Реферат: Концепции современного естествознания
концепциисовременного естествознания
СОДЕРЖАНИЕ:
стр
Введение 2
1.Матрица 4
2.Программа 5
3.Случайность 8
4.Отбор 9
Заключение 11
Списоклитературы 12
ВВЕДЕНИЕ
Ныне, на рубеже двух столетий, человечество вплотнуюстолкнулось с острейшими проблемами современности, угрожающими самому существованиюцивилизации и даже самой жизни на планете. Сам термин «глобальный» ведет своепроисхождение от латинского слова «глобус», то есть Земля, земной шар, и сконца 60-х годов ХХ столетия получил широкое распространение для обозначениянаиболее важных и настоятельных общепланетарных проблем современной эпохи,затрагивающих человечество в целом.
Глобальныепроблемы современности порождены в конечном счете именно всепроникающейнеравномерностью развития мировой цивилизации, когда технологическое могуществочеловечества неизмеримо превзошло достигнутый им уровень общественнойорганизации, политическое мышление явно отстало от политической деятельности, апобудительные мотивы деятельности преобладающей массы людей и их нравственныеценности весьма далеки от социального, экологического и демографическогоимперативов эпохи.
Историческоесвоеобразие и социальная уникальность глобальной ситуации, сложившейся нарубеже двух тысячелетий, властно требует от человечества нового политическогомышления, высокой моральной ответственности и беспрецедентных практическихдействий как во внутренней политике отдельных стран, так и в международныхотношениях, как во взаимодействии общества с природой, так и вовзаимоотношениях между самими людьми. Современная глобальная ситуация сплелавсе противоречия нашей эпохи в единый, нерасторжимый «тугой узел», развязатькоторый в состоянии лишь социальное и духовное обновление человеческогообщества, новое мышление в соединении с новой практической деятельностью.
Всеглобальные проблемы современности тесно связаны друг с другом и взаимнообусловлены, так что изолированное решение их практически невозможно. Так,обеспечение дальнейшего экономического развития человечества природнымиресурсами заведомо предполагает предотвращение нарастающего загрязненияокружающей среды, иначе это уже в обозримом будущем приведет к экологическойкатастрофе в планетарных масштабах. Именно поэтому обе эти глобальные проблемысправедливо называют экологическими и даже с определенным основаниемрассматривают как две стороны единой экологической проблемы.
Глобальныепроблемы цивилизации требуют для своего разрешения самой широкой коалиции всехсоциальных сил и общественных движений, заинтересованных в социальномпрогрессе, и одновременно создают объективные условия и субъективныепредпосылки для их сотрудничества. Диалектика социального прогресса всовременную эпоху проявляется в том, что борьба за решение социальных проблемне отдаляет, приближает социальное обновление общества.
Рост научной и технической мощи человечества,обострение глобальных проблем — будь то экологический, энергетический,продовольственный кризис, усилившаяся угроза существования человеческой цивилизацииосвещена во многих работа.
Проявляя преступную беспечность, человек, воздействуяна природу, быстро изменяет естественную среду обитания. Ухудшение состоянияокружающей среды влияет на здоровье людей в каждом обществе, несмотря на то,что причины и следствия могут быть весьма различными.
Философия и литература почувствовали неблагополучиераньше, чем наука. Это и естественно: научное познание требует многолетнихкропотливых наблюдений, строгого отбора и анализа фактов, разработки методов,не говоря уже о приборах и инструментах науки. Уже поэтому наука медлительнееинтуитивного, художественного постижения мира. Руссо, Кант, Гете, а затем и ЛевТолстой глубоко и проникновенно показали нравственную сторону (точнее — безнравственную) потребительского отношения к природе.
С нарастанием и усложнением последствий человеческойдеятельности экологическая проблема усугубилась, приобрела невиданную остроту.Идеи, ранее высказывавшиеся лишь отдельными провидцами и не находившие откликав сердцах их современников, становятся сегодня важнейшей частью этики, философии,педагогики и разделяются миллионами людей.
