Биология

В настоящее время биология представляет собой высокоупорядоченную систему знаний, которая исторически развивается, в основном по четырем главным направлениям.

Это — традиционная биология, эволюционная биология, молекулярная (физико-химическая) биология и решение на современном уровне проблем возникновения жизни.

Традиционная, или описательная, биология имеет самую давнюю историю. Наиболее бурный период ее развития приходится на ХVIII–XIX столетия — это был период накопления и систематизации материала по живой природе.

Однако она не утратила своего значения и в наши дни. Более того, одна из наиболее новых биологических наук — экология теснейшим образом связана с традиционной биологией. Развитие традиционной биологии явилось основой зарождения целого ряда новых направлений в биологии, а также оказало решающее влияние на становление нового методологического подхода.

Речь идет о развитии так называемого системного подхода к изучению природы в целом.

В живой природе оказалось возможным выделить определенные уровни — подсистемы, в числе которых главными являются: клетка; организм; популяция; биосфера.

Были установлены основные закономерности организации и функционирования внутри каждой подсистемы, а также изучены внутренние междусистемные связи.

Примером влияния традиционной биологии на развитие новых направлений является и создание эволюционной теории Ч. Дарвина.

Чарльз Дарвин был естествоиспытателем-натуралистом, он изучал живую природу в ее естественном состоянии и целостности, изучал царящие в ней законы, выявлял такие отличия одного явления от другого, которые и создают представления об их разнообразии или сходстве. И такой подход оказался достаточным, чтобы обосновать идею естественного отбора и создать эволюционную теорию образования новых видов.

В основе этой теории, как известно, лежит взаимодействие трех факторов: изменчивости, наследственности и естественного отбора. Изменчивость служит основой образования новых признаков в строении и функциях организмов.

Наследственность закрепляет эти признаки, а естественный отбор устраняет те организмы, которые оказываются не приспособленными к условиям существования.

Таким образом, Дарвин в рамках традиционной биологии установил движущие силы эволюции органического мира. А позже, в ХХ в. после осмысления теории Дарвина на основе достижений генетики она превратилась в “синтетическую теорию эволюции”.

И наконец, результаты изучения живой природы на всех ее главных уровнях (молекулярном, клеточном, организменном, популяционном и биосферном) привели к созданию второго направления биологическихзнаний — эволюционной биологии.

С другой стороны, анализ смежных с биологией естественно-научных дисциплин привел к концепции универсального эволюционного развития не только в биологии, но и во всем естествознании. Сейчас это стало одним из ведущих принципов исследования природы в целом.

Третье ведущее направление современной биологии — молекулярная биология — развилось на основе внедрения новейших физических и химических методов исследований явлений и процессов живой природы.

Это явилось результатом сближения описательной биологии с точными науками — физикой и химией. Возникли пограничные, смежные дисциплины — биофизика и биохимия. В результате постепенно происходит синтез трех основных естественно-научных дисциплин — физики, химии и биологии.

С помощью методов изотопных индикаторов (меченых атомов) удалось проследить процессы обмена веществ на всех стадиях обновления белков и липидов клеточных мембран, обмена углеводов и жиров, изучить биосинтез белков и нуклеиновых кислот, а также другие важные микропроцессы.

Рентгеноструктурный анализ позволил исследовать структуру и строение многих макромолекул, лежащих в основе жизнедеятельности живых организмов, в их числе ДНК и РНК.

В 2002 г. американский ученый Джон Фенн (р. 1917 г.) и японский Коити Таака (р. 1959 г.) были удостоены Нобелевской премии за существенное усовершенствование метода масс спектрометрического анализа свойств и структур крупных биологических молекул.

В физико-химической биологии широко применяются несколько методов фракционирования различных компонентов живого вещества, основанных на том или ином физическом или химическом явлении, например, на образовании осадков, на ионном обмене, на различном поглощении отдельных компонентов смеси поверхностью твердых тел и др.

И хотя живые организмы являются сложными объектами для исследования, все же современные технические средства позволяют все глубже и глубже проникать в их тайны. Целый ряд указанных и других физических методов взят на вооружение и современной медициной, например ультразвуковое зондирование, радиоспектроскопия и рентгеноскопия, томография.

Успехи молекулярной биологии за последние 50 лет огромны: расшифровка строения молекул ДНК, расшифровка генетического кода, открытие различных видов саморегуляции живых систем, механизма синтезирования белков (ферментов), работы по искусственному синтезу генов, генная инженерия, клонирование животных и человека, а также работы по расшифровке генома человека.

И в настоящее время молекулярная генетика является одним из важнейших направлений молекулярной биологии.

Свидетельством этому, например, является присуждение Нобелевской премии за 2002 г. по физиологии и медицине двум английским Сиднею Бреннеру (р. 1927 г.) и Джону Солстону (р. 1942 г.), известному также как один из основателей проекта расшифровки генома человека, и одному американскому Роберту Хорвину (р. 1847 г.), ученым за исследование генетической регуляции программирования гибели некоторой части клеток в развивающемся организме.

Результаты этих работ помогают понять механизмы возникновения некоторых болезней. Например, известно, что при СПИДе, инсультах, инфарктах миокарда происходит избыточная гибель клеток.

А при некоторых раковых заболеваниях наблюдается обратное. Клетки, которые должны были гибнуть, выживают. Поэтому стимуляция процесса гибели раковых клеток путем активизации соответствующих генов является одним из перспективных путей борьбы с раком.

И, наконец, в заключение кратко остановимся на состоянии исследований по важнейшей проблеме биологии, а именно по проблеме происхождения жизни.

На протяжении всей истории биологи упорно искали причины и механизмы происхождения живого. В отсутствие научной теории происхождения жизни было сформулировано много умозрительных гипотез, стоящих в стороне от подлинной биологической науки.

Большая часть таких гипотез не подтверждается фактическими данными и не согласуется с современными научными представлениями.

Вплоть до середины ХХ в. в арсенале биологии не было таких концепций, которые позволили бы содержательным образом интерпретировать происхождение жизни.

Это стало возможным только в результате успехов молекулярной биологии, и происхождение жизни сейчас связывают со ступенями биохимической эволюции в следующей последовательности:

Первичные элементы (водород, углерод, кислород, азот и др.) образовались в результате ядерного синтеза в звездах.

На ранних стадиях развития Солнечной системы происходило образование органических молекул в результате химических реакций.

В лабораторных условиях удалось показать возможность абиогенного образования низко- и высокомолекулярных органических соединений (опыты С. Л. Миллера), а также полимерных агрегатов (опыты А. И. Опарина).

Однако в лабораторных условиях не удалось синтезировать живое вещество. В настоящее время это объясняется невозможностью воспроизведения ранней многовековой биологической эволюции, т. е. создания длительных условий перехода от химической к биологической эволюции.

Все основные биологические функции клеток, в том числе самовоспроизведение, обмен веществ, передача генетической информации, в настоящее время находят свое естественное научное объяснение на основе биофизики, биохимии и кибернетики.