................. .... 59Тема VII. XX в. как этап прогрессивного развития биологических наук 77Тема VIII. Биология на рубеже XX-XXI вв................................................ .....96Тема IX. Вклад российских ученых в развитие биологии ...................... .....101Тема Х. Методология биологических исследований .............................. .....111Библиографический список .............................................................................121

Учебное издание

ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ БИОЛОГИИ

Учебное пособие

Составители Наталья Михайловна Ловцова

Бимбацырен Батомункуевич Намзалов

Дизайнер И. Болонев Издательство Бурятского госуниверситета Редактор Ж. В. Галсанова 670000, г. Улан-Удэ, ул. Смолина, 24а

Компьютерная верстка Т. А. Олоевой Е-mail: [email protected]

Свидетельство о государственной Подписано в печать 10.12.2014.аккредитации Формат 60х84 1/16. Уч.-изд. л. 5,95.

№ 1289 от 23 декабря 2011 г. Усл. печ. л. 7,09. Тираж 1000. Заказ 300.Дата выхода в свет 25.12.14. Цена свободная

Отпечатано в типографии Издательства Бурятского государственного университета 670000, г. Улан-Удэ, ул. Сухэ-Батора, 3а


mailto:[email protected]

история и методология биологии

Business