Вода способна слипаться сама с собой (когезия) и с другими веществами (адгезия). Отсюда поверхностное натяжение и капиллярность

1. Вода способна слипаться сама с собой (когезия) и с другими веществами (адгезия). Отсюда поверхностное натяжение и капиллярность.

2. Вода является хорошим растворителем. В воде растворяется больше веществ, чем в любой другой жидкости. Благодаря своей полярной природе вода обладает способностью растворять ионные вещества и другие полярные соединения. Неполярные соединения в воде не растворяются, образуя с водой поверхности раздела. Поверхности раздела в живых организмах играют очень важную роль, так как именно здесь протекают многие химические реакции.

3. Вода обладает высокой теплопроводностью. В живом организма непрерывно происходят реакции, сопровождающиеся выделением тепла. Благодаря высокой теплопроводности воды это тепло равномерно распределяется по всей воде, содержащейся в организме; тем самым устраняется риск возникновения локальных горячих точек, которые могли бы послужить причиной повреждения тонких биологических структур.

4. Вода имеет высокую температуру кипения. К счастью для живых организмов, температуры на поверхности Земли редко достигают точки кипения.

5. Вода, испаряясь, способствует охлаждению тела, поскольку на испарение воды расходуется много тепла. Многие живые существа используют это свойство воды (потоотделение, тепловая одышка).

6. Вода имеет высокую температуру замерзания, а ее плотность максимальна при +4^°С. Температура замерзания воды, пожалуй, несколько выше, чем было бы идеально для жизни, поскольку живые организмы во многих областях вынуждены существовать при температурах ниже точки замерзания воды. Необычное свойство воды: макисмальная плотность при температуре, которая выше точки замерзания. При охлаждении от +4^°С до 0^°С вода расширяется, поскольку расстояния между молекулами воды в кристалле льда больше, чем в жидком состоянии. Это значит, что кристалл льда больше объема той воды, из которой он образовался.

Если кристаллы льда образуются в живом организме, то они могут разрушить его тонкие структуры и вызвать гибель. У озимой пшеницы, у ряда насекомых, у лягушек и других есть природные антифризы, предотвращающие образование льда в их клетках. Ткани некоторых организмов не повреждаются кристаллами льда. У птиц и млекопитающих температура всегда поддерживается на высоком уровне.

Благодаря низкой плотности лед всегда плавает на поверхности жидкой воды. Это предотвращает замерзание всей толщи воды и делает возможным жизнь подо льдом. Особые термические свойства воды также обеспечивают перемешивание воды в озерах.

Одно из наиболее важных свойств воды - ее способность растворять многие вещества с образованием водных растворов. Растворы - очень важное состояние вещества.

Вода океанов представляет собой водный раствор, содержащий сотни компонентов. Воздух - газовый раствор азота, кислорода, двуокиси углерода, водяных паров и аргоноидов. Сплав, из которого изготавливают серебряные монеты, представляет собой твердый, или кристаллический, раствор серебра и меди.

Если один из компонентов раствора находится в большем количестве, чем другие, то его можно назвать растворителем. Другие компоненты называют растворенными веществами.

 

Кислоты, основания, соли

Кислота — водородсодержащее веществом диссоциирующее в воде с образованием ионов водорода. Основание — вещество, содержащее ион гидрах- сила или гидроксильнув группу (ОН), которая при диссоциации данного вещества в водном растворе образует ион гидроксила. Согласно другому определение, кислота - донор протонов, а основание — акцептор протонов. Кислота и основание, содержащее гидроксил, доит воду и соль:

NaOH + HCl  NaCl + H₂O

Соль - это соединение, образующееся в результате полного или частичного замещения атомов водорода кислоты металлом. При растворении соли в воде составляющие ее ионы диссоциируют, т.е. превращаются в свободные ионы.

Окислительно-восстановительные реакции

Все биологические процессы связаны с потреблением энергии. Источником энергии являются различные реакции. Большую часть необходимой энергии клетка получает за счет окисления питательных веществ в процессе дыхания.

Окисление можно описать как потерю электрона, а восстановление — как получение электрона. В обычных окислительно-восстановительных реакциях эти два процесса происходят одновременно.

Окислительная или восстановительная способность определяется числом электронов, участвующих в окислении или восстановлении.

Окисление может происходить путем присоединения кислорода к веществу (собственно окисление), и путем отнятия водорода (дегидрирование). Второй вариант является самой распространенной формой биологического окисления.

Восстановление происходит в результате отщепления молекулярного кислорода, присоединения атома водорода или присоединения электрона.

 

Химия жизни

Вода с растворенными в ней различными простыми солями - необходимая среда для химических процессов, из которых слагается жизнь. Жизнь включает всевозможные превращения множества разнообразных крупных молекул, главным элементом в которых является углерод.

Волькенштейн (1972): “Углерод - самый важный элемент на Земле. Я говорю о важности углерода для нас, для человечества. Наша жизнь - углеродная. Все биологически функциональные вещества, за исключением воды и некоторых солей, содержат углерод. Таковы белки, нуклеиновые кислоты, жиры, углеводы, гормоны, витамины, порфирины”.

Углерод имеет четыре электрона на незаполненной оболочке, но он не может образовывать ионы, отдав или приняв четыре электрона. Однако углерод такой мастер образовывать ковалентные связи, что сейчас известно более миллиона веществ, построенных на его основе. Особенно интересна уникальная способность атомов углерода вступать в ковалентную связь друг с другом, образуя молекулы в виде длинных цепей, прямых или разветвленных, колец и других более сложных структур. Эти углеродные цепи и кольца составляют “скелеты” органических молекул. Такие молекулы могут объединять самое различное число атомов углерода - от нескольких штук до сотен тысяч и даже миллионов.

Простейшими углеродными соединениями являются углеводороды, и простейшим среди них - метан CH₄. Метан входил в состав первичной атмосферы Земли. Жизнь зародилась в этой атмосфере, и, возможно, метан был древнейшим родоначальником бесчисленных углеродсодержащих соединений, возникавших по мере развития жизни. В современных живых организмах обнаружено лишь несколько углеводородов (каучук, каротин).

Углеводороды представляют собой соединения, содержащие только атомы углерода и водорода - ряд метана: метан - CH₄, этан - C₂H₆, пропан - C₃H₈, бутан - C₄H₁₀ и т.д. (Они называются также алканами).

Природный газ, получаемый из нефтяных и газовых скважин, обычно содержит около 85% метана. Газ, поднимающийся со дна болот, состоит из метана с небольшим количеством двуокиси углерода и азота.

В состав некоторых молекул углеводородов входят кольца атомов углерода.

Простейшим циклическим углеводородом является циклопропан C₃H₆, который может быть хорошим анестезирующим средством, но опасен: в смеси с воздухом он воспламеняется от электрической искры.

Циклогексан C₆H₁₂ - бесцветная жидкость, получаемая при перегонке нефти, используется в качестве растворителя.

Спирты образуются из углеводорода при замещении одного атома водорода на гидроксильную группу - OH:

из метана CH₄ - метиловый спирт CH₃OH, из этана C₂H₆ - этиловый спирт C₂H₅OH. Из двух молекул спирта получается эфир: диэтиловый эфир C₂H₅OC₂H₅

Органические кислоты имеют группу COOH и образуются при окислении спиртов: C₂H₅OH + O₂  CH₃COOH (уксусная кислота) + H₂O.

Жирные кислоты представлены длинной последовательностью углеводородных групп: пальмитиновая (насыщенная): CH₃ - (CH₂)₁₄ - COOH; олеиновая (ненасыщенная): CH₃ - (CH₂)₇ - CH = CH - (CH₂)₆ - COOH.

К гетероциклическим относятся соединения, в которых один, или несколько атомов, входящих в цикл, не являются атомами углерода. Например у пиримидина и пурина в состав кольца входят атомы азота.

 Пиримидин входит в состав транквилизаторов (седуксен, эленеум), алкалоидов (кокаин, никотин), пурин — в состав молекулы кофеина (кофе). Производные этих соединений входят в состав нуклеотидов ДНК.

Изомерия. Молекулы разных веществ могут иметь один и тот же атомный состав, но при этом сильно разнящиеся свойства. Примером могут служить этиловый спирт и диметиловый эфир - оба C₂H₆O.

Понять изомерию можно, сопоставив их структурные формулы:

 Этиловый спирт известен в незапамятных времен, воспет Анакреонтом, Омаром Хайямом, правда не в чистом виде, а как важнейшая часть благородного напитка - вина. Диметиловый эфир - такого интереса для человечества не представляет. Это газообразное вещество, с которым имеют дело только химики. (Не путать с диэтиловым эфиром, применяемым для наркоза).

По мере увеличения числа атомов углерода в углеводороде число изомеров резко возрастает. У нонана C₉H₂₀ - 35 изомеров, у триаконтана C₃₀H₆₂ - 4 111 846 763 изомера. Не то чтобы получить все эти изомеры, но даже изобразить все невозможно.

Ротамерия. Возникает в результате поворотов групп атомов вокруг центральной связи —C—C—. В отличие от изомеров ротамеры быстро превращаются друг в друга, так как повороты вокруг единичной связи происходят все время. Расчет показывает, что частота таких поворотов — 10¹⁰ раз в секунду. Значит выделить ротамеры нельзя, но наблюдать их можно.

Ротамерия существенно сказывается на химических свойствах вещества. Различные ротамеры соответствуют разным конформациям молекулы. Так циклогексан C₆H₁₂ может иметь конформации, похожие на кресло и на ванну. Физические исследования показали, что циклогексан имеет форму кресла.

Конформационная химия - новая отрасль этой обширной науки. Особенно важны конформационные свойства молекул в химии и физике полимеров и в биологии.

Примером может служить полиэтилен—CH₂—CH₂—CH₂—...

Молекула полимера принимает конформацию, в которой энергия всех слабых взаимодействий минимальна. Цепочка самопроизвольно переходит в состояние клубка, состояние наименьшей упорядоченности, которому отвечает наибольшая энтропия. На степень свертывания влияют валентные углы, наличие ротамеров, что увеличивает объем или длину клубка. Ротамеры взаимозависимы или, иными словами, состояния полимерных звеньев зависят друг от друга.

Если случайный толчок заставил данное звено повернуться, то это повлечет за собой изменение состояния соседнего звена и т.д. Таким образом, вероятность того или иного состояния звена зависит от состояния предшествующего звена, и речь идет о взаимозависимых событиях.

Теорию вероятностей взаимозависимых событий создал великий математик А. А. Марков (1856-1922). Зависимые вероятности образуют своего рода цепи, которые так и называются - цепи Маркова. Полимерная цепь - это цепь Маркова. Математический метод, созданный Марковым, позволил провести строгие расчеты размеров и других физических свойств макромолекул.

Молекулярные системы, элементарные единицы которых взаимодействуют друг с другом и поэтому ведут себя согласованно, называются кооперативными системами. Явления, выражающие это взаимодействие, эту согласованность, именуются кооперативными.

Полимерная цепь, макромолекула - кооперативная ротамерная система. [Растяжение резины - кооперативный процесс ротамеризации, конформационной перестройки].

Пример из Волькенштейна (1972). Я еду в переполненном автобусе. Нужно выходить. Но пассажиры упакованы плотно. Выйти удается только в результате согласованного, кооперативного перемещения пассажиров, обменивающихся местами. По мере приближения автобуса к конечной станции он постепенно пустеет. Кооперативность уменьшается, в конце концов можно выйти из автобуса, никого не задевая, не спрашивая “Вы сходите?” и не прося подвинуться.

Еще пример. Процесс превращения газа в жидкость (или обратный процесс) - кооперативное явление, определяемое взаимодействием молекул, согласованностью в их поведении, вызванной силами межмолекулярного взаимодействия.

Так как молекулам полимеров, макромолекулам особенно трудно двигаться и поворачиваться, они легко стеклуются. Твердые пластмассы, и прозрачные и непрозрачные - это полимеры в стеклообразном состоянии.

 

Особенности биологической формы организации материи. Молекулы живых систем

Из всех полимерных веществ, существующих в природе и созданных человеком, самые важные - белки и нуклеиновые кислоты, биологические полимеры, макромолекулы.

Белки выполняют все жизненно важные функции в организме. Они являются катализаторами, управляющими всей химией живого организма, всеми биохимическими процессами. Они переносят кислород и запасают его, обеспечивая дыхание. Они служат основой движений внутри организма и движения организма как целого. Они защищают организм от болезней. Они являются главными опорными веществами тканей.

Короче говоря, белки умеют всё. Одного они, правда, не умеют - сами себя синтезировать. Для синтеза белков нужны другие полимеры - нуклеиновые кислоты.

Функциональность биополимеров непосредственно связана с их конформационными свойствами. Синтетические полимеры за редким исключением образуют статистические клубки в растворе. Биополимеры образуют глобулы. Глобула радикально отличается от клубка - глобула не рыхлое, а компактное образование, подобное твердому телу. Белковая глобула, построенная из цепи двадцати разных аминокислот, является по выражению Шредингера апериодическим кристаллом.

Замечательной физической особенностью аминокислот является их хиральность (за исключением глицина). Ниже приведены две формы аланина, l - левая и d - правая.

Эти две конфигурации нельзя совместить никаким поворотом, как правую и левую руки.

Весьма важно и интересно то, что все белки построены только из левых аминокислот. Правые и левые молекулы разнятся знаком вращения плоскости поляризации света, хиральные молекулы оптически активны. Соответственно оптически активны все белки, и это дает возможность их изучения.

При естественном свете плоскость электрических колебаний все время меняется. У поляризованного света плоскость колебаний фиксирована. Для получения такого света его пропускают через поляроидную пленку. Если пропустить плоскополяризованный свет через вещество, состоящее из асимметричных молекул, то плоскость поляризации повернется. Правые и левые молекулы поворачивают плоскость поляризации в разные стороны. Способность вращать плоскость поляризации и называется оптической активностью.

Рацемическая смесь, состоящая из равных чисел правых и левых молекул, не вращает плоскости поляризации.

Из Волькенштейна:

Маленькая Алиса разговаривает со своей кошкой: “Как бы тебе понравилось жить в зазеркальном доме, Кисанька? Не знаю, давали ли бы тебе там молоко? А может быть, зеркальное молоко не годится для питья?” Алиса угадала, зеркальное молоко действительно совершенно не питательно. Почему же права маленькая Алиса?

Белки, поступающие в организм с пищей, расщепляются на аминокислоты. Из аминокислот строятся новые белки, свойственные данному организму. Но строятся они только из левых аминокислот. Следовательно, зеркально отраженное молоко ему ни к чему. Правые аминокислоты не годятся для синтеза белка.

Последовательность аминокислот в белковой цепи называется ее первичной структурой.

Объединение аминокислот в белковую цепь происходит за счет групп NH₂ и COOH с отщеплением молекул воды. Собственно говоря, это не полимеризация, а поликонденсация. Этот процесс применяется и в технике -посредством поликонденсации готовятся синтетические волокна - капрон и найлон. Но в капроне все звенья одинаковые, а в белке 20 разных звеньев - аминокислот.

В определенном белке аминокислотные остатки расположены в строго определенной последовательности. В этом смысле белок подобен тексту, напечатанному 20-буквенным алфавитом.

Содержание текста зависит от последовательности букв. Физико-химические и, следовательно, биологические свойства белка определяются его первичной структурой - последовательностью аминокислотных остатков в белковой цепи.

В любых текстах встречаются опечатки. Они могут кардинально изменить смысл написанного. В одном немецком издании произведения Ницше “Так говорил Заратустра” вместо слова Incest (кровосмешение) было напечатано слово Insect (насекомое). Получилось, что Заратустра родился от насекомого.

Известны “опечатки” и в белковом тексте. Они изменяют биологические свойства белка и приводят к очень тяжелым последствиям для организма.

Белки функционируют в водной среде. Полимерной цепи в растворе полагается свертываться в беспорядочный клубок, этого требует второе начало термодинамики. Но если бы белки существовали в клубкообразном состоянии, то это противоречило бы точности и специфичности их действия. Биологически функциональные белки не являются такими клубками. Напротив, их структура упорядочена, так как свобода внутренних поворотов в белковой цепи сильно ограничена.

Белковая цепь свернута в виде винтовой спирали благодаря внутренним поворотам вокруг единичных связей C—C и C—N. Спиральная конформация удерживается благодаря водородным связям между N—H - группой одной пептидной связи и C=O - группой другой пептидной связи.

При нагревании белка, при изменении его окружения (воздействие кислот, щелочей и пр.) вторичная структура разрушается. Происходит переход спираль - клубок по принципу “все или ничего”. Иными словами, вплоть до некоторой температуры (обычно меньше 100^°C) спираль устойчива, а затем разрушается как целое. Мы встречаемся здесь с кооперативным явлением, подобным фазовому переходу (нельзя освободить один атом, не трогая его соседей, также нельзя освободить одно звено в a-спирали, не разорвав соседних водородных связей.

Белковая цепь вследствие слабых взаимодействий между валентно не связанными звеньями свертывается в компактную глобулу, которая является третичной структурой. Глобулярная структура определяет функциональные свойства белка, и прежде всего его ферментативные свойства.

Не надо путать глобулу с беспорядочным полимерным клубком. Клубок -подвижная, флуктуирующая система, лишнная порядка. В глобуле сохраняется некоторая подвижность звеньев белковой цепи, но в целом она имеет вполне определенное строение.

Глобула стабилизирована целой совокупностью преимущественно слабых взаимодействий. (Слабые взаимодействия - это водородные связи, ван-дер-ваальсовы силы, электростатические взаимодействия между заряженными группами. Особо важную роль играют гидрофобные взаимодействия). Кроме того, имеются немногочисленные добавочные химические связи - дисульфидные связи S—S между остатками цистеина.

Среди 20 аминокислот имеются гидрофильные (глутамин, аспарагин, глицин и др.) и гидрофобные (триптофан, изолейцин, тирозин и др.). Гидрофобные аминокислоты имеют углеводородные R-группы.

Благодаря гидрофобным взаимодействиям гибкая белковая цепь сворачивается в глобулу таким образом, что гидрофобные остатки оказываются в центральной части глобулы и не контактируют с водой.

Глобулярную структуру имеют белки, существующие и функционирующие в растворе в виде отдельных молекул. Белки, образующие различные ткани в организме, чаще всего имеют форму волокон, то есть фибриллярны (паутина, шелк, шерсть, коллаген).

Белки могут соединяться с дополнительным компонентом и в этом случае они называются протеидами: металлопротеиды (в нитрогеназе, обеспечивающей фиксацию азота в клубеньковых бактериях, присутствует молибден), фосфопротеиды, хромопротеиды (гемоглобин), липопротеиды (с жироподобным компонентом), гликопротеиды (углеводный компонент), нуклеопротедиы (с нуклеиновыми кислотами).

Нуклеиновые кислоты. Это самые крупные из молекул, образуемых живыми организмами. Их мономерами являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из трех молекул: фосфорной кислоты, пентозного сахара и гетероциклического азотистого основания. Нуклеотиды ДНК содержат сахар -дезоксирибозу и одно из четырех азотистых основания - аденин, гуанин, цитозин или тимин. Нуклеотиды РНК содержат сахар - рибозу и одно из четырех азотистых оснований - аденин, урацил, тимин или цитозин.

Схема строения нуклеотида:

фосфорная кислота - сахар - азотистое основание

Молекула РНК является одинарной цепочкой нуклеотидов, а молекула ДНК - двойной. У большинства организмов ДНК является носителем генетической информации (кодирует структуру белков), а РНК принимает участие в синтезе белков. У некоторых вирусов (например, онкогенных) нет ДНК, а носителем генетической информации у них является РНК.

Структура молекулы ДНК:

Матричный синтез. Информационные макромолекулы

На молекулярно-генетическом уровне в пределах клетки осуществляются процессы хранения, воспроизведения и реализации генетической информации. Генетическая информация заключается в кодировании структуры белков - последовательности аминокислот в их молекулах. Эта информация “записана” последовательностью нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. Носителем наследственной информации у большинства организмов служит ДНК, и лишь у некоторых вирусов - РНК.

Воспроизведение генетической информации осуществляется путем удвоения - редупликации молекул ДНК. Молекула ДНК представляет собой двойную цепочку нуклеотидов. Нуклеотиды двух цепей соединены строго определенным способом, образуя пары А-Т и Ц-Г. В результате цепи ДНК оказываются комплементарными или дополнительными. Редупликация молекул ДНК выражается в расхождении ее цепей и синтезе на них, как на матрицах, новых цепей. В силу принципа комплементарности новые молекулы ДНК оказываются идентичными исходной молекуле.

Материнская расхождение синтез комплементарных

Молекула днк цепей цепей и образование

Дочерних молекул днк

АТАГАГЦЦЦТЦА – АТАГАГЦЦЦТЦА - матрица

 / ТАТЦТЦГГГАГТ - новая цепь

АТАГАГЦЦЦТЦА

ТАТЦТЦГГГАГТ

 \ АТАГАГЦЦЦТЦА - новая цепь

 ТАТЦТЦГГГАГТ – ТАТЦТЦГГГАГТ - матрица

В способности молекул ДНК к самоудвоению заключена удивительная тайна наследственности - сходство родителей и детей.

Реализация генетической информации в клетке протекает в два этапа: 1 - синтез молекул информационной РНК на одной из цепей ДНК получил название транскрипции генетической информации в связи с тем, что последовательность АТЦГ в молекулах ДНК превращается в последовательность АУЦГ в молекулах РНК, и 2 - синтез белков из аминокислот на рибосомах - трансляция генетической информации, которая заключается в том, что последовательность нуклеотидов информационной РНК превращается в последовательность аминокислот в молекуле белка.

Тема 2.1. Живые системы

 

Термодинамические особенности живых систем. Термодинамические основы жизни рассмотрены Э.Шредингером в книге “Что такое жизнь с точки зрения физика?” (1945). Он отметил, что на первый взгляд имеется решительное противоречие между эволюцией изолированной физической системы к состоянию с максимальной энтропией, согласно второму началу термодинамики, и биологической эволюцией, идущей от простого к сложному. Организмы, однако, не изолированные, а открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой и веществом, и энергией. Находясь в неравновесном состоянии, организмы поддерживают это состояние, постоянно совершая работу против термодинамического равновесия (Э.Бауэр, 1936). Поддержание неравновесного состояния, или даже уменьшение энтропии состояния организмов оплачивается поступлением энергии извне и увеличением энтропии в окружающей среде. Так что в системе “организм-среда” второе начало термодинамики не нарушается.

 

Принципы взаимодействия организма и среды обитания

Живой организм - открытая, термодинамически неравновесная система, связанная с окружающей средой обменом веществ и энергии. Среда - природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. Условия среды - совокупность факторов, воздействующих на организм.

Можно выделить условия, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма (тепло, влажность, освещенность, соленость) и ресурсы вещества и энергии, которые используются организмом для поддержания неравновесного состояния. Продукты метаболизма (обмена) с высоким содержание энтропии организм выделяет в окружающую среду.

