Владимир Соломатин - Система гуманитарного и социально-экономического знания
Современная биология представляет собой систему наук о живой природе. Общие закономерности развития живой природы, раскрывающие сущность жизни, ее формы и развитие, изучает общая биология. По объектам изучения в биологии выделяют зоологию, ботанику, вирусологию, бактериологию, антропологию. По свойствам, проявлениям живого выделяются в биологии: морфология (изучающая строение организмов), физиология (рассматривающая процессы, которые протекают в живых организмах и обмен веществ между организмом и средой); молекулярная биология (исследующая микроструктуру живых тканей и клеток), экология (изучающая взаимодействия между организмами и окружающей средой, обуславливающей их выживание, развитие и размножение); генетика (раскрывающая закономерности изменчивости и наследственности).
По уровню организации исследуемых живых объектов подразделяются: анатомия, изучающая макроскопическую организацию животных и растений; гистология, исследующая ткани и микроскопическое строение тел; цитология – наука о клетке. Помимо названных, к числу биологических наук относят эмбриологию, геронтологию, палеонтологию, дарвинизм и другие.
Многообразие живого мира требует и многообразия наук, его изучающих. В настоящее время биологами обнаружено и описано около одного миллиона видов животных, около полумиллиона растений. Причем неисследованного здесь еще достаточно много. По некоторым оценкам, число видов, которые требуют своего изучения, составляет около одного миллиона.
Биология в своем развитии прошла несколько этапов:
• этап систематики (К. Линней);
• эволюционный этап (Ч. Дарвин),
• биология микромира (Г. Мендель).
Однако во все времена одной из центральных проблем биологии была проблема сущности жизни и ее происхождения. Дать определение понятию «жизнь» достаточно сложно. Так, широко известно определение жизни, сформулированное Ф. Энгельсом: «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей тел»[91].
Это определение сейчас уже не отвечает уровню знаний о природе и сущности живого, хотя в нем обращается внимание на субстрат живого и закономерности существования живых организмов. Именно по этим направлениям и идет в современной биологии поиск специфики живого.
Уровень знаний конца XIX века позволял полагать, что основным субстратом жизни является белок. В свете современных представлений под субстратом жизни понимают весь комплекс веществ, принадлежащих двум классам биополимеров: белкам и нуклеиновым кислотам (ДНК и РНК). Характерной чертой субстрата жизни является его структурная организация. Живое построено из тех же химических элементов, что и неживое, но характеризуется сложностью химических соединений, обусловленной определенной их упорядоченностью на молекулярном уровне.
Жизнь существует в форме открытых систем, которые непрерывно обмениваются с окружающей средой энергией, веществом и информацией. Э. Шредингер и Э. Бауэр установили принцип устойчивого неравновесия живых систем.
К числу закономерностей, совокупность которых характеризует жизнь, относятся:
• самообновление, связанное с потоком вещества и энергии;
• самовоспроизведение, обеспечивающее преемственность между сменяющими друг друга генерациями биологических систем, связанное с потоком информации;
• саморегуляция, базирующаяся на потоке вещества, энергии и информации.
Перечисленные закономерности обуславливают основные атрибуты жизни: обмен веществ и энергии, раздражимость, гомеостаз, репродукцию, наследственность, изменчивость, индивидуальное и филогенетическое (родовое) развитие.
Учитывая все изложенное, среди современных определений жизни выделим следующие: жизнь есть форма существования сложных открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению (М. Волькенштейн); жизнь – закодированная информация, которая сохраняется естественным образом (Ф. Типлер).
Все многообразие организмов можно свести к двум различным группам – неклеточные и клеточные формы жизни. К неклеточным относятся вирусы. Основную массу живых существ составляют организмы, обладающие клеточной структурой. Они делятся, в свою очередь, на две категории: не имеющие типичного ядра (прокариоты) и обладающие типичным ядром (эукариоты). К прокариотам относятся бактерии и синезеленые водоросли, к эукариотам – все остальные растения и животные.