В данной работе мы ставим перед собой цель наметитьнекоторые возможности осуществления самосовершенствования с точки зренияразвития природных, в том числе резервных возможностей человека. Эта тема,несмотря на безусловную актуальность в плане познания исамопознания природы человека, является крайне малоразработанной. Акцентирование внимания на физическом самосовершенствованиив этой работе обусловлено современными условиями углубления противоречийэкологического кризиса, в результате которого страдает прежде всего организмчеловека. Кроме того суть и конкретные пути других видов самосовершенствования,в частности, нравственного, достаточно подробно и основательно представлены вфилософской, художественной и публицистической отечественной и зарубежной литературе.
МАТРИЦА.
И снова немного истории. В 1927 году на IIIВсесоюзном съезде зоологов, анатомов и гистологов вЛенинграде наш блестящий биолог Николай Константинович Кольцов сделал доклад, вкотором впервые была четко сформулирована вторая аксиома биологии. Принцип Кольцовадо сих пор остается незыблемым, несмотря на то, что наши представления оприроде наследственных молекул совершенно изменились.
Профессор М, А. Мензбир рассказал о нашумевших идеяхАвгуста Вейсмана, разделившего организм на наследственную плазму и сому(аналоги сегодняшних генотипа к фенотипа). Из теории Вейсмана следовало, чтогенотип располагается в клеточном ядре и передается от поколения в поколениеяйцеклетками и спермиями.
И на том же съезде химик А. А. Колли путем простейшихматематических выкладок, основываясь на далеко еще и во многом неверных тогдашнихпредставлениях о природе белков, показал, что в головке спермин может уместитьсяочень мало белковых молекул: несколько десятков, то есть примерно столько же,что и хромосом.
Странным образом никто тогда, кроме Кольцова, несопоставил оба этих выступления. Да и сам Николай Константинович вынес своиидеи на всеобщее обсуждение только после более чем тридцатилетних размышлений,уже после того, как родилась на свет генетика Моргана и белковая химия шагнуладалеко вперед.
Вывод его был прост: хромосома—это гигантская,молекула. Впоследствии, в 1935 году он назвал хромосомы «наследственными молекулами».
Кольцов предположил, что все наследуемые свойства организмовзакодированы в хромосомах порядком чередования разнообразных аминокислотных остатков.
Но отсюда следовало, что заново возникать подобныемолекулы не могут. Слишком мала вероятность того, что аминокислоты сами посебе, без какого-нибудь упорядочивающего фактора соберутся а нужнуюпоследовательность. А ведь она воспроизводится в каждом поколении ивероятность ошибки ничтожна. Кольцов приводил пример с цепочкой всего из 17аминокислот, возможно существование триллиона вариантов таких цепочек,различающихся чередованием остатков! Но такая цепочка гораздо проще большинства природных белков.
Принцип матричного копирования был известен людямтысячи лет. Еще обитатели Шумера имели цилиндрические печати из твердого камняс вырезанными на них именами владельцев и различными рисунками. Прокатив такойцилиндрик по мягкой глине, древний шумер получал отчетливый оттиск рисунка ипечати. На этом же приеме основана любая система точного и массовогокопирования сложных структур с закодированной в них информацией — будь токнигопечатание, чеканка монет или же изготовление фотооттисков с негатива.Представляется странным, что идею Кольцова о матричном синтезе геновподдержали в 20—30-е годы лишь немногие.
Но она была уже пущена в научный обиход. Ученик Н. К.Кольцова Н. В. Тимофеев-Ресовский познакомил с ней физика М. Дельбрюка. Э.Шредингер в своей книге «Что такое жизнь с точки зрения физика?» идеюматричного синтеза по ошибке приписал Дельбрюку (ошибка через год была исправленагенетиком Дж. Б. С. Холдейном в рецензии на книгу Шредингера в журнале«Нейчер»).