Своей жизнедеятельностью организм изменяет среду, изменяя и условия своей жизни. Изменение в условиях среды вызывают изменения и характера жизнедеятельности или поведения организма, которые носят адаптивный характер. Некоторые изменения среды могут оказаться несовместимыми с жизнью, что вызывает гибель или миграцию организма. Таким образом, взаимоотношения организма со средой характеризуются активностью организма по отношению к среде, что выражается в стремлении организма к самосохранению, гомеостазису, в поисках или даже создании (для животных) оптимальных условий для своего существования.

 

Принципы воспроизводства и развития живых систем

Самым поразительным свойством живого вещества является способность к воспроизведению и эволюции. Во всех живых организмах процессом воспроизведения управляет ДНК, молекулы которой вместе с молекулами РНК снабжают новый организм информацией о том, как он должен быть устроен и как ему функционировать.

Генетическая информация в ДНК закодирована последовательностью нуклеотидов. Реализуется эта информация в процессе синтеза белков. Информация о структуре молекулы белка - о последовательности аминокислот в нем - содержится в одном из участков одной из молекул ДНК. Этот участок называется геном.

Совокупность всех генов, которые содержатся в молекулах ДНК данного организма, называется генотипом. Совокупность признаков и свойств организма называется фенотипом. Фенотип формируется в ходе индивидуального развития - онтогенеза. Фенотип организма на разных стадиях онтогенеза различен. Весь ход онтогенеза, его стадии и конечный результат, продолжительность запрограммированы генотипом. Однако эта программа допускает изменения хода онтогенеза, признаков и свойств организма под влиянием условий внешней среды в пределах, которые называются нормой реакции. Такие изменения носят приспособительный, или адаптивный характер и называются модификациями.

На молекулярном уровне способность к воспроизведению обеспечивается репликацией двойных спиралей ДНК: на одной из половинок старой молекулы синтезируется половинка новой, в результате из одной материнской молекулы ДНК получается две дочерних, которые идентичны друг другу и материнской. Это матричный способ воспроизведения информации: спирали материнской молекулы ДНК являются матрицами для синтеза дочерних молекул.

Иногда при репликации ДНК происходят изменения в последовательности нуклеотидов, которые сохраняются и воспроизводятся при дальнейшей репликации. Такие изменения последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК приводят к изменению последовательности аминокислот в молекулах белков и называются мутациями. Мутации приводят к изменению фенотипа, которые могут быть полезными, нейтральными или вредными, что является причиной дифференциального размножения особей с различными генотипами. Дифференциальное размножение лежит в основе биологической эволюции.

 

Клеточное строение организмов. Принципы структурной организации и регуляции метаболизма

Впервые клетки (точнее, пустые и уже неживые клеточные стенки) увидел в микроскоп Роберт Гук в 1665 году. Основной вклад в развитие клеточной теории внесли Т.Шванн (1838) и Р.Вирхов (1855).

Все живые организмы построены из клеток: одноклеточные - из одной, многоклеточные - из множества клеток, образующихся путем деления из одной клетки-зиготы. Человеческое тело состоит примерно из  (одного квадрильона) клеток.

Клетка обладает всеми основными свойствами живой системы: обменом веществ и энергии (метаболизм), размножением и ростом, реактивностью и движением. Она является наименьшей структурной и функциональной единицей живого.

Клетка состоит из трех основных частей: 1) поверхностной или клеточной мембраны, которая отделяет клетку от внешней среды и контролирует обмен между клеткой и средой; 2) цитоплазмы, содержащей разнообразные микроструктуры и органеллы и 3) клеточного ядра, в котором содержится ДНК - хранитель генетической информации.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой молекул липидов, в который встроены молекулы белков. Клетка способна выделять за пределы своей наружной мембраны различные вещества, например слизь, целлюлозу, образующие клеточные стенки, и другие материалы, а также избирательно поглощать различные вещества извне. Мембрана обеспечивает поддержание определенной концентрации солей внутри клетки на постоянном уровне. Гибнущая клетка теряет контроль над внутренней концентрацией различных веществ, особенно солей.

Поглощение и выделение различных веществ живой клеткой контролируется особыми белками, встроенными в мембрану. Эти белки служат как бы воротами или насосами, и их работа связана с потреблением энергии.

Внутри мембраны заключено клеточное содержимое - очень вязкая среда, называемая цитоплазмой. В цитоплазме находятся разнообразные органеллы, которые также обычно окружены мембранами. К ним относятся митохондрии, в которых заключены дыхательные ферменты. Здесь “сжигаются” сахара и синтезируется АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), богатая энергией. В растительных клетках кроме митохондрий есть хлоропласты, содержащие хлорофилл. Здесь происходит фотосинтез, в ходе которого синтезируются сахара и молекулы АТФ.

В клетках бактерий ДНК свободно располагается в цитоплазме. В клетках грибов, растений и животных ДНК входит в состав хромосом, которые располагаются в ядре. Ядро отделено от цитоплазмы ядерной мембраной.

В типичной клетке содержится свыше 500 различных ферментов и протекают сотни и даже тысячи химических реакций, которые осуществляются с помощью белков-ферментов. Синтез всех необходимых клетке веществ контролируется следующим образом:

1) С помощью репрессии (подавление) или индукции синтеза на генном уровне. Конечный продукт биосинтеза может выключить работу соответствующего гена (репрессия). Поступившее в клетку или образовашееся в ней вещество может включить работу соответствующего гена (индукция).

2) Посредством ингибирования (подавления) конечным продуктом активности ферментов. Если вещество становится доступным в достаточном количестве, то это ведет к подавлению синтеза как его самого, так и ферментов, участвующих в его образовании.

Ингибирование конечным продуктом есть проявление отрицательной обратной связи, обычного механизма регуляции, который встречается не только в клетках. Например, когда вода из туалетного бачка спущена, он снова наполняется до нужного уровня. Термостатическое устройство под действием тепла отключает систему обогрева комнаты, а наполненный желудок через посредство нервной системы выключает чувство голода.

 

Жизненный цикл клетки

Новые клетки образуются только в результате деления предшествующих клеток (принцип Вирхова). Основной способ деления клеток - митоз. Жизненный цикл клетки представляет собой промежуток времени от момента возникновения клетки до последующего деления. В это время клетка растет, специализируется и выполняет соответствующие функции в составе тканей и органов многоклеточного организма.

Ткани животного организма характеризуются различной судьбой составляющих их клеток. Так, в постоянно обновляющихся тканях (костный мозг, кишечный эпителий, эпителий кожи) большинство клеток постоянно находятся в митотическом цикле (до 80%). В растущих тканях (печень, почки), напротив, только 5-10% клеток непрерывно делятся, а другие выходят из митотического цикла и дифференцируются. Клетки стабильных тканей (нервной и мышечной систем) в конце эмбрионального периода выходят из митотического цикла, необратимо дифференцируются и выполняют специфические функции в течение всей жизни организма.

 

Единство и многообразие клеточных типов

Разнообразие клеток столь же удивительно, как и разнообразие растений и животных. Проще всего устроены клетки цианобактерий и настоящих бактерий. У них отсутствуют ядра, митохондрии, пластиды и некоторые другие структуры, характерные для клеток высших организмов, не развита система внутренних мембран. В связи с отсутствием ядра такие клетки называются прокариотическими.

Бактериальные клетки могут быть округлыми, палочковидными, изогнутыми или скрученными. Клетки шарообразных бактерий (кокков) способны склеиваться друг с другом, образуя пары, комочки, пленки или длинные цепи. Палочковидные бактерии (бациллы) могут образовывать пары или цепочки, но чаще живут как одиночные клетки.

Клетки настоящих водорослей и наземных растений, грибов и животных имеют оформленное ядро и называются эукариотическими.

Огромное число эукариотических организмов существуют как отдельные клетки: одноклеточные водоросли (хлореллы), одноклеточные грибы (дрожжи) и одноклеточные животные (амебы, инфузории).

Клетки многоклеточных растений и животных могут выглядеть совершенно по-разному. Человек, например, как и все прочие позвоночные, состоит из нервных и мышечных клеток, клеток печени, костной ткани и многих других. Разнообразие формы и размеров клеток соответствует разнообразию их функций.

Несмотря на это разнообразие в основе своей все клетки очень сходны, и каждая клетка осуществляет все основные жизненные функции, которые свойственны любому живому существу.

 

Дифференциация и интеграция функций в организме

Многоклеточные организмы, к которым относятся высшие растения и животные, состоят из множества специализированных клеток, которые происходят из одной исходной неспециализированной клетки, в типичном случае зиготы. Вопрос о том, как происходит эта специализация, какой механизм координирует развитие различных клеток и организует построение их них различных тканей и органов, - один из самых волнующих в современном естествознании.

Первая стадия, ведущая к специализации клетки, - это детерминация (предопределение) ее будущей роли: станет ли она печеночной, мышечной или нервной и пр. Судьба клетки определяется на раннем этапе эмбриональной жизни и зависит от ее положения в эмбрионе. Например, у зародыша саламандры, когда он еще выглядит как почти бесформенный комочек, можно взять кусочек кожи с места будущей передней конечности и пересадить на боковую сторону другого эмбриона. Позже на этом необычном месте разовьется добавочная передняя лапа, растущая на боку саламандры. Следовательно судьба пересаженного кусочка кожи уже была необратимо предопределена.

Через некоторое время после того, как определится будущая роль клетки, эта клетка и ее потомки начинают готовиться к выполнению своих специальных функций. Клетки, предназначенные для выполнения определенной функции, по мере роста и деления, становятся все более и более специализированными и группируются в орган. Этот процесс совершается с невероятной точностью. Поразительный пример - рост тысяч нервных волокон из сетчатки глаза по направлению к зрительным центрам мозга.

Для координации и управления функциями у высших животных служат две коммуникационные системы - нервная и гуморальная.

Благодаря нервным клеткам, которые, подобно “датчикам” в системах регуляции, следят за параметрами внутренней среды (уровнем сахара, содержанием CO₂, температурой тела и пр.) животный организм может поддерживать постоянство внутренней среды. Это явление называется гомеостазом и наивысшего развития достигает у птиц и млекопитающих.

Гормональная система есть и у животных, и у растений. Гормоны - это органические соединения, которые образуются в специализированных клетках в небольших количествах и транспортируются по всему организму с жидкостями тела (кровь и пр.) и специфически управляют функциями других клеток или органов вдали от места своего образования.

К гормонам относятся у растений ауксины, гиббереллины, цитокинины (регуляторы роста); у животных - тироксин (щитовидная железа), адреналин и норадреналин (мозговое вещество надпочечников), инсулин (поджелудочная железа) и стероиды - гормоны коры надпочечников и половые гормоны.

В простейшем случае сама концентрация регулируемого гормоном субстрата тормозит или усиливает образование гормона. Например, повышенная концентрация глюкозы в сыворотке крови стимулирует секрецию инсулина, который снижает концентрацию глюкозы, усиливая синтез гликогена из нее. Напротив, возрастание концентрации кальция тормозит выделение гормона паращитовидной железы, который регулирует обмен кальция и фосфата.

Многие эндокринные железы сами находятся под гормональным контролем. Центральное место в иерархии эндокринных желез занимает гипофиз, тесно связанный с гипоталамусом. Передняя доля гипофиза вырабатывает пять гормонов, которые побуждают периферические эндокринные железы выбрасывать в кровь свои гормоны, а эти последние в свою очередь оказывают тормозящее воздействие на гипоталамо-гипофизарную систему.

 

Размножение и развитие организмов

Размножение - один из основных феноменов, присущих всему живому. Оно обеспечивает сохранение видов в ряду поколений.

При бесполом размножении новая особь возникает из одной или нескольких способных к делению клеток старой особи.

Размножение одноклеточных организмов осуществляется путем деления родительской клетки. В данном случае смерти организма в привычном понимании не наблюдается: одноклеточные потенциально бессмертны.

У многоклеточных организмов клетки дифференцируются на генеративные и соматические (сома - тело).

При половом размножении в результате слияния половых клеток (гамет) образуется зигота, из которой затем развивается новая особь. Родительские особи, оставив потомство, умирают.

Бесполое размножение широко распространено у низших организмов, но нередко встречается и у высших. Оно имеет определенные преимущества, которые заключаются в том, что дочерний организм получает точные копии всех генов материнского организма, так что родители и дети оказываются генетически идентичны. Эту идентичность мы наблюдаем при размножении растений черенками, отводками, клубнями и пр.

Половое размножение приводит к образованию новых комбинаций генов, полученных от двух родителей, и тем самым является причиной комбинативной изменчивости, которая обусловливает генетическую уникальность почти каждой дочерней особи и является важным фактором эволюции.

Развитие организмов заключается в постепенной реализации наследственной информации, полученной от родителей.

Индивидуальное развитие - онтогенез подразделяют на два этапа: эмбриональный и постэмбриональный периоды.

Эмбриональным называется период с момента образования зиготы до рождения или вылупления из яйца.

В эмбриональном периоде развития выделяют следующие этапы: 1) дробление - деление зиготы и образование более мелких бластомеров, образование многоклеточного зародыша;

2) гаструляция - образование зародышевых листков (эктодермы и энтодермы)в результате перемещения клеточных масс; затем между ними образуется третий зародышевый листок - мезодерма;

3) первичный органогенез - образование комплекса осевых органов (у хордовых): нервной трубки, хорды, кишечной трубки.

При дальнейшей дифференцировке клеток зародышевых листков из эктодермы образуются нервная система, органы чувств, эпителий кожи, эмаль зубов; из энтодермы - эпителий средней кишки, печень, поджелудочная железа, эпителий легких; из мезодермы - мышечная ткань, соединительная ткань, кровеносная система, почки, половые железы.

Эмбриональное развитие высших позвоночных (рептилий, птиц и млекопитающих) включает образование зародышевых оболочек: желточного мешка, аллантоиса и амниона.

Постэмбриональное развитие может быть прямым или сопровождаться превращением - метаморфозом.

 

Смерть и ее биологический смысл

Течение человеческой жизни, как и жизни всех других существ, от рождения до смерти запрограммировано генетически. Хотя средняя продолжительность жизни в результате успехов медицины за последние сто лет в развитых промышленных странах почти удвоилась и растет дальше, максимальная продолжительность жизни осталась почти неизменной.

Мы мало знаем о том, какими причинами обусловлен процесс старения многоклеточного организма. Старение, которое наиболее изучено у млекопитающих, можно определить как изменения, накапливающиеся в организме с течением времени и приближающие его к смерти (замедление процессов репарации и регенерации, снижение эффективности и активности иммуной, нервной и эндокринной систем, нарушение обмена кальция и пр.). Однако трудно решить, что здесь причина, а что лишь симптомы старения. Одной из причин старения считается накопление мутаций во всех клетках тела, но это не применимо ко всем видам. Попытки найти единственную причину старения оканчиваются неудачей.

Клетки и ткани в культуре in vitro от одноклеточных организмов до экспериментально изолированных клеток или даже тканей растений и животных потенциально бессмертны, их гибель наступает лишь при неблагоприятных условиях.

Все многоклеточные организмы “обречены” на смерть, но лишь человек знает об этом, сознает свою смертность. Сознание человеком неизбежности своей смерти делает для него неустранимым вопрос о смысле жизни. Вот почему смерть есть вечная тема культуры, “вдохновляющий гений философии” (Сократ).

Смысл смерти - создание условий для развития, обогащения жизни, так как видовой, родовой, в том числе и социальный прогресс возможен лишь в форме постоянной смены поколений индивидов - временных и реальных воплотителей родовых свойств и отношений.

Старение и смерть - генетически запрограммированы. Для каждого вида характерна определенная продолжительность жизни, которая может изменяться под действием отбора.

 

Многообразие биологических видов — основа организации и устойчивости биосферы

Биосфера Земли населена множеством самых разнообразных живых существ: бактерий, грибов, растений и животных, общее число видов которых превышает 2 млн. Благодаря жизнедеятельности организмов в биосфере осуществляется круговорот веществ и превращение энергии, вне которого не может существовать ни один живой организм. Полнота и устойчивость биотического круговорота зависит от количества видов, участвующих в нем.

 

Принципы систематики и таксономии

Живое отличается необычайным многообразием, изучением которого занимается систематика, или таксономия. Задачей систематика (таксономиста) является выделение и описание таксонов - групп организмов, обладающих определенным сходством строения, функций, поведения. Это сходство со времен Дарвина объясняется единством происхождения. Ранг таксона определяется с помощью систематических категорий, которые образуют следующий иерархический ряд от низшего к высшему: вид, род, семейство, отряд, класс, тип, царство. Конечной задачей систематика является построение системы таксонов органического мира, которая правильно отражает филогенетические (эволюционные) отношения между группами организмов. Такая система называется естественной.

 

Планы строения и принципы функционирования представителей основных таксонов

Прежнее деление организмов на растения и животные устарело. Современная биология выделяет от четырех до семи и более царств живой природы: вирусы, архебактерии, эубактерии, протисты, растения, грибы и животные.

Вирусы относятся к доклеточным организмам. Они не имеют клеточного строения и могут размножаться только в настоящих клетках. Вирусы состоят из нуклеиновых кислот (РНК или ДНК) и белков. При заражении клетки вирусом в нее проникает только нуклеиновая кислота вируса, которая заставляет клетку производить новые вирусные частицы. Вирусы некоторыми учеными рассматриваются как “заблудившиеся” или “одичавшие” гены.

Обнаружено, что вирусы являются причиной возникновения мутаций. После вирусных заболеваний (инфекционная желтуха, корь, грипп, энцефалит и др.) у человека и животных резко возрастает число поврежденных хромосом. Геном вируса может включаться в геном хозяина, и вирусы могут переносить генетическую информацию от одного организма к другому как одного, так и разных видов.

В настоящее время известно около 200 форм животных вирусов, 170 растительных и 50 вирусов, паразитирующих в бактериях (бактериофагов).

Архебактерии и эубактерии относятся к прокариотам - клеточным организмам, не имеющим настоящего ядра. Основные признаки прокариот: генетический аппарат представлен одной кольцевой молекулой ДНК; отсутствуют пластиды, митохондрии, вакуоли; отсутствует половой процесс, мейоз и митоз.

К архебактериям относятся метанообразующие бактерии, живущие в болотах и на затопленных рисовых полях. Метан наряду с двуокисью углерода влияет на возникновение “парникового эффекта”, ведущего к потеплению атмосферы Земли. Важнейшие поставщики метана - болота Западно-Сибирской низменности и Амазонии, рисовые поля Кубани, Средней Азии, Китая, Японии, стран Юго-Восточной Азии.

В настоящее время известно около 3000 видов бактерий и 1400 видов синезеленых (цианобактерий).

Зеленые и пурпурные бактерии - фотосинтезирующие организмы, но в отличие от зеленых растений они не выделяют кислород в результате этого процесса.

Хемосинтезирующие бактерии используют энергию окислительных процессов: серобактерии окисляют сероводород до серы; нитрифицирующие бактерии превращают аммиак в азот и азотную кислоту; железобактерии превращают закисное железо в окисное.

Часть бактерий используют энергию процессов брожения, конечным продуктом которого являются органические кислоты: наиболее известны молочнокислые, маслянокислые и уксуснокислые бактерии.

Гнилостные бактерии используют энергию, высвобождающуюся при расщеплении белков. Конечным продуктом их деятельности являются азотные соединения, в последующем окислении которых принимают участие нитрифицирующие бактерии.

Бактерии, возникшие на самых ранних этапах эволюции жизни, сыграли важную роль в создании современного состава атмосферы, в изменении лика Земли.

Цианобактерии - фотосинтетики и побочным продуктом их фотосинтеза, как и у зеленых растений, является кислород. Синезеленые замечательны тем, что способны использовать азот воздуха и включать его в органические соединения. Некоторые синезеленые могут иметь дополнительные пигменты, изменяющие их цвет до черного, коричневого и красного. Цвет Красного моря определяется широким распространением в нем пурпурно пигментированных синезеленых.

Синезеленые представлены не только одноклеточными, но также колониальными, нитчатыми и многоклеточными формами. Это древнейшие организмы Земли, до сих пор играющие очень важную роль в круговороте веществ и превращении энергии в биосфере.

К эукариотам относятся растения, грибы и животные. Их клетки имеют настоящие ядра, в которых располагаются хромосомы - линейные молекулы ДНК, связанные с белками.

Царство растений включает организмы, для которых характерно автотрофное питание путем фотосинтеза, для чего служат пластиды (хлоропласты): настоящие водоросли, красные водоросли и высшие растения.

К настоящим водорослям относятся, в частности, золотистые водоросли (около 400 видов), зеленые водоросли (около 5700 видов) и бурые водоросли (до 1500 видов). Тело простейших водорослей состоит из одной или двух клеток. Есть нитчатые и пластинчатые формы, состоящие из многих клеток, но настоящими многоклеточными организмами, для которых характерна дифференциация на ткани и органы, водоросли не являются.

Красных водорослей насчитывается до 4000 видов. Их клетки кроме хлорофилла содержат пигмент фикоэритрин, который позволяет существовать этим водорослям на глубинах до 100 м, на которую проникают только голубые, синие и фиолетовые лучи.

Тело высших растений расчленено на корень, стебель и листья. Корневая система, пронизывающая почву, обеспечивает растение водой и минеральными солями, в связи с чем для высших растений характерна неподвижность. Высшие растения подразделяются на споровые (мохообразные -23000 видов, папоротникообразные - 6600 видов) и семенные (голосеменные - 640 видов и покрытосеменные - 200000 видов).

Грибов известно около 100000 видов. К ним относятся хлебная плесень, пенициллум, шляпочные грибы, трутовики. Тела грибов состоят из нитей (гифов), образующих мицелий. Клеточная оболочка содержит хитин, который входит в состав покровов насекомых. Запасным веществом является гликоген - полисахарид, характерный для животных. Некоторые виды грибов входят в состав лишайников. Роль грибов очень важна в разложении растительных остатков.

Все животные - гетеротрофные организмы. Они активно добывают пищу, поедая, как правило, живые организмы. Добыча такого корма требует подвижности, с чем связано развитие органов передвижения, опорно-мышечной системы, нервной системы и органов чувств. Пища животными проглатывается либо в целом виде, либо по частям с участием зубной системы. Такой способ питания сопровождается развитием пищеварительной, кровеносной, дыхательной и выделительной систем органов. Животные характеризуются поведением (пищевым, территориальным, оборонительным, стадным, половым), которое может быть очень сложным.

Организация животных отличается исключительным разнообразием, а число известных видов (не считая вымерших) превышает 1,5 млн в том числе:

Простейшие 260000

Губки 10000

Кишечнополостные 10000

Черви круглые до 1 млн.

Черви кольчатые 15000

Членистоногие (ракообразные, 39000 паукообразные, 63000 насекомые) 1 млн.