Строго научное разграничение живого и неживого встречает определенные трудности, поскольку существуют переходные формы (вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого, у них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена веществ ферменты).
В середине ХХ века в биологии сложились представления об уровнях организации как конкретном выражении упорядоченности, являющейся одним из основных свойств живого. Биологические микросистемы представлены на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях; биологические мезосистемы – на тканевом, органном и организменном уровнях; биологические макросистемы – на популяционно-видовом, биоценотическом, биосфера в целом.
Итак, органический мир целостен, так как составляет систему взаимосвязанных частей, и в то же время дискретен.
Молекулярный уровень изучается молекулярной биологией. Жизненный субстрат для всех животных, растений и вирусов составляет двадцать одних и тех же аминокислот и четыре одинаковых основания, входящих в состав молекул нуклеиновых кислот. Наследственная информация у всех заложена в молекулах ДНК (за исключением содержащих РНК вирусов), способных к саморепродукции. Реализация наследственной информации осуществляется с участием молекул РНК.
Клеточный уровень также характеризует однотипность всех живых организмов. Клетка является основной самостоятельно функционирующей элементарной биологической единицей. У всех организмов только на клеточном уровне возможны биосинтез и реализация наследственной информации.
Тканевый уровень возник вместе с появлением многоклеточных животных и растений, имеющих дифференцированные ткани. Совокупность клеток с одинаковым типом организации составляет ткань. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы.
На организменном уровне обнаруживается многообразие форм. На этом уровне протекают процессы онтогенеза. Каждый вид состоит из организмов, имеющих свои отличительные черты.
Популяционно-видовой уровень образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида. Совокупность организмов (особей) одного вида, населяющих определенную территорию, составляет популяцию. Популяция – это элементарная единица эволюционного процесса, в ней начинаются процессы видообразования.
Биоценотический уровень связан с исторически сложившимися устойчивыми сообществами популяций разных видов. Они являются элементарными системами, в которых осуществляется вещественно-энергетический круговорот, обусловленный жизнедеятельностью организмов.
Биосферный уровень включает всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.
Разделение живой материи на эти уровни является весьма условным и вместе с тем представление о них наглядно отражает системный подход к изучению природы, позволяющий глубже проникнуть в ее тайны.
Фундаментальной основой живого мира является клетка. Предпосылкой открытия клетки было изобретение микроскопа и его использование для изучения биологических объектов. Уже к 30-м годам XIX века накопилось немало работ о клеточном строении организма. Но именно М. Шлейден и Т. Шванн заложили основы клеточной теории, согласно которой клетка является главной структурной единицей всех организмов, а процесс образования клеток обусловливает рост, развитие и дифференциацию растительных и животных тканей. К концу прошлого века было обнаружено сложное строение клетки, описаны органоиды (части клетки), исследованы пути образования новых клеток (митоз). А к началу XX века в биологии прочно утвердилась идея о первостепенном значении клеточных структур в передаче наследственных свойств. В настоящее время общепризнанно, что клетка является основной структурной и функциональной единицей организации живого. Именно благодаря клеточному строению организм является дискретным, сохраняет целостность.
Как правило, клетки обладают микроскопическими размерами. Строение клеток животных и растений в основных чертах сходно. В теле клетки различают цитоплазму и кариоплазму (ядро), являющиеся обязательными ее составными частями. Вещество ядра представляет собой плотный коллоид, содержащий белки и нуклеиновые кислоты. Составными частями ядра эукариотов являются ядерная оболочка, ядерный сок, ядрышки и хромосомы. Установлено, что каждый вид растений и животных имеет определенное и постоянное число хромосом (видовой признак). Хромосомы являются носителями наследственной информации. Выяснено, что наследственная информация дискретна, ее составляют многочисленные гены, расположенные вдоль хромосом в линейном порядке.