Моллюски 100000

Иглокожие до 6000

Хордовые 41000

 

Эволюционное и индивидуальное развитие. Онтогенез и филогенез

 Наблюдаемое многообразие жизни является результатом ее эволюции на протяжении почти 4 млрд. лет. Биологическая эволюция выражалась в изменении видов, появлении новых видов с более сложной организацией, в усложнении структуры сообществ (биоценозов). На биологическую эволюцию существенное влияние оказывали условия, складывавшиеся в географической оболочке Земли, к которым виды должны были приспосабливаться. С другой стороны, организмы сами оказывали глубокое влияние на географическую оболочку Земли, изменяя ее физические и химические параметры. К этим новым условиям организмы также должны были приспосабливаться в процессе эволюции. Появление новых видов вызывало необходимость приспособления к существованию с ними старых. В результате некоторые из прежних видов вымирали. Эволюция, таким образом, носила сопряженный характер, что выражается термином “коэволюция”.

Наиболее общим выражением эволюции является усложнение организации жизни, строения, функций и поведения организмов. Это означало усложнение индивидуального развития (онтогенеза). Появление новых признаков и свойств, новых видов происходило в результате изменений в ходе онтогенеза предков. Онтогенез новых видов не только включал новые стадии и фазы развития, но также сохранял некоторые особенности развития предков. В результате в онтогенезе новых видов наблюдается повторение некоторых стадий онтогенеза предков, что нашло выражение в биогенетическом законе: онтогенез есть краткое повторение филогенеза.

 

Генетика и эволюция

Уникальной особенностью молекул ДНК является их способность к самокопированию - редупликации. Комплементарность азотистых оснований обеспечивает полное сходство дочерних молекул с материнской. В этом заключаются молекулярные основы наследственности. Организмы, имеющие одинаковый набор молекул ДНК или генов, генетически идентичны и фенотипически одинаковы. Таковы однояйцевые близнецы, или растения одного сорта, полученные от одной особи путем вегетативного размножения. Такие организмы могут различаться особенностями, которые возникают под влиянием условий среды на ход индивидуального развития, но эти изменения по наследству не передаются, хотя они генетически обусловлены.

Однако существуют причины, вызывающие наследственные или генетические различия между особями одного вида: мутации - изменение структуры генов, хромосом и кариотипов и комбинирование генов как результат полового процесса.

Частота мутаций отдельных генов лежит в пределах . Однако в связи с тем, что число генов в генофонде любой популяции очень велико, количество всех возникающих в каждом поколении мутаций также очень велико.

Случайные, ненаправленные изменения генетических программ, накапливаясь из поколения в поколение, должны были бы разрушить и сами программы, и те фенотипы, которые этими программами кодируются. Однако хорошо известно, что структуры организмов сохраняются в ряду поколений. Более того, в ходе эволюции происходило усложнение структур, что на первый взгляд противоречит второму началу термодинамики.

Естественный отбор пропускает в следующее поколение программы либо не слишком сильно измененные, либо с полезными изменениями, в том числе и более сложные, если они повышают шансы на выживание и размножение. В результате возникают и совершенствуются адаптации и осуществляется прогрессивная эволюция.

Направленность мутаций не зависит от внешних воздействий, но некоторые внешние силы увеличивают частоту мутаций. Мутационный процесс не носит направленного характера в том смысле, что возникают самые разнообразные изменения, среди которых лишь некоторые изменения оказываются полезными в данных условиях. Именно в этом смысле используется понятие “случайный характер мутаций”.

Направленность эволюции определяется естественным отбором. Чарлз Дарвин не считал, будто природа на самом деле отбирает что-либо, словно человек, решающий, как ему поступить в том или ином случае. Выражение “естественный отбор - это выживание наиболее приспособленных” означает, что направление отбора определяется характером отношений между организмами и средой (или в понимании Дарвина - характером борьбы за существование).

Суть процесса естественного отбора заключается в том, что разные организмы, с разными генотипами, имеют разные коэффициенты воспроизведения. Реальные результаты отбора выражаются в цифре, характеризующей чистую вероятность выживания и воспроизведения, т.е. шансы какого-то организма произвести на свет потомство, которое доживет до возраста родителей к моменту его появления на свет.

Единицей эволюции (элементарной эволюционирующей системой) является популяция. Частота различных генотипов в популяции зависит от частоты генов в ее генофонде, и эта зависимость выражается формулой Харди-Вайнберга:

где p - частота доминантного гена A, q - частота рецессивного гена  - частота доминантных гомозигот, 2pq - частота гетерозигот и  - частота рецессивных гомозигот.

Частота генов в данной популяции остается постоянной от поколения к поколению, пока не подвергается изменению под действием какой-нибудь причины (движущей силы).

Одной из таких сил является мутационное давление, которое увеличивает частоту мутантных генов, поскольку мутации генов представляет собой повторяющийся процесс.

Вторым фактором, способным радикально изменить соотношение генов в популяции, является случай. В малых популяциях колебания численности особей приводит к случайному изменению частоты генов, что определяется случайным характером сохранения особей, обладающими некоторыми нейтральными различиями. Такие случайные изменения частоты генов называются генетическим дрейфом.

Главной причиной изменения частоты генов в популяции является естественный отбор, который имеет и величину, и направление. Величина определяется коэффициентом воспроизведения, а направление - характером замещения одного аллельного гена другим.

Литература

1.   Рувинский А.О. Эволюция пола и происхождение многоклеточности/ Природа, 1990, 7

2.   Геодакян В.А. Эволюционная теория пола/ Природа, 1991, 8

3.   Гершензон С.М. Происхождение и эволюция пола/ Природа, 1991, 1

4.   Ланда П.С., Розенблюм М.Г. Автоколебания в живых организмах/ Природа,1992,8

5.   Мазин А.Л. Можно ли не стареть/ Природа, 1994, 11

6.   Озернюк Н.Д. Траектории онтогенеза/ Природа, 1992, 9.

 

Тема 2.2. Человек: организм и личность

Аристотель (384-322 до РХ) впервые подробно рассмотрел человеческое тело, указал место, занимаемое человеком в системе животного мира и отметил такие кардинальные различия между человеком и животными, как прямохождение, крупный головной мозг, речь и разум.

Великий натуралист XVIII века, автор “Системы природы” (1735) Карл Линней отнес человека к царству животных, поместив в отряд приматов и дав название Человек разумный (Homo sapiens): “Он принадлежит к сему царству по телесному своему сложению...”

Действительно, организм человека, как и у всех высших животных, состоит из систем, выполняющих определенные функции и образованных органами, тканями и клетками. В общих чертах особенности их строения и функционирования одинаковы у всех позвоночных животных. Важно, однако, подчеркнуть не только сходство, но и отличия, характерные для человека.

 

Положение человека в царстве животных

Появление в процессе эмбрионального развития человека хорды, жаберных щелей в полости глотки и нервной трубки определяют принадлежность человека к типу хордовых, а развитие позвоночного столба - к подтипу позвоночных животных.

Человек принадлежит к классу млекопитающих, поскольку для него характерно наличие млечных желез и волосяного покрова.

В отряде приматов наиболее крупные группы: полуобезьяны (лемуры и пр.), собакоподобные (мартышки и пр.) и человекообразные (орангутан, горилла, шимпанзе) - семейство Pongidae.

Человека выделяют в отдельное семейство Hominidae с единственным ныне живущим видом Homo sapiens, а также его предками H.habilis (человек умелый) и H.erectus (питекантропы и синантропы).

Современные люди и человекообразные обезьяны образуют группу гоминоидов, в которой к человеку наиболее близки африканские формы - горилла и шимпанзе.

Человекообразные приспособлены к жизни в тропических лесах. На земле они передвигаются обычно на четырех конечностях. Преимущественно наземный образ жизни ведет горилла. Пищей человекообразным служат плоды, листья, цветы, побеги и различные мелкие животные.

У человекообразных наблюдается относительно высокое развитие долей лобной области, а также усложнение участков коры, которые у человека связаны с речевой деятельностью. Извилины мозга у человеческого эмбриона в конце седьмого месяца имеют такую же степень развития, как у обезьян.

Сперматозоиды и яйцеклетки шимпанзе и гориллы по форме и размерам почти неотличимы от человеческих. В ходе беременности и акте родов у человека и шимпанзе установлено большое сходство. Новорожденный шимпанзе с густыми волосами на голове и при их отсутствии на теле больше похож на новорожденного человека, чем взрослый шимпанзе на взрослого человека. Половая зрелость у самок шимпанзе наступает к 8-10 годам, у самцов - к 12 годам. Продолжительность жизни близка к человеческой.

Много общего у человека и человекообразных в области патологии и болезней: грипп, оспа, холера, сифилис и пр. По способности восприятия цветов шимпанзе близок к человеку. Он хорошо различает величину и форму предметов. Как показал еще Дарвин, обезьяны способны выражать на своем лице чувства, сходные с человеческими: гнев, испуг, радость, печаль, плач и смех.

С помощью методов молекулярной гибридизации показано, что у человека и шимпанзе 99% одинаковых генов.

 

Отличительные особенности человека

У человека имеется ряд очень важных с его (человека) точки зрения отличий от животных, на часть из которых указывал еще Аристотель.

В связи с прямохождением - выпрямленное положение тела, вертикальность туловища и шеи при полной разогнутости нижних конечностей в коленном сочленении, S-образно изогнутый позвоночник и хорошо уравновешенная на нем голова, сводчатое строение стопы.

Кроме того, человек обладает отличительными особенностями, не связанными непосредственно с прямохождением: редуцированный волосяной покров, почти неподвижные, но хорошо развитые ушные раковины, прямой высокий чистый лоб, хорошо очерченные брови, сильно развитый наружный нос, четкий желобок на верхней губе, сильно развитая слизистая или каемочная часть губ, выдающийся подбородок.

Волосяной покров у человека своеобразен: наряду с общей редукцией его на теле имеет место характерное развитие волос в подмышечных впадинах и на лобке. На голове волосы густые, обладают постоянным ростом; борода, усы и брови лишены осязательных волос.

У человека сильнее, чем у человекообразных, выражены различия между полами (половой диморфизм), который проявляется в весе, длине и пропорциях тела, в волосяном и кожном покровах. Женщина в среднем на 8 кг легче и на 9 см ниже мужчины; волосяной покров у нее развит на теле слабее, а подкожный жировой слой - сильнее; волосы на голове гуще и растут интенсивнее; плечи у женщины уже, талия более выражена, таз шире; ягодицы развиты сильнее; физическая сила приблизительно на 1/3 меньше мужской; голос в среднем на октаву выше.

Особого развития у женщины достигают млечные железы, в то время как у самок человекообразных выдаются лишь соски, а железистая часть набухает незадолго до родов, лишь во время лактации, да и то не очень заметно.

И, наконец, наибольшее различие человека от антропоидов заключается в величине головного мозга.

Известные своими достижениями люди и масса их мозга в г:

Тургенев И.С. писатель 2012

Кромвель О. политик, диктатор 2000

Бисмарк О. политик, рейхсканцлер 1807

Маяковский В.В. поэт, художник 1700

Кант И. Философ 1650

Ландау Л.Д. ученый, физик 1580

Шиллер И.Ф. поэт 1580

Гаусс К.Ф. ученый, математик 1492

Павлов И.П. ученый, физиолог 1457

Данте Алигьери поэт 1420

Ульянов В.И. политик, диктатор 1340

Кони А.Ф. юрист, писатель 1130

Франс А. Писатель 1017

 (Из: С.В.Савельев. Природа индивидуальности мозга человека. Природа, 1995, 9: 16-31).

Масса мозга зависит в значительной степени от величины тела животного; более крупные животные обладают в общем абсолютно большим мозгом. Так, слон и кит превосходят человека по абсолютной величине мозга.

Относительная масса мозга - отношение массы мозга к массе тела выше у мелких животных; по этому показателю человек уступает маленьким обезьянам и некоторым другим мелким млекопитающим. При сравнении разных животных ни абсолютная, ни относительная масса мозга не могут служить достаточным показателем его развития.

Был предложен квадратный указатель массы мозга (E*E/S), представляющий собой произведение абсолютной массы мозга на его относительную массу. По этому показателю человек резко отличается от всех животных:

человек - 32,0

слон - 9,82 человекообразные - 2,03-7,35

низшие узконосые - 0,56-2,22

полуобезьяны - 0,13-1,37

Этот указатель отражает уровень “кефализации” или цефализации.

 

Мозг и высшая нервная деятельность

Высшая нервная деятельность определена И.П.Павловым как условно-рефлекторная функция коры головного мозга. Условные рефлексы очень широко распространены в животном мире и пронизывают все стороны повседневной жизни высших животных, включая человека.

Главное отличие высшей нервной деятельности человека - мышление и речь. Сущность мышления - способность к обобщению. При обобщении различных явлений человек открывает закономерные связи между ними - законы. Мышление - результат функции всей коры головного мозга. Речь представляет собою вторую сигнальную систему, в которой слово - это сигнал сигналов.

Высшие функции нервной системы - способность к мыслительной деятельности, осознанию сигналов из окружающей среды, к абстрактному мышлению и запоминанию - в значительной мере связаны с деятельностью коры больших полушарий. Кора служит структурной основой сознания и интеллекта.

В коре головного мозга содержится около 14 млрд. нейронов, большая часть которых (около 90%) сгруппированы в шесть слоев и образует неокортекс - высший интегративный отдел соматической нервной системы. Неокортекс отвечает за переработку и интерпретацию чувствительной информации (слуховой, вкусовой, соматосенсорной и зрительной), а также за управление сложными мышечными движениями. Здесь расположены центры, участвующие в процессах абстрактного мышления, речи и хранения памяти. Большая часть процессов в неокортексе является нейрофизиологической основой сознания.

Второй большой отдел коры головного мозга - палеокортекс. Эта часть коры обладает более простой трехслойной структурой. К палеокортексу относятся отделы коры, связанные с лимбической системой. Здесь расположены высшие вегетативные центры. Процессы, протекающие в палеокортексе, не всегда отражаются в сознании.

Существует три ассоциативные области коры: лобная, височная и затылочно-теменная. В лобной доле расположены главные центры речи и письма. Самый передний отдел лобной доли участвует в формировании личностных качеств, творческих процессов и влечений.

Затылочно-теменная область участвует в интерпретации поступающих соматосенсорных, вкусовых и зрительных сигналов. Больной с поражением затылочно-теменной области не может узнать предмет, исходя из соматосенсорной и зрительной информации о нем. Так, он может осознавать, что некий объект оранжевый, круглый и имеет кисло-сладкий вкус, но не способен понять, что это апельсин.

Поражения стыка теменной, затылочной и височных долей сопровождаются словесной слепотой (алексией). Такие больные узнают буквы, составляющие какое-либо слово, но не способны объяснить его значение.

У больных с поражением задних областей височной доли наблюдается словесная глухота. Они легко понимают значение написанной фразы, но, если эту фразу произнести вслух, они не в состоянии объяснить ее значение. Полагают, что обширные области височной доли участвуют в долговременной памяти. Раздражение этих долей сопровождаются возникновением сложных картин из прошлого. Воспоминания эти бывают очень яркими.

В лобных долях расположены главные центры речи и письма. При поражении задне-боковых отделов ассоциативных областей лобной коры теряются все речевые навыки - больной не может выразить свои мысли ни в устной, ни в письменной форме.

Самый передний отдел лобной доли участвует в формировании личностных качеств, творческих процессов и влечений. При поражении этой области наступают глубокие изменения личности, интересов и способности к концентрации внимания. Такие люди утрачивают социальные “тормоза”, интерес к работе и собственной внешности и становятся некоммуникабельными.

Многие высшие функции ассоциативных областей коры выполняются каким-либо одним полушарием, так что в отношении различных сторон высшей нервной деятельности между полушариями существует асимметрия. Ведущее полушарие (обычно левое) отвечает за интерпретацию и формирование устной и письменной речи. Другое полушарие участвует в пространственных построениях и определении временных взаимоотношений, а также содержит центры музыкального и художественного творчества.

Одна из важнейших функций нервной системы заключается в ее способности накапливать и хранить прошлый опыт. Памятью называются мысли или элементы прошлого опыта, отложенные в нервной системе в форме, доступной для извлечения.

В настоящее время существуют две теории формирования долговременной памяти - гипотеза изменения межнейронных связей и гипотеза образования специфических макромолекул (нуклеиновых кислот и белков). Эти теории не являются взаимоисключающими.

В запечатлении и извлечении следов памяти участвуют тысячи нейронов коры головного мозга, лимбической системы, таламуса и других нервных центров. Эти следы распределены диффузно, но в хранении и извлечении памяти особую роль играют два отдела коры - гиппокамп и височная доля неокортекса. Большинство нейрофизиологов полагают, что память обусловлена деятельностью большого количества нейронов, локализованных диффузно в коре головного мозга, а также в таких подкорковых образованиях, как лимбическая система, таламус и гипоталамус.

Гипоталамус - главный центр регуляции вегетативных функций. В нем расположены центры регуляции температуры тела, потребления пищи, водного баланса, полового и эмоционального поведения.

Лимбическая система, содержащая высшие центры интеграции деятельности внутренних органов, образована несколькими взаимосвязанными корковыми и подкорковыми отделами конечного мозга. Между этой системой и гипоталамусом имеются тесные анатомические и функциональные связи. Лимбическая система отвечает за мотивацию и выработку сложных поведенческих актов, успешное выполнение которых требует координации вегетативных и соматических рефлексов.

При нанесении электрических раздражений на различные области лимбической системы возникают самые различные сложные поведенческие акты, связанные с пищевым и половым поведением, нападением и бегством; наблюдаются также сопровождающие эти акты эмоции удовольствия, ярости, отвращения и страха.

 

Эмоции

Эмоции (от лат. потрясаю, волную) - субъективные реакции животных и человека на воздействие внутренних и внешних раздражителей, проявляющиеся в виде удовольствия или неудовольствия, радости, страха и т.д.

Эмоции связаны с удовлетворением (положительные) или неудовлетворением (отрицательные эмоции) различных потребностей организма.

Эмоции представляют собой активные состояния специализированных мозговых структур, побуждающих человека и животных минимизировать или максимизировать эти состояния.

Эмоциям принадлежит решающая роль в процессе обучения, в подкреплении вновь образующихся условных рефлексов.

Сильные, стремительно возникающие эмоции - аффекты, длительно сохраняющиеся - настроения.

Дифференцированные и устойчивые эмоции, возникающие на основе высших социальных потребностей человека, обычно называют чувствами (интеллектуальными, эстетическими, нравственными).

Ситуации, в которых удовлетворение важных для человека потребностей хронически затруднено, порождает стойкое отрицательное напряжение -эмоциональный стресс.

“Стресс” - это современное слово, которое широко используется и часто неправильно. Тысячи пособий по практической психологии обещают научить, как избежать стресса или справиться с ним. Но, согласно Гансу Селье, крупнейшему авторитету в этой области, стресс - это “неспецифический ответ организма на любое предъявленное ему требование”. Стресс составляет важную часть повседневной жизни. Требования и изменения, порождающие стресс, открывают возможность для адаптации к новым условиям жизни. Потенциально опасным и для животных, и для человека может быть слишком продолжительный стресс или комбинация стрессогенных факторов (“стрессоров”), затрудняющих или делающих невозможным приспособление к требованиям ситуации.

Известно множество ситуаций, порождающих стресс, - от случаев отделения ребенка от матери в первые годы жизни до серьезных заболеваний у людей зрелого возраста. В наше время одно из самых травмирующих событий для взрослого - это потеря работы. Было показано, что стрессовое состояние у работника вызывается не столько свершившимся фактом потери места, сколько предшествующим периодом боязни его потерять.

Селье (1974) показал, каким образом стресс связан с постепенным истощением резервов организма, который старается приспособиться к новым условиям (общий синдром адаптации).

Первый этап - реакция тревоги перед встречей с новой ситуацией связанная с состоянием повышенной настороженности и беспокойства. Если эта ситуация затягивается, то создается впечатление, что организм возвратился к нормальному состоянию. Это фаза сопротивления, во время которой организм продолжает расходовать имеющиеся резервы, которые, однако, не безграничны, и вскоре начинают истощаться. Это фаза истощения, приводящая иногда к смерти, но чаще - к нервным срывам.

Позднее Селье (1978) высказал мысль, что не всякий стресс вреден. Стресс - неотъемлемая часть жизни, и его нельзя избежать. Важно, по мнению Селье, то, что каждый из нас способен поддерживать оптимальный для себя уровень стресса, позволяющий действовать наиболее эффективно.

Если некоторые люди с трудом могут преодолевать ситуации, лишающие их обычного спокойствия и выходящие из привычного мирного окружения, то другие ищут действий и большего жизненного простора, где могут полностью реализовать свои возможности, учась преодолевать связанные с этим опасности.

Наиболее важные из мозговых структур, имеющих отношение к эмоциям, в совокупности называют лимбической системой. Ее части и функции, по-видимому, в основе своей сходны у всех млекопитающих.

Лимбическая система находится выше ствола головного мозга, но ниже коры. В нее входят: некоторые ядра передней области таламуса, гипоталамус, миндалина (средний мозг), гиппокамп и др.

Нервные сигналы из всех органов чувств, а также исходящие от коры, проходят через одну или несколько лимбических структур.

У низших животных значительного развития достигает только ствол мозга. Лимбическая система развивается только у высших - у млекопитающих. Рептилии и амфибии ею не обладают. Эмоциональное поведение у них выражено слабо. “Ваша домашняя черепаха никогда не покажет вам, что она рада вас видеть, когда вы возвращаетесь с работы, как это делает собака или кошка”.

Человек - наиболее эмоциональное из всех живых существ, он обладает в высшей степени дифференцированными средствами внешнего выражения эмоций и широким разнообразием внутренних переживаний.

Наша эмоциональная жизнь так многообразна потому, что лимбическая система у нас связана с корой больших полушарий и лобные области ассоциативной коры развиты в высшей степени. Благодаря этому человек обладает большой способностью к запоминанию и абстракции. Вот почему мы можем испытывать сильный гнев при одной только мысли о несправедливости или стыдиться того, что наше поведение не соответствует некоторым культурным стандартам.

С развитием лимбической системы связан еще один важный эволюционный фактор. Млекопитающие и птицы - единственные (за редким исключением) животные, уделяющие много времени и внимания заботе о потомстве. Соответствующие формы поведения, в которых проявляется то, что мы называем привязанностью, необходимы для выживания относительно беспомощных детенышей. Такого рода поведение и те чувства, которые мы с ним связываем, становятся возможными в результате развития лимбической системы.

 

Природа агрессии

Как показал Чарлз Дарвин (“Выражение эмоций у человека и животных”, 1872), некоторые из эмоциональных выражений, свойственных лицу человека, очень сходны с теми, которые были свойственны нашим животным предкам. Дарвин рассматривал эти способы выражения эмоций как сохранившиеся остатки действий, связанных с нападением и защитой. Нико Тинберген называл их “интенциональными движениями” - фрагментами подготовки животных к действию.

По мере развития социальности у животных эти выразительные движения, которые ранее были предвозвестниками действительного поведения, приобретали самостоятельную роль. Они-то и сделали возможным создание системы социальной коммуникации. Животное могло теперь информировать других членов сообщества о своем внутреннем состоянии или о каких-то внешних событиях. Эти полезные способности позволяли общественным видам все больше усложнять организацию группы.

Важную роль в организации группы играют отношения доминирования-подчинения, которые сопровождаются постоянным проявлением агрессивности. В стычках выясняются отношения доминирования-подчинения, что отражается в турнирной таблице. Время от времени стычки возникают для проверки, кто сильнее и приводят к изменению структуры группы, положения особей в ней. Иерархия позволяет избежать борьбы всех со всеми. Каждый знает свое место. Иерархия обеспечивает возможность совместных действий.

Достижения этологии в понимании природы агрессивности нужно знать всем. И дело не только в том, что человек весьма агрессивное существо, а в том, что агрессивность подчиняется своим законам, не зная которых, можно наломать много дров. Эти законы влияют не только на поведение каждого человека, включая политиков и военных, но и на поведение общества и государства.

Бытовое понятие агрессии - нападение, причем, несправедливое, неоправданное. В этологии агрессивность означает злость, злобу, ненависть. И термин этот никак не окрашен (морально, по К.Лоренцу).

Животное ведет себя по отношению к животному другого вида агрессивно потому, что оно его чем-то раздражает: либо угрожает ему самому, его территории, гнезду, детенышам, либо выглядит незнакомо или подозрительно.

Внутривидовая агрессия проявляется в том, что особи одного вида неизбежно вступают в конфликт из-за пищи, удобного места, из-за самки и пр. Появление или приближение другой особи с неясными намерениями вызывает настороженность. Затем следует либо бегство, либо нападение. Вступая в конфликт, оба испытывают страх, и вместе с ним - приступ агрессивности.

Агрессия всегда сопровождается приступом страха, а страх может перерасти в агрессию.

Агрессия накапливается при отсутствии внешних раздражителей, а порог запуска агрессивного поведения понижается, и агрессия может вырваться наружу без всякого повода (опыты К.Лоренца с цихлидами).

Известны вспышки агрессии внутри маленьких замкнутых групп людей. В обычной жизни наша агрессивность разряжается через массу незначительных конфликтов. Мы можем научиться кое-как управлять своей агрессивностью, но полностью устранить ее не можем.

Важно помнить, что ограждая агрессивную личность от раздражителей, мы не снижаем ее агрессивность, а только накапливаем. Она все равно прорвется, причем сразу большой дозой. Неутешительно, зато правда.

Накопленная агрессивность может быть переадресована на какой-нибудь замещающий объект. Многие птицы клюют землю или листья, копытные бодают кусты. Мы ударяем кулаком по столу, что-нибудь разрываем на части, бьем посуду.

Часто агрессия переадресуется на объекты, которые не могут дать сдачи: разгневанный хозяин может пнуть свою собаку, получивший на работе нагоняй муж - обругать свою жену, ребенок - ударить котенка.

Переадресование агрессии на более слабого и ничем не провинившегося играет важную роль в поддержании иерархии.

В своей изначальной форме агрессия предполагает нападение, причинение ущерба и даже убийство объекта.

В эволюции животных наблюдается переход от немедленного нападения к демонстрации, замена физического противоборства психическим противостоянием. Это спасительно для хорошо вооруженных видов.

К.Лоренц утверждал, что хорошо оформленное агрессивное поведение -одно из самых замечательных созданий естественного отбора. Обругать друг друга, пригрозить - выгоднее, чем драться, особенно, если оба вооружены.

Оформление агрессии: поза угрозы, оскал пасти и демонстрация зубов (не потому ли мы так внимательно смотрим в рот при общении с незнакомым человеком?), мимика и украшения, яркая раскраска кожи лица у некоторых обезьян и у вождей разных племен, шипение и крик (Ура!), перебранка (язык - страшнее пистолета).

Этологи открыли у животных большой набор инстинктивных запретов, необходимых и полезных в общении. К.Лоренц более 50 лет назад решился написать фразу “мораль в мире животных”.

Кодекс морали у животных:

1) Не убей своего.

2) Не нападай без предупреждения, стремись уладить конфликт без драки.

3) Не применяй смертельного оружия. (Береги уши и глаза противника).

4) Не бей того, кто принял позу покорности (Не бей лежачего. Повинную голову меч не сечет.)

Как проигравшему остановить распаленного победителя? Волк, лев, олень - вдруг подставляют самые уязвимые места, удобные для нанесения смертельного удара. Но победитель не может его нанести и нарушить запрет (поза и призыв у мальчишек “На, бей!”, “если тебя ударили по одной щеке, подставь вторую” ... чтобы не ударили еще). Тьма комментаторов не могли понять это место в Библии.

Еще: победа с тем, кто прав. Выигрывает тот, кто защищает свою территорию, свой дом, свою самку, своих детенышей. Агрессивность более сильного нападающего сдерживается запретом (не пожелай ни дома ближнего, ни жены его).

Как говорят юристы: неприкосновенность жилища, личной собственности и жизни.

Забавно наблюдать, как ссорятся две птицы на границе своих участков: по очереди проигрывает тот, кто залетит на участок другого.

Многие морально-этические нормы поведения человека, называемые общечеловеческой моралью, имеют свои аналогии во врожденных запретах у разных видов животных. Можно полагать, что в некоторых случаях это совпадение. Но, по крайней мере, часть из них восходит к врожденным запретам, руководившим поведением наших предков.

Этология дает нам знания, которые нужны многим: учителю и врачу, психологу и социологу; без них трудно воспитателю, офицеру, тюремщику, судье, администратору. Очень хотелось бы, чтобы для пользы всего человечества ими обладали политики. Но самое главное - они нужны каждому из нас, ведь у всех есть или будут дети, младшие братья, внуки. Природа наделила их самым долгим среди живых существ детством, чтобы они могли, овладевая своими инстинктами и учась, пройти за полтора десятка лет огромный путь. Они способны пройти его сами, ошибаясь и страдая. Но путь их будет прямее, а результат выше, если мы будем любить и понимать наших детей такими, какими их создала природа, а не такими, какими их рисует наше воображение (Виктор Дольник, 1994, стр. 73).

 

Природа наслаждений

Стратегия поведения организмов определяется стремлением выжить. Под этим стремлением понимается комплекс поведенческих реакций, направленных на улучшение условий среды обитания, добычу пищи, продолжение рода, избегание угрожающих ситуаций, соблюдение некоторых гигиенических навыков и многое другое (М.Мыслободский,”Удовольствие - инструмент эволюции”, Наука и жизнь).

Все они, а среди них есть множество занятий не то что сложных, а просто обременительных, по разным причинам могли бы остаться невыполненными, если бы не подкреплялись ощущением приятного. Поразительный дар эволюции состоит в том, что мозг фиксирует в качестве награды все то, что было выполнено организмом в качестве полезного.

Следовательно, удовольствие - один из инструментов эволюции, элемент механизма выживания. Поэтому утрата ощущения приятного, отказ от удовольствий, доставляемых жизнью, бывают равносильным отказу от самой жизни, как это бывает при некоторых психических заболеваниях, когда наступает потеря того, что известный японский писатель Рюноскэ Агутагава, покончивший с собой, в предсмертном письме назвал “инстинктом жизни, животной жаждой”.

Стремление человека познать самого себя невозможно без анализа структуры наслаждений. Эта задача сейчас становится едва ли не диагностической, продиктованной практическими потребностями врачевания. Впрочем за 20 столетий до Рождества Христова призывы знаменитой “Песни арфиста” - “Умножай еще больше свои наслаждения, не давай своему сердцу огорчаться...” - имели выраженный профилактический подтекст.

Но так же, как и прежде, одной из серьезнейших загадок сфинкса эмоций и сегодня остается: “Что есть наслаждение?”

В европейской философии этот вопрос был поставлен, видимо, не ранее IV столетия до н.э., но науке о гедонизме (от греческого hedone - удовольствие) не повезло с самого начала, так как удовольствие рассматривалось чаще всего как антипод боли. Гедония считалась следствием отсутствия страданий.

От Аристиппа до естествоиспытателей XIX века о наслаждениях сказано немало. Но только современная нейрофизиология получила возможность искать экспериментальное решение природы наслаждений. Оказалось, что вводя в мозг электроды и раздражая различные центры, можно управлять поведением животного в довольно широком диапазоне, превращая, например, ласкового, ленивого кота в агрессивного зверя, а сытое животное побуждать искать пищу. Это значило, что мозг располагает центрами, управляющими эмоциональными реакциями.

Опыты на крысах американских исследователей Олдса и Милнера, в которых животные сами нажимали на педаль, вызывая раздражение некоторых участков своего мозга, не обращая при этом внимания ни на вкусную пищу, ни на особей противоположного пола, ни на сигналы опасности, показали, что центры наслаждений действительно существуют. Стоило передвинуть электроды порой на доли милиметра, как они попадали в зоны, раздражение которых вызывало панический ужас и расценивалось животными как наказание.

Некоторые люди получают удовольствие в отказе от того, что большинство из нас считают удовольствием, - это аскеты. Другие находят удовольствие в страдании - это мазохисты. Такой отход от обычных представлений о “награде” основан на индивидуальном опыте - научении или запоминании.

 

Биосоциальные основы поведения

В книге “Происхождение человека и половой отбор” Дарвин пишет: “Мы наблюдали, что рассудок и интуиция, разнообразные чувства и способности, такие, как любовь, память, внимание, любопытство, подражание, сообразительность и др., которыми гордится человек, можно обнаружить в зачаточном, а иногда даже и в хорошо развитом состоянии у низших животных”.

Наше поведение почти также, как и наш облик, несет в себе много черт, унаследованных как от близких предков, так и более далеких. Это роднит нас со всеми, что живет на Земле. Без учета этих связей многие наши пристрастия странны для окружающих и необъяснимы для нас самих.

Поведение животных выражается в таксисах, рефлексах, инстинктах. Инстинкт - совокупность наследственно обусловленных актов поведения. Обычно инстинкт противопоставляется разуму, обучению, как врожденное поведение - приобретенному.

Инстинкты часто рассматриваются как синоним всего дурного. Их рекомендуется скрывать и подавлять. Им противопоставляются мораль и разум. Но в биологии инстинкты - это врожденные программы поведения. Животные рождаются с этими программами. В процессе эволюции происходит изменение и совершенствование этих программ.

История концепции инстинкта переплетается с концепцией произвольного поведения и нашей ответственности за свои действия.

Платон и большинство древнегреческих философов рассматривали поведение человека как результат рациональных и произвольных процессов, когда индивидуумы свободны в выборе любого пути действия, который диктует их разум. Этот подход назван рационализмом. Он существует и по сей день.

В XIII столетии Фома Аквинский писал:”Человек имеет чувственное желание и рациональное желание, или волю. Его желания и поступки не определяются только чувственными ощущениями, как у животного. Он обладает способностью к самоопределению, благодаря чему имеет возможность действовать или не действовать... Воля детерминирована тем, что разум считает полезным, - рациональной целью. Это тем не менее не принуждение: принуждение существует там, где организм неизбежно детерминирован внешней причиной. Человек свободен, поскольку он рационален, поскольку он не вовлекается в действие внешней причиной без его согласия и поскольку он может выбирать средства достижения полезного эффекта, или цели, которую поставил его разум”.

Фома Аквинский считал, что поведение животного строго детерминировано чувственными желаниями, хотя он, по-видимому, и допускал, что животное способно к некоторой элементарной рассудочной деятельности.

Рене Декарт в работе “Страсти души” (1649) писал, что животные -это механические автоматы, тогда как поведение человека находится под двояким влиянием: механического тела и рационального разума.

Представление об инстинкте как первичном двигателе поведения было использовано такими психологами, как Фрейд (1915) и Мак-Дугалл (1908).

Фрейд представлял себе поведение как результат взаимодействия двух основных энергий: силы жизни, лежащей в основе человеческой активности, направленной на самосохранение и продолжение жизни, и силы смерти, определяющей агрессивные и разрушительные действия человека. Фрейд рассматривал эти силы жизни и смерти как инстинкты, энергия которых требует внешнего выражения или разрядки.

Согласно Мак-Дугаллу, инстинкты - это иррациональные и непреодолимые начала поведения, которые направляют организм к достижению его целей. Он выделял несколько инстинктов и сопровождающие их эмоции: бегство и страх, отвергание и отвращение, любопытство и удивление, драчливость и гнев.

Дарвин рассматривал инстинкты как сложные рефлексы, сформированные из отдельных поведенческих актов, которые являются продуктами естественного отбора. Идеи Дарвина послужили основой для представлений классической этологии, которые были сформулированы Лоренцом и Тинбергеном.

Данные, накопленные этологией и генетикой поведения, привели к отказу от противопоставления инстинкта и разума и к созданию современной концепции генетически обусловленного поведения. Мы теперь лучше понимаем, что все типы поведения представляют собой результат генетических и средовых взаимодействий.

Инстинктивное поведение сформировано на основе комплексов фиксированных действий, которые запускаются специфическими сигнальными раздражителями (знаковыми стимулами).

Комплексы фиксированных действий (КФД) являются объектом исследования этологов.

КФД являются стереотипными, жесткими, предсказуемыми и высокоорганизованными последовательностями актов, которые проявляются у всех представителей данного вида, вызываются простыми, но высокоспецифичными стимулами. Примеры КФД: разевание клюва у птенцов, выбрасывание языка у лягушки и ловля насекомого, демонстрации при ухаживании и агрессии у птиц.

Важная роль в формировании поведения, в полноценном физическом и психическом развитии принадлежит играм. Игры - это тренировка, проверка выполнения программ поведения: как подходить к своим, как действовать с половым партнером, объектами охоты, как убегать от хищника, как драться, как побеждать и как уступать, как рыть, строить, прятать.

Лишенные игр детеныши животных вырастают агрессивными, трусливыми. Им трудно образовывать пары, жить в мире в стае; плохо приходится и их детенышам.

Большинство игр - вариации на три главные темы:

1) “Хищник-жертва” - один убегает, другой ищет, догоняет, ловит;

2) “Брачные партнеры” - ритуалы знакомства, ухаживания, спаривания;

3) “Родители-дети” - кормление, защита, согревание, чистка.

При этом обязательна смена ролей.

Игры наших детей: догонялки, прятки, в пап и мам, уход за куклами, борьба, игры в войну - все это темы, общие с поведением животных.

Множество инстинктов унаследовал от своих животных предков человек. Многие из них не исчезнут никогда, потому что они нужны, по-прежнему служат, составляя фундамент новой рассудочной деятельности.

У ребенка можно наблюдать сотни инстинктивных действий: сосание молока (очень редко этот инстинкт бывает нарушен, и тогда ребенка научить сосать невозможно); прижимает теплый пушистый предмет; хватает палец, и ребенка можно поднимать - не отпустит; реакция на лицо матери; ловля ногами погремушки; улыбка для своих, на чужих хмурится, кричит, машет; проба всех предметов на вкус; подбирание всяких предметов с земли; цепляние за хвост-юбку матери; отношение к собственности -отнимает у других и не отдает свое (и это не жадность).

Дети любят качели - это наследие брахиации у приматов. Дети боятся темноты - наши предки были дневными животными, ночь для них была полна опасностей. Дети пугаются маски леопарда - два желтых горящих кружка с черными зрачками: это был один из самых опасных хищников.

Страшные образы в мультфильмах, сказках, в играх - это игровое узнавание хищников и других опасностей, проверка врожденных реакций на них. Если эти образы мы им не даем, они их сами придумывают.

Половое поведение человека

 Половое поведение человека в большой мере определяется врожденными программами. Но если бы мы полностью подчинялись врожденным программам, наше половое поведение было бы диким, примитивным, грубым, эгоистичным (так иногда ведут себя некоторые люди).

В этом наборе врожденных программ заключена информация о том, что нужно сделать, чтобы оставить потомство. Эти программы проверяются в игровом поведении: телята, щенки и котята “ездят друг на друге”, меняясь ролями. У наших детей команда проверки программы спаривания срабатывает в возрасте 4-6 лет (игры в пап и мам). Детей этому не учат, они эти игры придумывают сами. В XX веке детские психологи признали сексуальные игры маленьких детей нормальным явлением, но объяснить их толком не могут, потому что читают З.Фрейда, а не К.Лоренца.

Б.Спок читал обоих ученых и советует пресекать такое поведение детей, не делая скандала и не выдавая тайны.

Особенности стратегии размножения человека включают значительные затраты на каждого из очень небольшого числа рождающихся потомков. Дети рождаются по одному, иногда по два, с интервалом около двух лет. Половая зрелость наступает поздно, и женщина может родить лишь несколько раз за всю жизнь. Для того, чтобы такая стратегия размножения была успешной, все родившиеся дети должны быть окружены большой заботой родителей.

Матери трудно одной растить родившегося ребенка. В основном это результат беспомощности, свойственной человеческому младенцу, в сравнении с другими приматами. Мать шимпанзе, например, воспитывает детенышей в течение нескольких лет, при этом сохраняет свободу и обходится без всякой помощи. Шимпанзе полигамны, и самцы не принимают участия в заботе о потомстве. Детеныш держится за шерсть матери, поэтому она может питаться и держаться наравне с другими членами группы. Женщина же должна держать ребенка на руках, так как он не может держаться сам. Даже научившись ходить, ребенок не может быть наравне с другими членами группы.

Главная причина беспомощности человеческого младенца - недоразвитость его мозга. Мозг человека в четыре раза больше, чем можно было бы ожидать для примата такой же величины.

Сразу после рождения мозг обеспечивает лишь часть функций. Ребенку требуется времени в два раза больше, чем детенышу гориллы или шимпанзе, чтобы достичь такой стадии развития, когда он может держаться на ногах. У новорожденного хватательный рефлекс развит хорошо, но он скоро исчезает. Детеныш обезьяны может висеть на матери, уцепившись за ее шерсть руками и ногами, а человеческий младенец не смог бы этого сделать, даже будучи достаточно сильным, так как ноги по строению не годятся для хватания и на матери слишком мало волос.

В этих условиях можно ожидать, что женщина предпримет все меры предосторожности, выбирая полового партнера, и будет стараться обеспечить ребенку хорошего отца. Однако молодая женщина не всегда может высказать свое мнение при выборе для нее супруга. Во многих случаях брак устраивается родителями невесты или выбор слишком ограничен из-за недостатка мужчин соответствующего социального положения.

У животных во время ухаживания происходит инверсия доминирования: на время ухаживания самец демонстративно подчиняется самке. Мужчина под действием этой программы встает на колени, терпит ритуальные побои, выполняет любые поручения, клянется всю жизнь носить на руках, достать звезды с неба, по первому требованию прыгнуть с моста и т.п. Женщина, предлагая ему совершить подобные подвиги, интуитивно проверяет, произошла ли внутри него инверсия в самом деле, или он только притворяется.

Самки многих видов проверяют, как хорошо самец будет обеспечивать пищей ее и потомство. По спецпрограмме самка начинает изображать из себя детеныша. От самца требуется в ответ изобразить кормление. Один из вариантов ритуального кормления - касание ртами. Поганки ныряют за рыбкой или приносят в клюве траву со дна. Шалашниковые птицы подносят ярких насекомых, цветы, разные необыкновенные предметы.

Женщины также добиваются подарков, любят, чтобы их угощали. И поцелуй - одна из форм ритуального кормления.

Одновременно поцелуй знаменует для инстинктивных программ: взаимная боязнь рассеялась, выбор сделан, пора идти дальше. Теперь пара становится устойчивой: ее склеивает доминанта влюбленности.

Доминанта влюбленности преобразует восприятие: преувеличивает достоинства избранника и скрывает его недостатки. Теперь он - лучше всех, он - единственный. О влюбленном говорят: ”Ослеп он, что ли?”

Влюбленность - одно из самых ярких и сильных состояний, испытываемых человеком. Первую влюбленность запоминают на всю жизнь.

Природа отмерила всем животным и человеку на состояние влюбленности ограниченное время - столько, сколько нужно для успеха размножения.

Что дальше? У моногамных видов в конце ухаживания самка принимает попытки спариться с нею, оплодотворяется, и пара переходит к следующим этапам семейной жизни.

“А дальше они поженились, жили счастливо и умерли в один день”. Так и живут аисты.

Половое поведение человека многообразно, не очень предсказуемо и образует все переходы от узаконенных обществом до преступных и патологических.

Мораль, закон и религия всегда стремились заключить половое поведение человека в определенные рамки, но полного успеха никогда добиться не могли. Людям всегда казалось, что в этой области поработал какой-то дьявол, но этологи говорят, что за первородный грех есть другой ответчик - биологическое наследие.

У многих приматов самец спаривается с несколькими самками, причем зачастую интерес к самке после спаривания пропадает. Подобное свойственно и мужчинам.

У шимпанзе и горилл самцы вообще не ухаживают за самками, они просто спариваются с ними по потребности, а самки не могут сопротивляться. Человек также унаследовал способность спариваться без любви. Мужчина способны насиловать женщин.

Традиционное общество может половую связь без любви требовать от своих членов: родители по своей воле женили незнакомых молодых людей, приговаривая “стерпится - слюбится”.

Групповой брак известен у многих животных, в том числе и у некоторых приматов.

Верветки способны спариваться задолго до овуляции, а также после оплодотворения, во время беременности. Такое свойство называется гиперсексуальностью. Самцы верветок не очень доминируют над самками и поэтому не могут спариваться с ними по своему усмотрению. Они должны предварительно перевернуть доминирование и начать делиться с самкой пищей. Только с таким самцом самка будет спариваться. Это - поощрительное спаривание. Этим приемом самка верветки заставляет самца кормить ее и до беременности, и во время ее. Более того, она стремится “повязать” поощрительным спариванием как можно больше самцов в группе, ведь каждый из них приносит ей подачки и каждый принимает ее детенышей за своих.

Групповая форма брака у человека длилась очень долго, и естественный отбор за это время очень сильно изменил физиологию женщины. Он сделал ее способной к спариванию всегда, и этим она совершенно не похожа на самок человекообразных.

К парному браку человек начал переходить совсем недавно, с развитием земледелия. Для этой формы брака генетические программы не успели образоваться, поэтому брак неустойчив, нуждается в поддержке со стороны морали, законов, религии.

Виктор Дольник: “Мы такие, какими нас создал отбор. Такими мы друг другу не всегда нравимся. Борьба разума с инстинктами в этой области вечна. Каждое поколение снабжало входящих в жизнь молодых людей набором ограничений и советов, найденных в этой борьбе вслепую. Этология, раскрывая содержание инстинктивных программ, открывает новые возможности: понимать себя и других на основе научных знаний”.

 

Происхождение человека

Ламарк (1809) допускал, что человек развился на протяжении времени из обезьяны.

Решение проблемы принадлежит Дарвину (“Происхождение человека и половой отбор”, 1871).

Собранные Дарвиным материалы по анатомии, физиологии и эмбриологии человека и животных, свидетельствовали о их кровном родстве и требовали признания постепенного развития человека от животного предка. Дарвин не делал исключения и для психических особенностей человека, которые, по его мнению, являются результатом дальнейшего развития свойств, имеющихся у животных. Эту мысль Дарвин детально аргументировал с работе “О выражении эмоций у человека и животных” (1972). Вместе с тем, Дарвин подчеркивал, что современные обезьяны не являются прямыми предками человека.

В 1856 году в Германии в долине Неандерталь возле Дюссельдорфа нашли явно человеческие кости и череп. Рудольф Вирхов (1821-1902) считал, что это скелет старика, перенесшего рахит в юности и подагру к концу жизни, а Поль Брока (1824-1880) утверждал, что у современного человека, независимо от того, болен он или здоров, не может быть такого черепа, как найденный, и что неандерталец представляет собой примитивную форму человека.

В 1894 году Эжен Дюбуа (1858-1940) описал найденного им на острове Ява обезьяночеловека прямоходящего - питекантропа.

Тейяру де Шардену (1881-1955) принадлежит заслуга описания синантропа в 20-30 годы XX столетия.

В XX веке были обнаружены переходные ископаемые формы между животными и человеком - австралопитеки. И таким образом, палеонтология подтвердила положение Дарвина о происхождении человека от высших животных. Ныне этот факт признает даже Папа Римский.

 

Этапы антропогенеза

Отряд приматов, к которому К.Линней отнес человека, возник в самом начале третичного периода. Решающее влияние на формирование приматов оказал древесный образ жизни. К ранним формам приматов близки современные полуобезьяны - лемуры, долгопяты, тупайи. Одной из наиболее примитивных ископаемых форм антропоидов является парапитек (40 млн лет), величиной с кошку. Дальнейшее развитие антропоморфных обезьян (проплиопитек - 30 млн лет, дриопитеки - 27-12 млн лет) выразилось в 1) увеличении размеров тела; 2) развитии головного мозга; 3) усложнении поведения, высшей нервной деятельности; 4) материнского инстинкта; 5) появлении и развитии строительной деятельности.

Дриопитеки имели крупные размеры, массивные челюсти, мощные клыки. Они являются предковой группой для современных крупных антропоидов -орангутанов, горилл, шимпанзе. Некоторые из дриопитеков, особенно проконсул, близки к непосредственным предкам человека, которыми являются австралопитеки.

Впервые остатки австралопитеков были обнаружены в 1924 г. в Южной Африке и описаны Дартом, который дал им название “австралопитек африканский”. Они были прямоходящими наземными существами, достигали веса 30-40 кг, роста 120-150 см. Масса головного мозга - 530-550 г. Время существования: появились около 5-7 млн лет, вымерли около 750 тыс. лет тому назад.

В 1959 году английский антрополог Л.Лики в северной части Танганьики обнаружил форму, почти не отличимую от австралопитеков, но с более крупным головным мозгом (650 г.), которая, как было установлено, изготавливала галечные орудия труда (резцы, долота, диски). Эта форма получила название Homo habilis, или Человек умелый. Время появления ее -2,6 млн лет. Галечная, или олдувайская культура этого существа рассматривается как самая ранняя ступень эпохи палеолита, а значит, как начальная фаза становления человеческого общества.

Этапы антропогенеза:

1) Архантропы, к которым относятся питекантропы, синантропы и др. близкие им формы. Время их существования - 1,6 млн. лет - 200 тысяч лет тому назад. Объем головного мозга 775- 1215 куб. см. Отличаются развитой орудийной деятельностью, использовали огонь. Охотились на крупных животных (буйволов, носорогов, оленей). Жили в пещерах. Внешне были похожи на современного человека, но отличались мощным развитием надбровного валика, отсутствием подбородочного выступа, низким и покатым лбом.

2) Палеоантропы, к которым относятся неандертальцы, жили в период от 300 тысяч лет до 40 тысяч лет тому назад. Объем головного мозга достигал 1500-1600 г. Неандертальцы были близки к человеку современному, но отличались от него низким скошенным лбом, сплошным надглазничным валиком, слабым развитием подбородочного выступа. Рост 155-165 см. Антропологи рассматривают неандертальца как подвид Человека разумного.

3) Неоантроп, кроманьонец, или человек современный, собственно

Homo sapiens. Время появления 50-40 тыс. лет тому назад. Внешне практически от современных людей не отличался.

 

Биологические предпосылки и факторы антропогенеза

Древесный образ жизни. Развитие приматов происходило одновременно с формированием современных лесных сообществ, особенно экваториальных и тропических вечнозеленых многоярусных лесов. Вероятно, никакой другой образ жизни - водный, наземный, воздушный - не мог бы привести к возникновению разумного существа, подобного человеку.

Увеличение размеров тела способствовало лучшей защищенности от хищников (наиболее яркие примеры - вымершие гигантопитеки и современные гориллы). Стереоскопическое зрение и хватательные конечности - непременные условия эффективного перемещения крупных животных в трехмерном пространстве.

Увеличение размеров тела вело к снижению плодовитости, что требовало усиления заботы о потомстве, развития материнского инстинкта для обеспечения устойчивого воспроизведения вида при малой плодовитости.

Предки приматов - насекомоядные млекопитающие являются плотоядными. Для приматов же характерна всеядность. Широкий спектр кормов и разнообразие способов его добычи способствует развитию высшей нервной деятельности.

Складывается групповой образ жизни, который обеспечивает лучшую защищенность от хищников.

Древесно-наземный образ жизни.

Увеличение размеров тела привело к тому, что наши предки на стадии дриопитеков перешли к древесно-наземному образу жизни (примерно такой образ жизни ведут шимпанзе). Это способствует расширению кормовой базы, но связано с увеличением степени опасности (наземная среда полна крупных и опасных хищников), особенно, в ночное время. Ночной отдых крупных приматов (например, шимпанзе) происходит на деревьях, что требует строительства гнезд. Лишь самые крупные из антропоидов - гориллы - проводят все время на земле: их надежно защищают большие размеры те ла и огромная физическая сила.

Переход к наземному образу жизни.

Важнейшим событием в эволюции наших предков является полный переход к наземному обитанию в условиях открытых ландшафтов - саванн. Вероятно, этот переход был обусловлен расширением площадей под редколесьями и саваннами, а также сильной конкуренцией со стороны более мелких и лучше приспособленных к древесному образу жизни приматов.

Можно выделить следующие главные моменты в овладении наземной среды обитания.

1) Формирование прямохождения, что было обусловлено использованием руки для постоянного ношения и применения некоторых предметов в качестве оружия или орудий, а затем переходом к изготовлению искусственных орудий и оружия.

2) Усиление стадности и развитие социального поведения и социальной организации.

3) Переход от собирательства к охоте, особенностью которой является коллективный характер и применение специально изготовленного оружия.

Эти три момента явились важнейшими условиями успеха в борьбе за существования и факторами становления человека как разумного, социально организованного существа, обладающего речью. В то же время, эти три момента обусловили переход от биологической эволюции к психо-социальному развитию, что сопровождалось снятием ведущей роли естественного отбора в развитии человека как биологического вида.

Таким образом, эволюция человека определялась естественным отбором на приспособленность к окружающей среде (абиотической и биотической), а также отбором, направление которого определялось социальными факторами: мышлением, речью, общественным образом жизни. Социальные факторы обусловили развитие способности к обучению, которое лежит в основе эпигенетического развития, основанное на наследовании приобретенного опыта, культуры. Так происходил переход от биологической эволюции к человеческой истории.

Несмотря на это, биологические закономерности продолжают играть в жизни человека и развитии человечества столь важную роль, что природа человека многими учеными определяется как биосоциальная.

 

Проблемы цефализации

Увеличение объема головного мозга (цефализация) - наиболее характерная черта биологической эволюции человека в переходный период от животного предка до кроманьонца. Рождение крупноголовых детей требует широкого женского таза. Но, с другой стороны, прямохождение предъявляет противоположное требование - таз должен быть узким и более прочным. Это противоречие привело к тому, что роды у человека стали сопровождаться родовыми муками, что для животных не характерно. Таким образом, описанная в Библии сцена проклятия Евы (“В муках будешь рожать детей своих”) имеет под собой эволюционно-биологическое обоснование.

Природа, однако, предприняла некоторые попытки разрешить эту проблему:

1) дети стали рождаться недоношенными по биологическим меркам (в сравнении с шимпанзе, например);

2) головка новорожденного способна к значительным деформациям, быстрому увеличению размеров в послеродовой период, в связи с чем зарастание родничков и окончательное формирование черепных швов отложены на более поздний период.

Отмеченные обстоятельства привели к удлинению периода детства, в течение которого ребенок является беспомощным и нуждается в постоянной заботе родителей. В этот период происходит окончательное формирование важнейших структур головного мозга. При чем на этот процесс существенное влияние оказывает внешняя среда, в том числе социальное окружение. В этом суть исключительно высокой пластичности индивидуального развития мозга человека. В этом заключаются биологические основы способности человека к усвоению огромных объемов информации в процессе обучения, что явилось важнейшей предпосылкой социального прогресса.

 

Биосоциальная природа человека

1) Как всякий живой организм человек нуждается в источниках энергии и вещества (принцип негэнтропии). Для человека таким источником является растительная и животная пища.

2) Всякий животный организм характеризуется поведением, направленным на сохранение своей жизни (принцип самосохранения). Проблема личной безопасности важна и для человека.

3) Каждое живое существо в процессе размножения оставляет подобное себе потомство (принцип воспроизведения). Инстинкт размножения заложен и в каждом нормальном человеческом существе.

Если какой-либо биологический вид не может решить хотя бы одну из указанных проблем, он исчезает с лица Земли.

На реализацию биологического в человеке накладывает отпечаток (преобразует) его человеческая сущность (природа). Отметим три составляющие этой сущности: стремление к наслаждению - принцип Эпикура (гедонизм), стремление к красоте - принцип Достоевского (эстетизм) и духовность - принцип Иисуса Христа (?).

Эстетизм прошел длительный путь развития от наскальных рисунков кроманьонцев до формулы Достоевского “Красота спасет мир”.

Гедонизм вырос из ощущения удовольствия, развившегося у высших животных и нашел свое выражение в принципе Эпикура “Наслаждайтесь!”. Аристипп: Наслаждение, удовольствие - высшая цель и основной мотив человеческого поведения.

Как выразить принцип духовности? Может быть словами Иисуса Христа: “Не хлебом единым жив человек”?

Каким образом эти принципы оказывают влияние на проявление биологического в человеке?

1) Приготовление и потребление пищи выражается в искусстве кулинарии и сервировки. Человек наслаждается вкусной и красиво оформленной пищей.

2) Проблема самосохранения решается постройкой жилища, обставленного необходимой мебелью и по возможности “со всеми удобствами”, изготовлением и ношением одежды, оружия (там, где это необходимо). Все это делается красиво и обеспечивает человеку не только личную безопасность, но также и определенный уровень комфорта.

3) Воспроизведение проявляется в нормальной сексуальности (половом влечении), которая находит свое высшее выражение в любви, и ведет к созданию семьи, обеспечивающей воспитание детей.

”Все это так. Но избежит ли грешный

Небесных врат, ведущих в ад кромешный?”

Шекспир

В погоне за удовольствиями, в стремлении к наслаждениям человек не знает предела. В результате:

1) Процесс питания перерастает в чревоугодничество, в обжорство, в стремление поглощать как можно больше, как можно более вкусной и изысканной пищи, что для некоторых становится смыслом жизни, самоцелью и оказывается биологически нецелесообразным.

2) Самосохранение преобразуется в стремление к роскоши во всем: строительстве дворцов и их обстановке, ношении сверхмодной одежды и прочая, и прочая. Вещизм также часто поражает людей и становится смыслом их жизни.

3) Процесс воспроизведения заменяется стремлением соблазнить как можно больше женщин, или мужчин (синдром Дон-Жуана). При этом часто любители сексуальных наслаждений теряют способность производить потомство, что также оказывается биологически нецелесообразным.

”Жить - хорошо!

А хорошо жить - еще лучше!”

(из кинофильма “Кавказская пленница”)

Что значит “Хорошо жить”?

Статья 29. Каждый человек имеет обязанности перед обществом, в котором только и возможно свободное и полное развитие его личности.

Экология и здоровье. Биополитика

Физическое и психическое самочувствие человека, его настроение, деловая активность в решающей степени зависят от состояния его здоровья, которое в настоящее время оказывается под угрозой в связи с антропогенным изменением среды обитания.

В настоящее время в окружающую среду попадает все больше веществ антропогенного происхождения, являющихся не просто загрязняющими, но и сильно токсичными, канцерогенными, аллергенными и мутагенными. Поэтому для выживания человечества требуется срочный пересмотр приоритетов развития. Экология не должна подстраиваться под нужды экономики и политики, а наоборот, необходим экоцентрический подход. Богатство и благополучие страны должны оцениваться не количеством произведенных материальных благ, как это принято сейчас, а уровнем здоровья населения.

Самыми важными для здоровья человека являются качество воздуха, количество и качество питьевой воды и продуктов питания, а также радиационный фон, уровень шума и электромагнитных колебаний, не превышающие допустимые значения.

Важное значение для сохранения и восстановления здоровья имеют рекреационные ресурсы: минеральные воды и грязи, горный и морской воздух, лесные массивы с хвойными породами деревьев и др. Имеющихся в настоящее время благоустроенных курортов недостаточно, они перегружены, загрязнены и в значительной мере потеряли свои рекреационные свойства.

Деятельность по рациональному использованию и охране окружающей среды контролируется, регулируется и направляется государством через систему природоохранного законодательства. Только тогда, когда экологические законы и требования, осознанные наукой, находят соответствующее юридическое оформление в виде законов, декретов, указов, постановлений, обязательных для исполнения, они получают реальные шансы на претворение в жизнь. Поэтому постоянное совершенствование природоохранного законодательства в соответствии с развитие науки и техники имеет важнейшее значение.

Право человека на благоприятную окружающую среду и достоверную информацию о ее состоянии, а также обязанность каждого сохранять природу и бережно относиться к ее ресурсам закреплены в Конституции Российской Федерации.

В конце XX в. стало ясно, что решить проблемы сохранения окружающей среды только на уровне отдельной страны невозможно. Причина заключается в том, что биосфера Земли представляет собой целостную, интегрированную систему. Поэтому мало совершенствовать собственное законодательство, необходимо всячески способствовать развитию международного законодательства, регулирующего совместные усилия всех стран в деле охраны природы.

Необходимо экологическое воспитание населения с детских лет, без чего нельзя надеяться на реализацию даже самых замечательных и научно обоснованных программ сохранения бисоферы. Когда большинство населения поймет, что экологические преступления - это преступления, а не извинительный проступок, только тогда можно будет надеяться на благополучный выход из экологического кризиса. Осуществление действенных экологических программ требует таких значительных средств и ограничений, что правительства вряд ли решаться на них, пока народ не осознает их жизненную необходимость.

 

Литература

1.   Авдюшин С.И., Данилов А.Д. Солнечная активность и события на Земле: вымысел и реальность. Природа, 1993, 3

2.   Анисимов В.Н. Цена продленной жизни: взгляд онколога/Природа, 1990, 10

3.   Анисимов В.Н. Солнечные часы старения/ Природа, 1995, 10

4.   Бердышев Г.Д., Загария А.М. Дерматоглифика и долголетие/Природа,1990,12

5.   Введенский В.Л., Ежов А.А. Ритмы мозга и самовоспроизведение информа ции/ Природа, 1990, 4

6.   Гелиобиология: от Чижевского до наших дней. Природа, 1994, 9

7.   Григорьян Н.А. Н.К.Кольцов и экспериментальная генетика высшей нервной деятельности/ Природа, 1992, 6

8.   Лопухин Ю.М. Биоэтика/ Природа, 1991, 10

9.   Немцов А.В. Потребление алкоголя как глобальная проблема/ Природа, 1990, 1

10.      Плюснин Ю.М. Каких друзей мы себе выбираем. Социобиология дружбы. Природа, 1993, 9

11.      Савельев С.В. Парадокс формы мозга/ Природа. 1992. 3

12.      Савельев С.В. Монстры. Природа, 1993, 10

13.      Савельев С.В. Природа индивидуальности мозга человека/ Природа, 1995,9

14.      Титов С.А. Системный и молекулярный подходы к проблемам памяти/ Природа, 1990, 6

 

Тема 2.3. Биосфера и цивилизация

 

Популяции, сообщества, экосистемы. Принципы их организации. Формы биотических отношений в сообществах. Популяция - структурная единица вида. Она представляет собой совокупность особей одного вида, населяющую определенное местообитание с однородными условиями (пруд, озеро, реку, луг, лес, болото и пр.), в пределах которого происходит свободное скрещивание (панмиксия) особей (в случае полового размножения с перекрестным оплодотворением). Популяция - это совокупность совместно проживающих и постоянно контактирующих (взаимодействующих) особей одного вида.

Структура популяции включает: половые (самцы и самки), возрастные, генетические, территориальные (семьи, стада, колонии) и др. группы особей. Взаимоотношения особей в популяции выражаются в половом поведении, заботе о потомстве, территориальном поведении, в активной и пассивной конкуренции, сотрудничестве и взаимопомощи (кооперации).

Важнейшими свойствами популяции являются: численность, плотность, рождаемость и смертность, прирост и темп роста.

Численность популяции является величиной переменной, которая зависит от многих факторов. Численность популяции в благоприятных условиях способна к неограниченному росту, который описывается экспоненциальной кривой. Обычно это явление называется геометрической прогрессией размножения. В результате численность популяции может достигнуть любых значений, но обычно это не наблюдается, так как максимально возможная численность популяции ограничивается экологической емкостью территории, и как правило, не достигает этого уровня под влиянием регулирующих факторов.

К факторам, регулирующим численность популяции, относятся: конкуренция, голод, каннибализм, стресс, болезни, хищники, которые снижают численность, если она превышает оптимальное значение. Увеличение численности популяции приводит к усилению действия этих факторов, в результате чего снижается рождаемость, повышается смертность и численность снижается.

Сообщество - система совместно живущих автотрофных и гетеротрофных организмов, объединенных общим местообитанием и связанных определенной совокупностью биотических отношений. Биотические отношения выражаются в трофических (пищевых) связях, хищничестве и паразитизме, межвидовой конкуренции и кооперации, антибиозе и симбиозе.

Обычно сообщество понимается как синоним биоценоза. Биоценоз состоит из популяций многих видов, которые можно подразделить на три основные группы: продуцентов (зеленые растения, водоросли, хемосинтезирующие и фотосинтезирующие бактерии), консументов (животные растительноядные и хищники, паразиты) и редуцентов (грибы и большинство бактерий).

Продуценты производят органическое вещество из неорганического, используя солнечную энергию, или энергию, выделяющуюся в результате окислительно-восстановительных реакций. Консументы являются потребителями органического вещества, которое служит для них источником энергии и строительного материала. Однако термин “потребители” неполно характеризует роль животных в сообществе. Животные являются регуляторами численности растений, способствуют их распространению, рассеивая семена, некоторые группы животных (насекомых, птиц, млекопитающих) - важные опылители цветковых растений. В целом животные играют важную роль в круговороте веществ в экосистемах.

Редуценты разлагают органическое вещество (растительный опад, трупы животных и их экскременты) на минеральные компоненты: воду, углекислый газ, минеральные соли, которые снова используются растениями. Отсюда понятно, что без редуцентов существование сообщества было бы невозможным.

 

Круговороты вещества и энергии

Наличие всех трех групп для нормального функционирования сообщества обязательно. Их совместная жизнедеятельность обеспечивает устойчивый биотический круговорот веществ и превращения энергии, которую зеленые растения получают от Солнца. Используя энергию Солнца, зеленые растения в процессе фотосинтеза производят углеводы из углекислого газа и атомов водорода, отнимаемых у молекул воды. Побочным продуктом фотосинтеза является свободный кислород, выделяемый растениями в окружающую среду. И растения, и животные в процессе дыхания окисляют углеводы до воды и углекислого газа, используя свободный кислород, содержащийся в воздухе или воде. В результате они синтезируют АТФ (аденозинтрифосфорную кислоту), в которой запасается энергия, используемая живыми существами в процессе жизнедеятельности.

Вне этого круговорота не может существовать ни один вид, в том числе человек.

Сообщества различаются по количеству и разнообразию составляющих их видов. От этого зависит сложность структуры сообщества и степень его устойчивости (способность к саморегуляции). Обеднение видового состава сообщества под влиянием деятельности человека ведет к снижению его устойчивости, что может привести к разрушению сообщества и замене его другим, как правило, с более простой структурой.

 

Биосфера

Биосфера - геологическая оболочка, населенная живыми организмами. Ее можно рассматривать как глобальную экологическую систему, состоящую из всех биогеоценозов Земли.

Следовательно, биосфера, как всякая экологическая система, - открытая саморегулирующаяся система, функционирование которой обусловливается притоком космической, главным образом, солнечной, энергии.

Биосфера во внешней части создает газовую оболочку, соприкасающуюся со Вселенной, а внутри планеты - оболочки осадочных пород. Жидкое и твердое топливо, которое мы добываем из недр Земли, кремнистые, железистые, марганцевые и другие породы образовались благодаря дыханию, питанию, жизни и смерти живших когда-то организмов. Они “законсервировали” солнечные лучи, “запасли” для нас полезные ископаемые.

Вследствие жизнедеятельности организмов происходит непрерывный глобальный круговорот веществ и трансформация энергии в биосфере.

Растения при помощи солнечной энергии создают органические вещества.

Грибы разлагают мертвую органику и подготавливают вещества для повторного использования их организмами.

Животные расселяют растения, регулируют их численность, перемещают живое вещество против направления стока.

Многоклеточные животные - это транспорт биосферы, ее регулирующее и оздоровительное устройство. Среди них нет никого лишнего или незначительного: биосфера - тонко сбалансированная система.

В неживой природе каждая замкнутая система сама по себе приходит в равновесное состояние: реки текут к морю, камни скатываются с гор, выравниваются вследствие диффузии концентрации веществ...

Живые организмы поддерживают биосферу в неравновесном состоянии. Они выполняют работу против силы тяжести, переносят вещества против направления стока и против градиента концентрации. Только живые организмы способны улавливать рассеянную в окружающем пространстве энергию электромагнитного поля и консервировать ее в виде внутренней энергии веществ самих организмов.

 

Эволюция биосферы

Структура биосферы, характер и интенсивность биотического круговорота изменялись в ходе эволюции. Учитывая принципиальную важность круговорота, В.И.Вернадский утверждал, что на Земле с самого начала могло существовать лишь некоторое сообщество различающихся функционально организмов.

Только сообщество, состоящее из функционально разнообразных организмов, может осуществлять циклические процессы, необходимые для того, чтобы оставаться стабильным в биогеохимическом смысле.

Выживание сообщества возможно лишь в том случае, если его деятельность в течение достаточно продолжительного времени не приводит к нарушению внешних условий. Иначе это ведет к сукцессии, последовательной смене стадий в развитии. Нечто подобное наблюдается в истории биосферы, которую можно сопоставить с термодинамически ориентированной сукцессией.

Сбалансированный цикл может существовать лишь в трофически организованном сообществе, которое создается кооперативной деятельностью разнородных организмов и подчиняется, как в целом, так и в частях, термодинамической необходимости.

Кооперативное микробное сообщество было первоначальным и обеспечило устойчивость биосферы. Растительный и животный мир встроились в систему, созданную микроорганизмами.

Саморазвитие происходило внутри трофической пирамиды с появлением все новых возможностей. В уже сложившиеся системы включались новые.

Таким образом, кооперация лежит в основе трофической пирамиды сообществ, а конкуренция служит механизмом тонкой регулировки в системе (Заварзин Г.А. Анти-Рынок в природе. Природа, 1995, 3).

В качестве первичных продуцентов на Земле выступали одноклеточные прокариоты, осуществлявшие фотосинтез и хемосинтез. В течение примерно 2 млрд. лет прокариоты изменили состав атмосферы - снизилось содержание углекислого газа и возросло кислорода и азота.

С этого момента в составе биосферы возникают эукариоты - водоросли, грибы и простейшие животные, сначала одноклеточные и колониальные, а затем и многоклеточные высшие растения и животные.

 

Ресурсы биосферы

Природные ресурсы - компоненты окружающей человека естественно среды, используемые для удовлетворения материальных и культурных потребностей общества. Растительные и животные ресурсы, почва, пресная вода, чистый воздух относятся к возобновимым ресурсам. Их возобновляемость обусловлена деятельностью биосферы и, следовательно, объем или интенсивность их использования зависит от скорости их возобновления, что зависит от состояния биосферы. Ресурсы биосферы являются ограниченными.

 

Пределы устойчивости биосферы

Использование ресурсов биосферы приводит к нарушению ее структуры и изменению процессов, в ней протекающих. Поскольку биосфера способна к саморегуляции, она до известных пределов сохраняет устойчивость. Выход за эти пределы приводит к необратимым изменениям, которые в некоторых случаях могут быть желательны для человека, но большей частью опасны. Особенно опасны необратимые изменения глобального характера, которые могут привести к экологической катастрофе. В этом случае существование человечества может оказаться невозможным, либо оно может протекать в крайне неблагоприятных условиях.

 

Биопродуктивность биосферы

Продуктивность биосферы представляет собой биомассу, производимую различными экосистемами, составляющими биосферу.

Продуктивность суши в сухом органическом веществе составляет: -171,54 млрд. т/год, морей и океанов - 60 млрд. т/год.

На материках большую часть продукции дают леса, в океанах - зоны апвеллинга (подъема глубинных вод) и материковые отмели холодных морей.

Питание людей в основном обеспечивается сельскохозяйственными культурами, выращиваемыми лишь на 10 процентах площади суши. На этой площади выращивается 8,7 млрд. т органического вещества, которое содержит около 3,5 х1016 ккал, из них на питание расходуется 2,29 х 1015 ккал.

Пастбища обеспечивают кормом около 3 млрд. голов скота, и годовая продуктивность оценивается в 0,29 х 1015 ккал.

По данным 1963 г. (Дювиньо и Танг, 1973), реальные запасы продовольствия достигали 2,6 х 1015 ккал; на Земле насчитывалось 3,11 млрд. людей, потребность которых в питании составляла 2,7 х1015 ккал, что превышает продуктивность биосферы.

 

Ресурсы биосферы и демографические проблемы

Рост населения существенно влияет на рост загрязнения природной среды и истощение природных ресурсов. С 1650 года численность населения Земли растет по экспоненциальному закону (1650 г. - 545 млн., 1840 г. - 1 млрд., 1930 г. - 2 млрд., 1962 г. - 3 млрд., 1971 г. - 4 млрд., 1987 г. - 5 млрд.)

На 1994 год на Земле проживало 5,5 млрд. человек. К 2000 году ожидается 6 млрд., из них 56% - в Азии, 25% - в Африке, 11% - в Латинской Америке, 8% - в Европе и 3% - в Северной Америке. В результате можно ожидать усиления экологических противоречий в странах Азии, Африки и Южной Америки. Но это не значит, что Европа будет свободна от экологических проблем. В большинстве европейских стран либо уже наблюдается перенаселенность, либо они близки к этому состоянию.

В сентябре 1994 г. в Египте состоялась международная конференция по проблеме перенаселенности планеты. Конференция показала, что восточные религии и католичество по-прежнему выступают против регуляции численности населения.

Большинство религий - если не все - дают изначальную установку на многодетность. Эта традиция уходит в доисторические времена, когда высокая плодовитость была призвана компенсировать высокую смертность.

Наиболее “спокойно” к проблеме регуляции относится буддизм с его проповедью отречения от земных соблазнов и поощрением безбрачия; в то же время его осуждение противозачаточных средств косвенно содействует высокой рождаемости.

Индуизм поощряет высокую плодовитость, но особенно усердствует в этом ислам, официально разрешающий полигинию. В христианстве высокая плодовитость была в большей степени свойственна католикам, в меньшей - протестантам. В настоящее время среди христианских народов демогра фическое поведение определяется другими факторами.

В истории известны случаи, когда демографическая политика была средством борьбы различных религиозных или этнических общностей за свое самоопределение. Например, в 16 веке в Нидерландах протестантов было больше, чем католиков. В 19 и особенно в 20 веке среди католиков велась кампания за высокую рождаемость, и перед второй мировой войной они стали крупнейшей религиозной общиной.

Можно ли стабилизировать численность населения? (Алаев, Природа, 1991, 4).

Единственная радикальная мера стабилизации численности - сокращение рождаемости - входит в противоречие не только с большинством религий и традиций; вторжение в интимную жизнь часто рассматривается как ущемление прав личности. Другой деликатный аспект проблемы заключается в том, что на всякого, кто выступает за сокращение рождаемости, навешивается ярлык неомальтузианца.

Ж.Дорст (1965): Демографический взрыв ХХ столетия по своему размаху и последствиям сравним с великими геологическими катастрофами, которые потрясали поверхность планеты в прошлом. Увеличение численности населения, сопровождающееся ростом промышленности - основной фактор деградации биосферы.

Согласно последним данным, число жителей Земли, допустимое для экосферы - 10 млрд. Существует точка зрения, согласно которой мы находимся в фазе логистического роста, и численность стабилизируется на уровне 7,5 млрд.

 

Антропогенные воздействия на биосферу

1) Разрушение растительного покрова - строительство, пастбища, пашня, топливо, бумага, сырье для химической промышленности, пожары.

2) Деградация почв - эрозия, засоление. 3) Снижение биологического разнообразия - вымирание видов. 4) Загрязнение - тепловое, акустическое (шум), химическое, радиационное, электромагнитное.

5) Изменение биогеохимических циклов - минеральные удобрения (изменение круговорота азота, фосфора, калия), пестициды и гербициды, ископаемое топливо (изменение круговорота углерода, насыщение атмосферы углекислым газом, выброс сернистого газа), кислотные дожди, разрушение озонового экрана, парниковый эффект.

6) Урбанизация, промышленные объекты, дороги, аэродромы - уменьшение площадей под естественными сообществами.

7) Туризм - прямое и косвенное уничтожение видов, фактор беспокойства.

 

Экологический кризис и пути его преодоления

Под экологическим кризисом понимается та стадия взаимодействия между обществом и природой, на которой до предела обостряются противоречия между экономикой и экологией, экономическими интересами общества в потреблении и использовании природной среды и экологическими требованиями обеспечения охраны окружающей природной среды.

Экологический кризис распространяется на все страны, ставшие на путь научно-технического прогресса.

По своей структуре экологический кризис подразделяется на два компонента: естественный и социальный.

Естественный компонент выражается в деградации окружающей человека природной среды. Социальный компонент - выражается в неспособности государственных и общественных структур остановить деградацию окружающей среды, стабилизировать положение и оздоровить окружающую природную среду. Обе стороны тесно связаны.

Кризис государственных и общественных структур проявляется: 1) в недостаточно эффективной работе специальных органов, которые практически потеряли нити управления охраной окружающей природной среды, 2) в неспособности правоохранительных органов обеспечить надежный контроль и надзор за выполнением законов об охране окружающей среды и 3) в массовом эколого-правовом нигилизме, неуважении эколого-правовых требований, в нарушении или невыполнении их.

Причины экологического кризиса в бывшем СССР: 1) монополия государства в сферах эксплуатации природных ресурсов, в контроля за охраной природы и в области права; 2) направленность политики государства на военное противостояние, создание гигантского военно-промышленного комплекса, неограниченные военные расходы, расходование гигантских средств на поддержку прокоммунистических режимов и пр.

Деградация природной среды может быть остановлена в результате экстренных мер экологической защиты.

Пять направлений выхода из экологического кризиса: 1) создание экологически чистой технологии, внедрение безотходных или малоотходных производств, совершенствование технологических процессов - таково магистральное направление;

2) развитие и совершенствование экономического механизма охраны окружающей среды (стимулирование, налоги и пр.), задача - сделать охрану окружающей среды частью производственно-коммерческой деятельности, чтобы предприниматель или хозяйственник был заинтересован в охране окружающей среды;

3) административно-правовое воздействие с целью повышения экологической дисциплины;

4) экологическое просвещение - развитие системы экологического образования, воспитания, перестройка потребительского отношения к природе, экологическая революция в мышлении человека;

5) международно-правовое направление. Препятствия на пути выхода из экологического кризиса: слабость экономики, ее кризисное состояние; отсутствие экономических рычагов воздействия на охрану природной среды;

низкий уровень нравственности в сфере принятия решений.

Принципы рационального природопользования

Рациональное природопользование есть система деятельности, призванная обеспечить экономную эксплуатацию природных ресурсов и условий и наиболее эффективный режим их воспроизводства с учетом перспективных интересов развивающегося хозяйства и сохранения здоровья людей. Такое природопользование не приводит к резким изменениям природно-ресурсного потенциала и не ведет к глубоким переменам в окружающей человека природной среде, наносящим урон его здоровью или угрожающим самой его жизни. Оно предполагает максимально полное извлечение из природного ресурса всех полезных продуктов с нанесением наименьшего вреда отраслям хозяйства, базирующимся на том же ресурсе, и состоянию природной среды, необходимой для жизни и поддержания здоровья человека.

 

Охрана природы

Охрана природы - мероприятия по сохранению глобальной системы жизнеобеспечения че ловечества на условно бесконечный срок.

1) совокупность международных, государственных, региональных и местных административно-хозяйственных, технологических, политических, юридических и общественных мероприятий, направленных на сохранение, рациональное использование и воспроизводство природы Земли и ближайшего к ней космического пространства в интересах существующих и будущих поколений людей;

2) система мер, направленных на поддержание взаимодействия между деятельностью человека и окружающей природной средой, обеспечивающих сохранение и восстановление природных ресурсов, предупреждающих прямое и косвенное результатов деятельности общества на природу и здоровье человека.

Основными принципами охраны окружающей природной среды являются: приоритет охраны жизни и здоровья; научно обоснованное сочетание экологических и экономических интересов;

рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов; законность и неотвратимость наступления ответственности за экологические правонарушения;

гласность в работе экологических организаций и тесная связь их с общественными объединениями и населением в решении природоохранительных задач;

международное сотрудничество в сфере охраны окружающей природной среды.

 

Экология человека

1) комплексная дисциплина, исследующая общие законы взаимоотношения биосферы и ее компонентов и антропосистемы, влияние природной (а в ряде случае и социальной) среды на человека и группы людей;

2) экология человеческой личности;

3) экология человеческих популяций, в том числе учение об этносах. Экология человека включает как социально-психологические и этологические отношения людей между собой, так и отношение людей к природе, т.е. представляет собой комплексную эколого-социально-экономическую отрасль знания, где все социальные, экономические и природные условия рассматриваются как одинаково важные составляющие среды жизни человека, обеспечивающие разные стороны его потребностей.

 

Социальная экология

1) научная дисциплина, рассматривающая взаимоотношения в системе “общество- природа”: изучающая взаимодействия и взаимосвязи человеческого общества с природной средой и разрабатывающая научные основы рационального природопользования, которые предполагают охрану природы т оптимизацию жизненной среды человека.

Главная задача социальной экологии - изучение закономерностей взаимодействия человеческого общества и его отдельных территориальных групп с природой и проектирование на этой основе новой природно-окультуренной среды.

2) исследование поступков людей и воздействия этих поступков на других людей через их восприятие и социально-психологическую личностную и коллективную оценку человеческих взаимоотношений на фоне объективных свойств среды жизни и реактивности человеческого организма, например, уклада жизни в районе новостроек, реакций их жителей в сравнении гигиенических условий прежнего жительства с рассматриваемой новостройкой.

Факторы экологического риска и здоровье человека. Фактор риска - 1) любое воздействие, способствующее возникновению заболевания (например, курение по отношению к раку легкого), вообще отклонению от состояния здоровья (мед.); 2) мера несоответствия между разными возможными результатами принятого решения (при условии, что вероятность совокупности результатов известна или может быть определена).

Следует учитывать, что в природопользовании фактически нет детерминированных задач с единственным результатом выбранной стратегии и очень велико количество неопределенных задач, где результаты избранной стратегии непредсказуемы (лишь вероятны).

При выборе стратегии с минимумом фактора риска следует стремиться к максимальной вероятности получения тех или иных результатов и наивысшей степени их полезности. Эти сведения можно получить из прошлого опыта, научного эксперимента, многовариантного моделирования или знания хода процесса (например, сукцессии).

Лишь сочетание максимальной вероятности полезного эффекта при уверенности в отсутствии иной, лучшей стратегии достижения той же цели с экспериментальным доказательством оптимальности принятого решения дает право пренебречь фактором риска. В силу принципа неопределенности он неустраним полностью. Фактор риска очень высок в экологическом планировании, экологическом обосновании проектов и экологической экспертизе.

Деградация окружающей природной среды прежде всего сказывается на здоровье человека и состоянии генофонда человечества.

Более 20% территории России находится в критическом экологическом состоянии, в районе зон экологического бедствия. Более 70 млн. людей дышит воздухом, опасным для здоровья. Сокращается рождаемость и увеличивается смертность населения. Средняя продолжительность жизни менее 70 лет, что на 8-10 лет меньше, чем в 44 развитых капиталистических странах. Каждый 10-й ребенок рождается генетически неполноценным. У 45% призывников выявлены нарушения психики. Каждая четвертая женщина не может родить здорового ребенка по генетическим причинам. Каждый четвертый мужчина - импотент.

 

Антропоцентризм, биоцентризм и решение социальных проблем

“И сказал Бог: сотворим человека по образу Нашему (и) по подобию Нашему, и да владычествуют они над рыбами морскими, и над птицами небесными, (и над зверями), и над скотом, и над всею землею... И благословил их Бог, и сказал им Бог: плодитесь и размножайтесь, и наполняйте землю, и обладайте ею...” (Бытие, I: 26, 28).

В строках из Библии - суть и обоснование антропоцентризма. Сущность биоцентризма заключается в следующем. Человек есть часть Живой Природы, которая является условием Его существования. Он - один из результатов ее эволюции. Его дальнейшее развитие возможно лишь при условии, что это развитие не угрожает существованию Живой Природы, которой, таким образом, принадлежит приоритет.

Решение социальных проблем должно быть основано на принципе гармоничного сосуществования Социума и Биосферы, или иначе - осуществляться на принципах коэволюции.

 

Пути развития экономики, не разрушающей природу

 Экологизация научно-технического прогресса должна обеспечить возможность согласованной эволюции природы и общества (принцип коэволюции).

Вхождение человечества и его хозяйства в глобальные и региональные биогеохимические циклы с поддержанием баланса на всех уровнях строения биосферы Земли.

Экономное использование энергетических ресурсов, уменьшение расходов энергии на единицу прироста продукции, получение энергии только от “чистых” источников, главным образом, солнечных, переход к мелким энергоустановкам - солнечным домам, малым ГЭС, транспортным средствам на солнечных батареях и пр.

Изменение системы коммуникаций, аудио- и видеосвязь вместо личных контактов, вместо автомобиля и самолета; способа накопления и передачи информации - миниатюрные носители вместо книг и газет (выпуск одной крупной газеты ежедневно требует уничтожения около 150 га леса).

Ресурсоэкономное производство, условно замкнутые и каскадные технологии, сводящие до минимума объем отходов.

Получение сельскохозяйственной продукции индустриальными методами, главным образом, в закрытом грунте; замена химических средств борьбы с вредителями биологическими методами. Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы). М.: Россия молодая, 1994 - 367 с.

 

Экологическое право

Развитие экологической функции государства и права приводит к формированию новой правовой общности, которая получает название экологического права.

Исторически система правового регулирования взаимодействия общества и природы подразделяется на четыре этапа: гражданско-правовой, земельный, земельно-ресурсный и экологический.

Экологическое право обладает всеми необходимыми признаками, которые характеризуют самостоятельные отрасли системы права.

Предметом экологического права являются общественные (экологические) отношения в области взаимодействия общества и природы.

Методы экологического права - способы воздействия на общественные отношения: административно-правовой (исходит из отношений власти и подчинения) и гражданско-правовой (основан на экономических инструментах регулирования).

При административном методе регулирования господствуют запретительные, предупредительные, управомочивающие нормы. Вместе с тем, в нынешних условиях все большее значение начинает приобретать экономический способ воздействия: влияние на охрану окружающей среды через материальный интерес. Содержание этого метода умещается в рамках гражданско-правового способа воздействия.

Таким образом, на современном этапе правовое регулирование со стороны экологического права представляет собой совокупность способов, сочетающих экономические методы с административно-правовыми средствами. Такое сочетание реализуется через систему нормативов, через экологизацию хозяйственно-правового и смежных отраслей законодательства, установление политических, экономических, юридических гарантий исполнения эколого-правовых требований. (Петров В.В. Экологическое право России. М., 1995).

 

Что мы можем сделать для сохранения жизни на Земле

Человечество - часть биосферы. Отступление от законов развития биосферы грозит гибелью человечеству. Чтобы выжить, нам следует изменить образ жизни, переоценить свои потребности. Нужно заменить стихийный процесс развития общества разумной общепланетарной стратегией выживания, в основе которой лежит принцип коэволюции (совместного и сопряженного развития) биосферы и цивилизации.

Разработка и реализация стратегии выживания потребуют создания соответствующей научной программы, объединяющей усилия естественных и гуманитарных наук. Сейчас - главное, чтобы люди осознали необходимость создания и осуществления такой программы.

Стратегия выживания должна перерасти в стратегию устойчивого развития. Эта стратегия будет касаться всех сфер жизни общества - технического развития, культуры, образования, формирования новой нравственности. Она потребует изменения системы общественных отношений с пересмотром шкалы ценностей. Потребуется создание также новой экономической науки, усиление роли государственного начала в управлении рыночной экономикой, пересмотр механизма ценообразования с учетом ущерба, наносимого последующим поколениям.

Основным элементом стратегии должен стать принцип планирования семьи. Если население планеты будет расти, то никакими мерами не удастся избежать экологической катастрофы.

Стратегия будет основываться на дальнейшем развитии науки и образования, так как только по настоящему интеллектуально развитое общество может выйти на режим коэволюции.

Процветание человечества возможно только в условиях процветающей биосферы. Человечество должно приспосабливать самое себя, свои потребности, свои общественные институты, социальную организацию к требованиям, которые предъявляет нам развивающаяся биосфера.

 

Человек, биосфера и космические циклы

Повторяемость в ходе и развитии природных процессов выражается в ритмичности приливов и отливов, смене дня и ночи, времен года, оледенений и отступлений ледников, колебаний уровня Мирового океана, горообразований, расцвете и вымирании видов, и цикличности Солнечной активности и колебаний урожая пшеницы, уловов сельди, интенсивности роста деревьев, эпидемий холеры, чумы, гриппа, смертности от инфарктов, нашествия грызунов, саранчи, появления комет, падения метеоритов, вспышек новых и сверхновых звезд.

Архивные материалы с точностью показали, что с 1735 по 1969 год наибольшее количество рысьих шкур и улова атлантического лосося повторяется через 9,6 года. Пик численности канадских сов, зайцев, куниц наблюдается с такой же периодичностью. Такие же интервалы характерны для урожая пшеницы в США и сердечных заболеваний в Новой Англии.

Оказалось, что в течение двухсот лет в США колебания цен на хлопок образуют регулярные циклы в 17,75 года.

Указатель крупных сражений свидетельствует о цикле в 11,2 года. Швейцарский астроном Р.Вольф нашел точное значение периода Солнечной активности - 11 и 1/9 года. Установлена связь этой периодичности с цикличность погодных явлений: температуры и давления воздуха, количества осадков и уровней рек и озер, динамика циклонов, ураганов, смерчей, бурь.

В большинстве районов мира особенно жестокие засухи повторяются с интервалом около 22 лет. (При переходе от одного 11-летнего цикла к другому полярность магнитного поля пятен в обоих полушариях Солнца меняется на противоположную, в связи с чем по изменению магнитного поля устанавливается 22-летний цикл.

Основатель гелиобиологии А.Л.Чижевский отмечал около трех десятков феноменов в органическом мире Земли, изменчивость которых во времени тесно связана с изменениями солнечной активности.

Возможной причиной солнечной циклов может быть влияние планет. Их обращение влияет на поверхность Солнца примерно так же, как притяжение Луны вызывает приливы и отливы не только в океане, но и в твердой оболочке Земли.

В 1965 году американский астроном П.Джозе отметил, что центр тяжести Солнечной системы не совпадает с центром Солнца. Следовательно, Солнце должно обращаться вокруг центра Солнечной системы с периодом 178,77 года. В результате вращения планет центр тяжести Солнечной системы непрерывно смещается, а Солнце неустанно стремится к нему. В результате несогласованных действий планет Солнце испытывает рывки, которые должны приводить к возникновению вспышек на Солнце и образованию пятен. Прогнозы, основанные на этой схеме, оказались поразительно точными.

Уже в глубокой древности было замечено, что время наступления приливов связано с положением Луны на небосводе, а их сила - с ее фазами.

Луне нужен почти месяц, чтобы совершить один оборот вокруг Земли. И дважды за это время Луна, Земля и Солнце оказываются почти на одно прямой. Тогда приливные волны от Солнца и Луны складываются и приливы бывают максимальными. А дважды в месяц, когда Солнце и Луна расположены по отношению к Земле почти под прямым углом, приливы минимальны, так как солнечный прилив вычитается из лунного, как бы частично его гасит.

Но Луна и Земля вращаются не по круговым, а по эллиптическим орбитам. Когда Луна находится в Земле ближе всего, в точке перигея, лунный прилив усиливается на 40 процентов.

Наклон плоскости лунной орбиты по отношению к плоскости орбиты Земли изменяется, и каждые 18,6 года эти плоскости совпадают, а прилив усиливается. При таком положении солнечные и лунные затмения случаются гораздо чаще. В Древнем Египте тайна цикличности солнечных затмений была разгадана и период 18,6 года был назва “Сарос”. Это позволило египетским жрецам предсказывать наступление затмений с большой точностью.

Через каждые 1800-1900 лет Луна, Земля и Солнце входят в полосу “свехсароса”. В это время не только совпадаюторбиты Луны и Земли, но Луна находится на своей орбите ближе всего к Земле, а Земля ближе всего к Солнцу. И тогда наступает эпоха наиболее сильных приливов.

Таким образом, приливы дают пример многослойной ритмичности с полусуточным, двух недельным, 18,6-летним и с 1850-летним периодами. Но что любопытно, с такими же периодами на Земле происходит множество других повторяющихся природных процессов.

С 1850-летним периодом наступают и отступают горные ледники в связи с изменением увлажненности, цветущие оазисы превращались в пустыни, а другие погребались ледниками.

Показано, что гораздо более часто землетрясения происходят в дни новолуния или полнолуния, когда Луна, Земля и Солнце находятся на одной прямой.

Ритмичность изменяется: На протяжении года Земля вращается неравномерно - в августе сутки самые короткие, в марте - самые длинные.

Продолжительность года возрастает, так скорость вращения Земли вокруг оси постепенно замедляется вследствие приливных эффектов.

Луна движется по слегка раскручивающейся спирали, все более удаляясь от Земли.

Чем все это закончится? Ответ на этот вопрос дал сын Ч.Дарвина -Д.Дарвин. Он рассчитал, что “раскручивание” Луны Землей будет продолжаться до тех пор, пока период оборота Земли вокруг оси не сравняется с периодом вращения Луны вокруг Земли. Произойдет это через много миллионов лет и тогда сутки на Земле будут длиться 1320 часов (или 1200 часов - по уточненным расчетам) - столько же, сколько и лунный месяц, а Луна станет видна только одному полушарию Земли.

Солнце находится недалеко от плоскости симметрии нашей Галактики и, двигаясь со скоростью 240 км/сек, совершает один оборот вокруг центра Галактики примерно за 200 млн лет. Этот период называется галактическим годом.

В ходе галактического года Солнце попадает в области с разной концентрацией звезд и, кроме того, находится то ближе, то дальше от центра Галактики. Все это должно сильно отражаться на активности Солнца, создавая мегаритмы, которую мы непосредственно заметить не можем.

Геологи установили, что наиболее серьезные изменения на Земле происходили с периодом 180-200 млн лет: крупнейшие эпохи горообразования, вымирание больших групп фауны и флоры, трансгрессии и регрессии океана, резкие климатические изменения.

Таким образом, от осознания и изучения механизмов глобальной взаимосвязи природных процессов мы переходим к пониманию взаимосвязей в космических, галактических масштабах. Изучение ритмичности природных процессов позволит прогнозировать события катастрофического характера.

Литература

1.   Аксенов Г.П. Мир по Вернадскому/ Природа, 1992, 5

2.   Алаев Э.Б. Решение демографической проблемы, или бег на месте/ Приро да, 1991, 4

3.   Беккер А.А. Воздух Москвы. Природа, 1993, 8

4.   Бибиков Д.И. Волк: и хищник, и жертва. Природа, 1996, 10

5.   Биосфера, климат, ресурсы - что нас ждет?/ Природа, 1990, 7

6.   Василенко И.Я. Биологическая опасность продуктов ядерного деления/Природа, 1995, 5

7.   Виноградов М.Е., Шушкина Э.А. Биологическая продуктивность океана. Природа, 1996, 7

8.   Воздействие человека на космос/ Природа, 1992, 8

9.   Н.Н.Воронцов, Л.Н.Сухорукова. Эволюция органического мира. М.: Наука, 1996

10.      В поисках глобальной стратегии выживания (Встреча за круглым столом в

11.      Совете Федерации). Природа, 1996, 1

12.      География экологических ситуаций. Природа, 1993, 11

13.      Глазовский Н.Ф. Аральский кризис/ Природа, 1990, 10, 11

14.      Дайсон Ф. Век двадцать первый/ Природа, 1991, 4

15.      Добровольский Г.В., Куст Г.С. Деградация почвы - “тихий кризис плане ты”. Природа, 1996, 10

16.      Дольник В.Р. Существуют ли биологические механизмы регуляции числен ности людей?/ Природа, 1992, 6

17.      И вновь об Арале/ Природа, 1991, 10

18.      Кароль И.Л. Атмосферный озон: современное состояние проблемы. Природа, 1993,5

19.      Константинов В.М., Хохлов А.Н. Птицы на городских свалках/ Природа, 1991, 6

20.      Корякин Ю.И. Сколько стоит Чернобыль/ Природа, 1990, 10

21.      Красилов В.А. Всемирная стратегия охраны природы на 90-е годы/ Приро да. 1992

22.      Международные экологические конвенции/ Природа, 1992, 12

23.      Миркин Б.М. Устойчивые агросистемы: мечта или реальность. Природа, 1994, 10

24.      Нельсон М. и др. “Биосфера-2”. Природа, 1993, 10

25.      Никитин А.И. Современная репродуктивная стратегия/ Природа, 1991, 5

26.      Ничипорович А.А. Человек как участник жизни на Земле/ Природа, Паршенков С.А. Промышленные загрязнения/ Природа, 1991, 5

27.      Последствия глобального потепления/ Природа, 1992, 12

28.      Постнов К.А. Земное эхо космических катастроф. Природа, 1996, 6

29.      Проблемы города. Природа, 1993, 2

30.      Проблемы города. Природа, 1993, 6

31.      Прохоров Б.Б. Жизненная среда горожан. Природа, 1993, 3

32.      Прошлое для будущего. Международный симпозиум “Эволюция экосистем”. По страницам тезисов. Природа, 1996, 2

33.      Пуляркин В.А., Власова Т.К. Агроресурсы и продовольственная проб лема/ Природа, 1991, 7

34.      Ростоцкий С.Б. Экологические проблемы на карте мира/ Природа, 1992, 6

35.      Рютов Д.Д. Солнечная энергетика и тепловое загрязнение атмосферы/ При рода, 1990, 2

36.      Скворцов А.К. Многообразие живого мира Земли и проблемы его сохране ния. Природа, 1996, 6

37.      Следы Чернобыля в природной среде/ Природа, 1991, 5

38.      Солнце и Земля. Природа, 1994, 9

39.      Сывороткин В.Л. Дегазация Земли и разрушение озонового слоя. Природа, 1993, 9

40.      Федонкин М.А. Биосфера: четвертое измерение/ Природа, 1991, 9

41.      Четыре года после взрыва (Чернобыль)/ Природа, 1990, 11

42.      Эйнор Л.О. Экологическая очистка воды/ Природа, 1992, 9

 

Тема 2.4. Основные концепции и перспективы биологии

 

Представления о сущности жизни с древнейших времен до наших дней. По преданию первым стал вскрывать животных, чтобы описать увиденное, Алкмеон (VI в. до н.э.) и наблюдал за развитием куриного эмбриона.

В телах природы Аристотель выделяет две стороны: материю и форму. Форма - причина и цель превращений. Принцип развития есть душа. Существуют души трех родов:

1) питающая,

2) чувствующая и

3) разумная.

Аристотель выделил 4 царства природы:

1 - неодушевленное - существует

2 - растительное - существует, размножается

3 - мир животных - существует, размножается, двигается

4 - мир человека - существует, размножается, двигается и мыслит

Наблюдая за эмбриональным развитием животных, Аристотель обнаружил, что это развитие является направленным и целесообразным. В результате он формулирует принцип энтелехии, согласно которому природа есть “самореализующаяся целесообразность”, а причиной развития является внутренняя цель. Это вывод справедлив для процессов индивидуального развития живых существ и не противоречит современной генетике развития.

Энтелехия Аристотеля не бессмертна. Она не существует вне тела. Так как тело смертно, то и душа смертна.

Согласно Эпикуру, душа, как и все тела природы, тоже состоит из атомов и вне тела не существует. Нет мирового разума, все в природе происходит по естественным причинам. Счастье состоит в наслаждениях духовных и материальных и его следует искать в земной жизни, так как потусторонней жизни не существует.

Клавдий Гален (130-200), врач, анатом и физиолог полагал, что каждый орган человеческого тела был создан богом в наиболее совершенной форме и в предвидении той цели, для достижения которой этот орган предназначен. Таким образом, целесообразность живого получает теологическое объяснение.

Теология определяет и средневековые воззрения на природу. Мир создан богом, он - реальное воплощение его идей. Если для человека античной эпохи природа - действительность, то для средневекового - лишь символ божества. Помимо этого несовершенного мира вещей существует мир трансцендентный.

По Декарту (1596-1650) существуют две самостоятельные, независимые друг от друга субстанции: материальная с атрибутом протяженности, и духовная с атрибутом мышления. Оба начала подчинены третьему - богу. Природа, в том числе живая, огромный механизм. Организмы - автоматы, машины. Психические функции - реакции таких механизмов на внешние воздействия. Человек отличается наличием духовной субстанции, образующей разумную душу.

Лейбниц (1646-1716) также считал, что мир физический и мир психический автономны, но находятся в гармонии, причиной которой есть Бог.

Спиноза (1632-1677) утверждал, что Природа не знает цели. Она существует по необходимости. Нельзя спрашивать, для чего существуют вещи, можно спрашивать, почему они существуют так, а не иначе.

И все же для каждого думающего человека вопрос “для чего” актуален, интересен, имеет смысл и нуждается в ответе.

В 17-18 веках живые организмы рассматривались по аналогии с механизмами. У Ламеттри этот подход отражен в названии его книги “Человек-машина” (1747). Гораздо позднее В.Ру (1850-1924) в своей книге “Механика развития” утверждал: организм - механическая сумма его частей.

Так сформировалось направление в естествознании, которое получило название механицизм. Механицизм заключается в стремлении все явления жизни объяснить законами механики.

В 19 веке появляется критическое отношение к механицизму: жизнь не может быть понята с точки зрения действия механизмов. Организм есть целостность, а не конгломерат частей.

Кант (1724-1804) приходит к выводу, что жизнь и ее законы принципиально непознаваемы, специфичность явлений жизни дает опору телеологии, а следовательно, и религии; жизнь является прекрасным примером непознаваемой “вещи в себе”.

Гегель (1770-1831): природа есть продукт абсолютного духа, находящегося в процессе диалектического саморазвития. Развиваясь, абсолютный дух обнаруживает себя, становится природой. Поднявшись до той ступени развития, которая называется человеком, всемирный дух возвращается к самопознанию. Природа есть неполное отображение духа. Человек - высшая форма, в которой проявляется абсолютный дух. В организме идея полагает себя как цель, и только понятие цели раскрывает сущность органического.

По крайней мере три положения здесь не вызывают сомнения: саморазвитие, самопознание и целесообразность.

По Гете (1749-1832) вопрос о цели, вопрос “зачем” - не научен; значительно дальше продвигает нас вопрос как. Таким образом, Гете ставит вопрос о причинном объяснении и происхождении целесообразности органического мира.

Шеллинг (1775-1854) говорил о необходимости физико-химического объяснения жизни. Однако сущность жизни, по его мнению, необъяснима на этом пути.

Спенсер (1820-1903) : “...жизнь, как деятельное начало, неизвестна и не может быть познана... Хотя ее проявления и доступны нашему пониманию, но проявляющаяся в них сущность не может быть постигнута мыслью”. По мнению Спенсера, “жизнь можно определить как постоянное приспособление внутренних отношений к отношениям внешним”, причем живое отличается от неживого целесообразной реакцией на воздействия внешних условий.

В середине 19 века немецкий физик Р.Клаузиус пришел к выводу:”Энтропия Вселенной стремится к максимальному значению”. Это означает, что во Вселенной имеется тенденция к неупорядоченности, т.е. к состоянию равновесия, при котором все дальнейшие изменения устраняются.

В мире живых организмов этого не происходит. В течение миллиардов лет эволюции наблюдается постепенное усложнение организации. Живым существам присуща пространственная и функциональная организация, которую они способны поддерживать.

Г.Дриш (1908): органическое целое больше суммы его частей, после сложения частей обнаруживается некий остаток, в котором как раз и заключена сущность жизни, не улавливаемая путем рассмотрения организма как механической системы (Дриш использует понятие “энтелехии”, которая означает способность образовывать форму, которая отлична от материи).

В работах Дриша в наиболее полной форме проявился витализм, в основе которого лежит принцип несводимости явлений жизни к силам и законам неорганического мира. Витализм утверждает, что в живых телах присутствует особый фактор, которого нет в неживом, например, жизненная сила, душа и т.п.

Сильной стороной витализма была критика механистических представлений о биологической причинности. Ряд феноменов, которые витализм считал специфическими для биологических объектов (способность к саморегуляции, усложнение строения, достижение одного результата разными способами) рассматриваются в современном естествознании как типичные проявления процессов самоорганизации любых достаточно сложных систем, а не только живых.

Н.Бор: “ни один результат биологического исследования не может быть однозначно описан иначе как на основе понятий физики и химии”, но с другой стороны, жизнь есть “основной постулат биологии, не поддающийся дальнейшему анализу”. Физико-химические методы оказываются дополнительными по отношению к биологическим, они не противоречат друг другу, но оказываются принципиально несовместимыми, взаимоисключающими.

С этим согласен выдающийся генетик и эволюционист ХХ века Т.Добжанский: молекулярная и организменная биология дополнительны.

Э.Шредингер: “Что такое жизнь? С точки зрения физика” (1972) -предпринял попытку с помощью методов новой физики описать явления жизни. Г.Меллер и Дж.Б.С.Холдейн, критикуя ряд положений Шредингера, отмечают плодотворность его идей и подходов для биологии, изучения физико-химических основ жизни.

Л.Берталанфи (1901-1972) поставил задачу обосновать понимание жизни, которое - в противоположность механицизму - улавливает органическую целостность, однако - в противовес витализму - делает ее доступной естественнонаучному изучению (жизнь есть системное свойство).

И.Пригожин: постановка биологической проблемы подверглась изменению как в связи с собственным развитием биологии, так и в связи с нынешним обновлением физики. Цель: объяснить, каким образом закономерный и беспорядочный мир физики может создавать биологический порядок. В 1977 году Пригожин получил Нобелевскую премию за работы в области самоорганизации необратимых процессов.

(И.Т.Фролов. Жизнь и познание. М.: Мысль, 1981.) Вместе с теорией самоорганизации складывается новая парадигма в естествознании, которая предполагает выявление оснований нелинейных моделей и концепций не только в физике, но и в биологии. Нелинейные модели предполагают включение временных параметров в исследование.

Классическая физика основывалась на методологическом принципе суперпозиции, т.е. на предположении, согласно которому результирующий эффект сложного процесса воздействия представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности и не влияющих друг на друга.

Современная физика все более и более имеет дело с нелинейными системами, где принцип суперпозиции уже не действует (например, в теории тяготения Эйнштейна, в теории колебаний, в нелинейной оптике, нелинейной акустике, в нелинейных теориях поля).

Биология же с самого начала имела дело с нелинейными системами, построенными совершенно иначе, чем суммативные системы, где каждый отдельный эффект опосредован целостностью организма, популяции, биосферы, а результирующий эффект не может быть представлен в качестве суммы эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности, поскольку каждое из них сопряжено с целым. (Биология в познании человека. М.: Наука, 1989).

Т.Уотермен: о необходимости синтеза “новой” и “старой” биологии. Если такой синтез удастся осуществить, то мы можем предсказать, что за веком физики в науке последует век биологии - век грандиозной революции в науке о живом, в котором понимание жизни, роста, эволюции и самого человека с его поведением...”

Раздел 3. ЭВОЛЮЦИОННО-СИНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ПАРАДИГМА: ОТ ЦЕЛОСТНОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ К ЦЕЛОСТНОЙ КУЛЬТУРЕ

 

Тема 3.1. От “Бытия” к “Становлению” Формирование эволюционного естествознания. Историко-философские аспекты современной естественно-научной картины мира

Огромен и разнообразен окружающий нас мир природы. Каждый человек пытается познать этот мир и осознать свое место в нем. Чтобы познать мир, мы из частных знаний пытаемся создать общее - научную картину мира. Содержанием ее являются основные идеи наук о природе, определяющие стиль научного мышления на данном этапе развития науки и культуры (!)

В каждый период развития человечества формируется научная картина мира, которая отражает объективный мир с той точностью и адэкватностью, которую позволяют достижения науки и практики. Кроме того, картина мира содержит гипотезы и предвидения.

Ядром естественно-научной картины мира служит картина мира лидирующей на данном этапе развития науки.

Начало развития научных представлений о мире восходит к VII-VI вв. до н.э. В это время природа исследовалась силой ума, а опыты игнорировались. Научные обобщения строились на начальных наблюдениях, в красочных картинах мира было много наивного, часто рядом с реальным отражением действительности в них уживался вымысел.

Основатель античной атомистики Демокрит полагал, что “начала Вселенной суть атомы и пустота”. Атомы Демокрит представлял как неделимые, плотные, непроницаемые, не содержащие в себе никакой пустоты частицы. Атомы “вихрем несутся во Вселенной и порождают все сложное -огонь, воду, воздух, землю. Демокрит и другие греческие атомисты считали, что движение - вечное свойство вечных атомов. Атомы бескачественны, т.е. лишены цвета, вкуса, запаха и т.д.

Мир в целом для атомистов - беспредельная пустота, наполненная многими мирами, число которых бесконечно. Земля одинаково удалена от всех точек области космоса, а поэтому неподвижна; вокруг нее движутся звезды.

Мир - это непрерывно движущиеся атомы и молекулы. Но как связать гармонию окружающего мира с хаотическим тепловым движением молекул? Как возникает красота?

Джон Холл (XVII): “Если то, что мы называем Вселенной, случайно зародилось из атомов, которые неутомимы в своем вихревом движении, то как случилось, что ты так прекрасна, а я влюблен?”

Для античных философов мир был подобен целостному организму, за многообразием его проявлений они видели некое упорядоченное начало. Слово “космос”, вошедшее в науку того времени, означало “упорядоченность”.

У Платона идея и материя в одинаковой мере суть начала, и, хотя материя по сравнению с идеей представляет низшую ступень бытия, обе равно необходимы для создания мира. Исходя из оппозиции “идея-тело”, Платон определяет материю как “то, в чем” возникает чувственное подобие умопостигаемого образца. В “Тимее” картина вечно сущего умопостигаемого космоса как парадигмы (образца) для вечно становящегося чувственно воспринимаемого космоса дополняется фигурой ума-демиурга, объединяющего оба мира с помощью мировой души (ФЭС, 1983).

Мир Аристотеля состоит из пяти стихий (+ эфир). Эфир заполняет все пространство, он вечен, не меняется и не превращается в другие элементы.

Вселенная Аристотеля конечна, ее ничто не объемлет, вне ее находится только перводвигатель - бог. Бог Аристотеля безличный, он есть чистый деятельный разум.

Основное положение механики Аристотеля: “Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие...” Аристотель не увидел проявления инерции в окружающем мире и заставил бога денно и нощно вращать небосвод.

Плотин (204/205-270) толкует Платона и на основе ряда платоновских текстов строит некое подобие системы. Чувственный космос противопоставляется умопостигаемому, посредствующим звеном между ними признается мировая душа. Новым у Плотина явилось учение о первоначале всего сущего, едином, которое само выше сущего. При этом последовательность ум -душа - космос, т.е. вся сфера бытия оказывалась только проявлением, осуществлением первоначала, тремя его ипостасями: ум и душа - осуществление единого в вечности, космос - во времени.

Материя у Плотина - бестелесный неаффицируемый субъект. Материя провоцирует высшее к переходу в низшее. Она - зеркало, отражаясь в котором высшее порождает низшее в качестве своего подобия.

Универсум Плотина статичен. Всякая низшая ступень в нем рождается от высшей, причем высшая вечно остается неизменной и, порождая, не терпит ущерба. Космос вечно вращается круговым вращением и в подлунной части его вечно чередуются возникновение и гибель.

Плотин оказал огромное влияние на последующее развитие философии. Рене Декарт первый после Аристотеля взялся за создание единой картины мира (“Начала философии”, 1644).

XIV-XVIII века - время расцвета механической картины мира, что связано с примитивным производством, которое имело дело в основном с механическим движением.

Вселенная Ньютона состоит из движущихся тел и пустоты. Пространство в ней только вместилище тел, а время - длительность процессов. Вселенная бесконечна в пространстве и времени и неизменна со дня творения. Как она образовалась? На этот вопрос Ньютон не отвечает. Чтобы привести Вселенную в движение, Ньютону понадобился “первый толчок”. Здесь сфера деятельности бога сужается. Ведь у Аристотеля бог должен был постоянно крутить небосвод.

Первый кирпичик в фундамент эволюционной картины мира был положен Иммануилом Кантом с выходом его “Всеобщей естественной истории и теории неба” в 1755 году. (Тезис Канта: “Имей мужество пользоваться своим умом”). Кант имел мужество выступить против царившего в науке представления о неизменности окружающего мира.

Лиссабонское землетрясение (1775 г., 60 000 погибших) способствовало крушению иллюзий о вечной гармонии природы, созданной творцом на вечные времена.

И.Кант (1781) в “Критике чистого разума”, пытаясь проникнуть в глубь истории с ее картинами ужасающей жестокости, бесчеловечности, глупости, ставит вопрос:”Как весь этот видимый хаос совместить с понятием прогресса?” - и приходит к выводу, что суетное на одном системном уровне оказывается закономерным на другом. Природные задатки человека, его разум развиваются не в индивиде, а в роде. Род людской развивается в направлении прогресса, несмотря на отдельные “вывихи”. Источником естественного развития Кант считает борьбу.

Кант: “...Дайте мне материю, и я покажу вам, как из нее должен образоваться мир. Но... в состоянии ли мы сказать: дайте мне материю, и я покажу вам, как можно было бы произвести гусеницу?”

Происхождение и развитие живых существ продолжали оставаться удивительными тайнами природы.

Каспар Вольф (1759) в диссертации “Теория генерации” доказал, что индивидуальное развитие живых существ происходит путем эпигенеза. Предшественником Вольфа можно считать Аристотеля. Аристотель первым увидел в эмбриональном развитии новообразование из “бесформенной” материи. Но он не мог ответить на вопрос, почему из эмбриона курицы всегда появляется курица, а не какое-либо другое существо.

Сторонники преформизма искали внутреннюю “модель”, вещественный чертеж организма, который сам способен к росту, и отрицали развитие с новообразованием. При этом они не могли объяснить явления регенерации, тератогенеза. Эпигенез мог ответить на эти вопросы, но он допускал существование некоей жизненной или формирующей организм силы, которую, однако, найти не могли.

Современная биология развития установила, что индивидуальное развитие представляет собой преформированный эпигенез: ход онтогенеза запрограммирован (предопределен) генотипом.

В 1809 году французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк (17441829) издал свой главный труд “Философия зоологии”, в которой изложил первую концепцию биологической эволюции. Согласно его концепции органический мир Земли является результатом длительного прогрессивного развития. Биологическая эволюция включает усложнение или повышение уровня организации (“развитие от простого к сложному” или принцип градации) и возникновение частных приспособлений к различным условиям среды в пределах каждой ступени градации в результате наследования “благоприобретенных признаков” (которые современной генетикой признаются ненаследуемыми).

Ламарк впервые в истории науки высказал предположение о происхождении человека от “четвероруких”, т.е. приматов. Общая характеристика биологической эволюции у Ламарка оказалась верной, но причины ее вскрыть ему не удалось.

С этой задачей справился позже английский естествоиспытатель Чарлз Дарвин (1809-1882) в своей главной книге “Происхождение видов” (1859). Основная заслуга Дарвина - концепция естественного отбора, основанного на наследственной изменчивости и борьбе за существование.

Книга Дарвина нанесла серьезный удар по креационизму и совершила настоящий переворот в области биологии. Однако ее значение вышло за пределы естествознания, так как она затрагивала многие морально-этические проблемы. В 1871 году Дарвин издал книгу “Происхождение человека и половой отбор”, в которой доказал родство человека с приматами и вскрыл причины и закономерности антропогенеза.

Позже Ф.Энгельс внес дополнения в теорию антропогенеза, сделав акцент на роли трудовой деятельности в процессе превращения обезьяны в человека. И, наконец, XX век принес неоспоримые и обильные палеонтологические данные, подтверждающие естественное происхождение человека от высших приматов.

Революция, совершенная Дарвином в 1859 г., - возможно, наиболее фундаментальная из всех интеллектуальных революций в истории человечества. Она не только уничтожила антропоцентризм, но и затронула все метафизические и этические понятия (Э.Майр. Смена представлений, вызванная дарвиновой революцией. Из истории биологии, вып. 5. М.: Наука, 1975, 3-25). Период с 1800 г. до середины столетия был свидетелем величайшего расцвета в Великобритании естественной теологии. Выискивать дополнительные доказательства мудрости и постоянного внимания Творца стало нравственным долгом ученого. (Агассис: “Наша задача ... завершается, как только мы доказали Его существование”).

Мир считался созданным в 4004 г. до н.э. и неизменным (современный пример - фильм “Происхождение”). Лестница существ - часть божественного плана - объясняла более высокую и более низкую организацию животных, а всемирный потоп - существование ископаемых форм. Все сделано согласно плану. Поскольку виды неизменны, то все, что их касается, -область распространения, приспособления против конкурентов и врагов и даже время вымирания - было заранее определено, т.е. предопределено.

В результате дарвиновой революции представление о мире, созданном в один миг, было заменено понятием о постепенно развивающемся мире, в котором человек является частью эволюционного потока.

Дарвинова революция потребовала не просто замены одной научной теории другой, а в сущности отказа от основных широко распространенных убеждений. Она вызвала значительно большие последствия за пределами науки, нежели любая революция в области физики.

Теория относительности Эйнштейна и теория Гейзенберга едва ли могли оказать какое-нибудь влияние на чьи-либо личные убеждения. Революция, совершенная Коперником, и взгляд Ньютона на мир требовали известной ревизии традиционных убеждений. Но ни одна из этих теорий не подняла так много вопросов, относящихся к религии и этике, как дарвинова теория эволюции посредством естественного отбора.

Дарвин, приступая к созданию своей эволюционной теории, был уже убежденным материалистом. Это доказано американцами Говардом Грубером и Полом Берретом в книге “Дарвин о человеке” (1974). Авторы в записных книжках Дарвина 1837-1839 г.г. нашли следующие высказывания:

“Чтобы избежать выяснения, насколько я убежден в материализме, скажу только, что чувства, инстинкты, степени таланта, которые наследственны, являются такими потому, что мозг ребенка похож на родительскую конструкцию. Дух есть функция тела”. В механической картине мира Вселенная представляется как механическое соединение частей. С именем Фарадея связано формирование электродинамической картины мира. А с 1910 года в науку начинают входить квантовые представления о корпускулярно-волновом дуализме элементарных частиц и наступает время новой, современной картины мира.

Для науки нашего времени мир, как и в древние времена, - это единое органическое целое.

 

Тема 3.2. Принципы синергетики, эволюционная триада и системный подход

 

Согласно общей теории систем (Л. фон Берталанффи): Система - совокупность взаимодействующих элементов, объединенных в целое выполнением некоторой общей функции, несводимой к функциям ее компонентов.

Система:

1) взаимодействует со средой как целое;

2) состоит из подсистем более низкого уровня;

3) сама является подсистемой для систем более высокого уровня;

4) сохраняет общую структуру взаимодействия элементов при изменении внешних условий и внутреннего состояния.

Редукционизм - стремление сложное свести к простому, сложное объяснить через простое, способ сведения сложного к анализу явлений более простых, который является мощным средством исследования.

Это - метод мышления. Идеология редукционизма столь глубоко пронизала все физическое мышление, что большинство физиков глубоко убеждены, что все свойства макроуровня уже закодированы в моделях микроуровня.

Редукционизм в физике порождает ряд важных исследовательских программ. Одна из них, может быть, самая важная в современной теоретической физике, способная открыть совершенно новые горизонты познания, посвящена единой теории поля и включения гравитации в общую систему взаимодействий.

К числу подобных программ относятся и исследования И.Пригожина и его школы, посвященные проблеме “стрелы времени”.

Необратимость времени - это экспериментальный факт, который мы фиксируем на макроуровне. Но является ли необратимость времени особым свойством макроуровня или она оказывается следствием свойств микроуровня, который описывается квантовой механикой? Этот вопрос затрагивает самые глубинные слои познания. Н.Моисеев полагает, что ответ должен быть отрицательным. Дело в том, что основное уравнение квантовой механики - уравнение Шредингера - инвариантно относительно направления времени. И у нас нет оснований сомневаться в его справедливости. Вполне допустима мысль о том, что на квантово-механическом уровне нет “стрелы времени”. Там царствует обратимость, и замена знака времени на обратный ничего не меняет в характере процессов, протекающих на этом уровне.

Интересна судьба редукционизма в биологии, который выразился в стремлении объяснить процессы, протекающие в живом веществе, только законами физики и химии. Многие факты действительно получили свое относительно простое объяснение в рамках редукционизма, например, явления наследственности, поэтому влияние редукционизма в биологии оказалось весьма значительным.

Бертран Рассел, кажется, сказал однажды, что, как это ни удивительно, но все свойства живого вещества можно будет предсказать однажды, ибо они однозначно определяются особенностями электронных оболочек атомов, в него входящих.

Работы М.Эйгена представляют собой попытку объяснить процессы, протекающие в живом организме, законами физики и химии.

Тем не менее, биология не принимает положения о том, что свойства системы однозначно определяются свойствами ее элементов и структурой их связей. Тем более это положение не может быть принято науками об обществе. Более верным является представление о том, что при объединении элементов происходит образование новой структуры, обладающей специфическими качествами. В процессе сборки возникают новые системные свойства, не выводимые из свойств объектов более низкого уровня.

Развитие нашего мира на всех его уровнях представляется в форме некоторого процесса непрерывного возникновения (и разрушения) новых систем с возникновением новых свойств, нового качества.

 

О направлении самопроизвольных процессов

Теория устойчивости термодинамических систем носит в основном качественный характер.

Положение монеты, лежащей на столе, устойчиво; стоящей на ребре -неустойчиво.

Каждая термодинамическая система подвержена самопроизвольным возмущениям, или флуктуациям. Если система устойчива, флуктуации затухнут, и энтропия примет первоначальное значение. Напротив, если первоначальное состояние неустойчиво, любая флуктуация приобретает макроскопические размеры и движет систему в совершенно новое состояние.

Неустойчивость может быть следствием флуктуаций любого термодинамического параметра.

Линейная область термодинамики необратимых процессов характеризует состояния, близкие к состоянию равновесия. Стационарные состояния таких процессов характеризуются минимальной скоростью производства энтропии, что обеспечивает устойчивость стационарных состояний вблизи равновесия.

В области линейности неравновесных состояний критерии устойчивости и эволюции тесно связаны. Судьба системы будет раз и навсегда предопределяться наложением не зависящих от времени граничных условий.

Для нелинейной термодинамической системы функция кинетического потенциала не может быть установлена. Неравновесные состояния не могут устоять перед натиском флуктуаций, поскольку они не имеют никакого механизма, который способствовал бы устранению этих флуктуаций. Они могут усиливаться и тем самым коренным образом изменять поведение системы.

 

Критерий устойчивости систем, далеких от равновесия

Об устойчивости неравновесных стационарных состояний вдали от равновесия можно судить по знаку избыточного производства энтропии: если знак отрицательный, система неустойчива, и, наоборот, положительный знак указывает на то, что стационарные состояния асимптотически устойчивы.

В настоящее время известно много примеров неустойчивых нелинейных систем, которые играют решающую роль в понимании динамических свойств материи, необычного характера протекания химических реакций, организации биологических систем и даже некоторых сторон жизни сообществ - от бактерий до человека.

Некоторые примеры неустойчивых, далеких от равновесия стационарных состояний:

Конвективная неустойчивость Бенара (1900). Слой жидкости между двумя горизонтальными пластинками с разной температурой. При пороговом значении разности температур появляются устойчивые конвективные ячейки, имеющие форму роликов. Соседние ролики вращаются в противоположных направлениях. При достижении нового порогового значения скорость образования и температура ячеек начинает периодически изменяться с постоянной частотой и предсказуемым образом.

Неустойчивость по Тейлору - жидкость между двумя концентрическими цилиндрами, причем внутренний вращается.

В обоих случаях бесформенная жидкость самопроизвольно организуется в форму роликов или шестигранников или же в слоистые структуры. Примечательно, что такая организация является следствием рассеяния энергии системы при сохранении неравновесности за счет постоянного притока притока энергии из внешней среды. Как только приток энергии прекращается, система возвращается к исходному состоянию.

 

Порядок и энтропия

Во многих отношениях классическое термодинамическое описание биологических явлений часто оказывалось несостоятельным. Самая существенная черта биологических систем - временной и пространственный порядок. Кроме того, биологическая упорядоченность, по-видимому, является внутренней сущностью данного организма, и он индивидуально и специфически отвечает на внешние раздражители, в то время как упорядоченность равновесного состояния неживых систем предопределена внешними условиями.

Открытие природы неустойчивости стационарных состояний систем, далеких от термодинамического равновесия, послужило основой понимания спонтанного возникновения процессов, которые приводили к ярко выраженной пространственно-временной организации физико-химической системы.

Таким образом, критерий устойчивости - это мост между физико-химическими системами и биологической организацией.

Большинство химических реакций протекает вдали от термодинамического равновесия и устойчивости стационарного состояния могут угрожать автокаталитические стадии. В этом случае срабатывает механизм обратной связи, когда продукт реакции участвует в синтезе самого себя.

Биохимические системы включают в себя длинную цепь из многих тысяч биохимических реакций. Их главная особенность состоит в наличии ферментативного катализа и механизмов обратной связи. Кроме того, живые организмы представляют собой открытые системы, они проявляют черты диссипативных структур.

Развитые П.Гленсдорфом и И.Пригожиным критерии эволюции и устойчивости неравновесных систем примирили живой мир с термодинамической теорией. Как только ученые убедились, что нет никакого противоречия между законами макроскопической физики, свойствами самоорганизации материи и биологическими функциями, для исследования этих процессов открылись новые пути.

Кооперация на молекулярном уровне лежит в основе нескольких типов надмолекулярной организации материи. Такая организация материи проявляется самопроизвольно как неотъемлемое свойство любой данной химической реакции в отсутствие каких бы то ни было организующих факторов. Таким образом, мы можем говорить о самоорганизации гомогенной материи. С другой стороны, для такой самоорганизации требуется постоянный приток и отток вещества и энергии, и поэтому мы также говорим о диссипативных структурах.

Описание процесса самоорганизации материи - эволюции Вселенной опирается на два постулата:

1) материя обладает свойством саморазвития -принцип синергизма и

2) Вселенная возникла 15-20 млрд лет назад -принцип начала.

Эволюция Вселенной представляет собой грандиозную панораму возникновения их хаоса все новых систем разной временной и пространственной протяженности. Эти образования далеки от равновесия, квазистабильны и, разрушаясь, снова возвращаются в хаос, давая материал для новых квазистабильных образований.

Для любых достаточно сложных систем, как и для общего мирового процесса развития характерны два свойства: 1) принципиальная неустойчивость - два близких начальных состояния могут порождать совершенно различные траектории развития; 2) принципиальная стохастичность - непредсказуемость внешних воздействий. Эти свойства характеризуют хаотичность.

Указанные свойства порождают закон дивергенции, следуя которому процессы развития приводят к фантастическому разнообразию форм организации материи.

Еще одно свойство развития - направленный характер: происходит непрерывное усложнение организации. Этот феномен развития, как и тесно с ним связанную ассиметрию времени, мы до сих пор не можем обосновать, принимая лишь как “эмпирическое обобщение”.

Еще одно эмпирическое обобщение - жизнь существует, во всяком случае на Земле, где она однажды возникла. Возникновение жизни - естественный этап саморазвития Земли.

Переход от неживого к живому - один из этапов процесса самоорганизации материи.

Появление жизни изменило характер эволюции географической оболочки Земли. Граниты, гнейсы, песчаники - результат взаимодействия биогеохимических и тектонических процессов. Изменился состав гидросферы и атмосферы.

Царство прокариотов продолжалось около 2 млрд лет. Они насытили атмосферу кислородом. Им на смену пришли эукариоты, которые отличались более эффективным использованием энергии, с чем связана их способность к более быстрой эволюции и к самосовершенствованию. Появление эукариотов - грандиозная перестройка биосферы.

Возникновение разума - столь же загадочная перестройка процесса развития мира, как и возникновение жизни. Наш мозг породил способность познавать самого себя, видеть себя со стороны, познавать окружающий мир и задумываться над тайной своего происхождения.

Благодаря появлению разума возникает общество как совокупность индивидуумов, личностей, способных к совместному труду и творчеству в материальной и духовной сфере.

История человека включена в историю биосферы. Развитие человеческого общества - такой же естественный процесс, как формирование галактик и развитие вируса.

Таков, по Н.Моисееву, эскиз единого процесса самоорганизации (процесса синергизма), протекающего в нашей Вселенной.

Механизмы эволюции

Единый процесс развития охватывает неживую природу, живое вещество и общество - три уровня организации материального мира - три звена единой цепи. Необходимо создание единого языка для описания этого единого процесса развития. В основу такого языка может быть положена дарвиновская триада: изменчивость, наследственность и отбор, но содержание этих понятий должно быть расширено.

Изменчивостью можно назвать любые проявления стохастичности и неопределенности. Неопределенность и стохастичность - объективная реальность нашего мира, которая проявляется в контексте необходимости, т.е. законов.

Случайность и неопределенность - характеристики всех процессов, протекающих в неживой природе (турбулентность, броуновское движение), в живой природе (мутагенез), в обществе (конфликты).

Изменчивость создает поле возможностей, из которого возникает многообразие процессов и организаций. Она вместе с тем служит и причиной их разрушения. Такова диалектика самоорганизации (синергетики).

Стохастичность и неопределенность в повседневной жизни людей проявляются в неоднозначности отображения реального мира в своем сознании, в неопределенности поведения и реакций на воздействия окружающего мира.

Второй фактор - наследственность. Этим термином можно обозначить не только способность сохранять свои особенности, но и изменяться от прошлого к будущему, способность будущего зависеть от прошлого. Наследственность отражает влияние прошлого на будущее. Будущее определяется прошлым в силу стохастичности неоднозначно.

Отбор - третье и самое трудное понятие триады. Недавно было открыто и изучено явление, получившее название “странный аттрактор”. Оказалось, что траектории многих детерминированных динамических систем могут полностью заполнять некоторый фазовый объем: в любой окрестности любой точки этого объема всегда будут находиться точки, принадлежащие траектории одной и той же системы, порожденные одним и тем же начальным состоянием. Более того, этот объем будет притягивать и остальные траектории системы.

Движения таких систем характеризуются высшей степенью неустойчивости: две любые сколь угодно близкие точки будут порождать совершенно различные траектории. Принцип Адамара “малым причинам должны отвечать малые следствия”, который долгое время играл важную роль в математической физике, теперь приходится пересматривать.

Траектории систем, обладающих “странным аттрактором”, несмотря на то, что они описываются вполне детерминированными уравнениями, подобны траекториям, порождаемым случайными причинами. Они хаотичны, их развитие невозможно прогнозировать.

Может быть, неустойчивости, порождающие хаос и неупорядоченность, -это естественное состояние материи, ее движения, на фоне которого лишь как исключения возникают более или менее стабильные образования? Может быть только эти образования мы и можем наблюдать, а все остальное происходит без свидетелей?

В этом случае принципами отбора можно назвать причины, которые приводят к существованию устойчивых образований в нашем нестабильном мире.

Наш опыт показывает, что кажущийся хаос случайностей рождает нечто определенное и закономерное. Законами природы мы называем те связи между явлениями природы, которые мы можем установить эмпирически или средствами логического мышления. Эти связи определяют процессы самоорганизации нашего мира.

В механике со времен Мопертюи и Лагранжа принято говорить о виртуальных движениях или множествах возможных движений, которые могут порождаться любыми произвольными, в том числе “случайными” причинами. Значит, уже в XVIII веке было понято, что изменчивость предоставляет природе целое поле возможностей, из которых отбирается лишь некоторая совокупность, удовлетворяющая некоторым специальным условиям (принципам отбора). Было установлено, что реальные движения отбираются из множества виртуальных с помощью законов Ньютона, которые и являются простейшими принципами отбора (концепция фильтра).

Принципами отбора являются все законы сохранения, законы физики и химии, второй закон термодинамики, в экономике - условия баланса.

Особую роль в мировом эволюционном процессе играет принцип минимума диссипации энергии: если допустимо не единственное состояние системы, а целая совокупность состояний, согласных с законами сохранения и связями, наложенными на систему, то реализуется то состояние, которому отвечает минимальное рассеивание энергии, или, что то же самое, минимальный рост энтропии.

Этот принцип следует рассматривать как эмпирическое обобщение. По своей формулировке он похож на принцип минимума потенциала рассеяния Л.Онсагера и принцип минимума производства энтропии И.Пригожина.

Н.Моисеев полагает, что принцип минимума диссипации энергии есть частный случай значительно более общего принципа “экономии энтропии”. Представляется справедливой следующая гипотеза. Если в данных условиях возможны несколько типов организации материи, согласующихся с другими принципами отбора, то реализуется та структура, которой отвечает минимальный рост (или максимальное убывание) энтропии. Поскольку убывание энтропии возможно только за счет поглощения внешней энергии и вещества, реализуются те из мысленно возможных (виртуальных) форм организации, которые способны в максимальной степени поглощать внешнюю энергию и вещество.

Этот принцип отбора Н.Моисеев называет обобщенным принципом диссипации.

Существует, по крайней мере, два класса механизмов эволюции. К первому можно отнести адаптационные механизмы - дарвиновские механизмы естественного отбора, действующие не только в биологии, но и в физике, химии, технике и обществе. Адаптация или самонастройка обеспечивает развивающейся системе стабильность в конкретных условиях. Изучая эти условия можно предвидеть тенденции в изменении параметров системы (пример - селекция). Пути развития системы ограничиваются каналом эволюции, установленным природой, и в этом случае путь развития предсказуем с некоторой точностью.

Другой тип механизмов эволюции справедлив для систем, обладающих пороговыми состояниями, переход через которые ведет к резкому, качественному изменению протекающих в них процессов - к изменению их организации (пример: переход ламинарного течения в турбулентное с ростом расхода жидкости).

Очень важно при этом следующее: переход системы в новое состояние в пороговой ситуации неоднозначен, так же как и характер ее новой организации, то есть после бифуркации существует целое множество возможных структур, в рамках которых будет в дальнейшем развиваться система. И предсказать заранее, какая из этих структур реализуется, нельзя в принципе, ибо это зависит от тех неизбежно присутствующих случайных воздействий - флуктуаций внешней среды, - которые в момент перехода через пороговое состояние и будут определять обор.

Эта особенность пороговых (бифуркационных или катастрофических) механизмов играет особую роль в развитии нашего мира. Неопределенность будущего и есть главная особенность второго типа механизмов эволюции. Она есть следствие того, что будущее состояние системы при переходе ее через пороговое значение определяется флуктуациями, которые присутствуют всегда.

При переходе через бифуркационное состояние система как бы забывает (или почти забывает) свое прошлое. И в силу вероятностного характера перехода через это пороговое состояние обратного хода эволюции уже нет. Время, как и эволюция, приобретает направленность и необратимость.

Механизмы бифуркационного типа заставляют реабилитировать, в известной степени, теорию катастроф Ж.Кювье. Не только дарвиновское постепенное изменение видов характерно для эволюции жизни, но и быстрые перестройки. Дарвин или Кювье - такой вопрос неправомочен. И Дарвин, и Кювье - так правильно.

Катастрофические состояния биосферы, порождавшие бифуркации, были столь же естественными элементами эволюционного процесса, как и постепенное видообразование.

Законы физики, химии и другие принципы отбора устанавливают определенные границы изменения состояний системы, канал, внутри которого могут протекать эволюционные процессы. Случайные факторы как бы пытаются вывести систему за эти границы. До поры до времени этого не происходит - поток внутри канала следует механизму адаптационного типа.

Со временем эволюционный поток выходит на пересечение нескольких каналов эволюции, и теперь вступают в действие бифуркационные механизмы А.Пуанкаре. На пересечении каналов возникает бифуркация или катастрофа по терминологии Уитни и Тома. Возникает несколько вариантов дальнейшего развития, и выбор нового канала случаен или непредсказуем, ибо он зависит от случайных факторов.

Из этого вытекает один из общих законов самоорганизации материи: развитие характеризуется усложнением и ростом разнообразия форм организации материи. Это закон дивергенции, справедливый для всех уровней материального мира. Стохастический характер причинности и действие бифуркационных механизмов может развести сколь угодно далеко даже самые близкие формы организации.

С увеличением размерности системы, что всегда происходит при увеличении ее сложности, количество состояний, в которых могут происходить катастрофы (бифуркации), быстро возрастает. Следовательно, с ростом сложности системы растет и вероятность увеличения числа возможных путей дальнейшего развития, то есть дивергенции, а вероятность появления двух развивающихся систем в одном и том же канале эволюции практически равна нулю. Это и означает, что процесс самоорганизации ведет к непрерывному росту числа организационных форм.

Теория бифуркаций была создана Пуанкаре и затем развита Андроновым, Хопфом и другими исследователями.

При удалении от равновесия термодинамическое состояние становится неустойчивым, и неожиданно могут появиться новые решения. Единственное решение, которое имеет система уравнений в непосредственной близости к равновесной области, при некотором критическом значении параметров достигает точки бифуркации, начиная от которой для системы открываются новые возможности, приводящие к нескольким решениям.

Определение параметров, при котором начинается ветвление решений, представляет собой задачу первостепенной важности как для аналитических, так и для числовых решений нелинейных дифференциальных уравнений. Самая первая задача любого поиска бифуркации решений заключается в определении точек неустойчивости однородной системы.

Литература