ПРОГРАММА
Опечаткигенетических программ.
Редкая книга обходится без опечаток. В издательскихкругах бытует характерный исторический анекдот. В 1888 году известномуиздателю А. С. Суворину удалось добиться у царской цензуры разрешения наиздание радищевского «Путешествия из Петербурга в Москву» тиражом… в стоэкземпляров. Издательская культура была у Суворина на большой высоте, а вэтом исключительном случае он даже заключил пари, что издаст книгу без единойопечатки. Книга вышла — и на обложке стояло: «Сочинение Д. И. Радищева» (напомню,что великого демократа звали Александром Николаевичем).
Для чего я рассказал эту историю? Мы уже убедились,что в основе жизни лежит матричное копирование, в принципе аналогичное тому жекнигопечатанию. Ясно, что а каналах передачи информации от ДНК к признакаморганизма и от ДНК родителей к ДНК потомков должен существовать какой-то шум —те же опечатки, только на молекулярном уровне. Каналов без шума не бывает, иноедело, что шум может быть пренебрежимо малым.
Рассмотрим сначала шумы в канале ДНК—ДНК. приводящиек изменению генетических программ. В первую очередь речь у нас пойдет обупаковке генетического материала.
ДНК или РНК простейших вирусов может представлятьлишь цепочку нуклеотидов, ничем не защищенную от внешних воздействий(например, от действия ферментов-нуклеаз, расщепляющих нуклеиновые кислоты).Однако у сложных вирусов она заключена в белковый защитный чехол.
ДНК бактерий также единичная последовательность. Концыее стыкуются, и образуется кольцо, похожее на тысячекратно перекрученнуюленту Мебиуса, хорошо известную любителям математики. Ясно что при репликациикольцо это должно разрываться, иначе дочерняя последовательность будет соединенас материнской, как звенья в цепи. К бактериальной ДНК могут присоединитьсямолекулы белков, но в общем-то она «голая».
Иное дело у высших организмов с оформленным клеточнымядром. Прежде всего генетическая программа у них — многотомное издание. Еслигенетическая программа бактерии закодирована в одной молекуле ДНК, однойдвойной спирали, то в ядре высших организмов— эукариот— их может бытьнесколько: от двух у лошадиной аскариды до нескольких тысяч у некоторыходноклеточных организмов — радиолярий и ряда растений. Такие тома называютхромосомами. Считается, что каждая хромосома содержит одну молекулу ДНК, микрайней мере у животных. Однако есть сильные доводы в пользу того, что у многихвысших растений и хромосоме может быть несколько десятков, а то и сотняидентичных копий. ДНК в хромосомах чрезвычайно хитроумно уложена в комплексесо специальными ядерными белками — гистонами. Иначе нельзя упаковать в микронныеобъемы молекулы длиной во много десятков сантиметров.
Наблюдая за хромосомами во время деления клеток,исследователи обнаружили много форм изменения наследственных программ.Читателям должно быть известно, что при образовании половых клеток хромосомыне делятся, а расходятся в дочерние клетки, так что получаются гаметы с половинным(гаплоидным) набором хромосом. У человека, например, в нормальных клетках 46хромосом, а в яйцеклетках и спермиях — 23. При слиянии гамет диплоидный наборвосстанавливается.
Но так бывает не всегда. Порой механизм, растягивающийхромосомы по дочерним клеткам, не срабатывает. Одни гамета получается совсембез ДНК, а другая с двойным ее набором. Так возникают полиплоидные клетки иорганизмы; особенно часто это наблюдается у растений.
Иногда же в одну клетку попадает лишняя хромосома, ав другой обнаруживается нехватка. Такие явления называются анеуплоидией.
При всех этих перестройках генетическая информация,заключенная в хромосомах, не изменяется. Меняется только ее количество.Полиплоидные клетки, например, могут иметь тройной, четверной и т. д. — дотысячи и более раз! — набор генов.
Анеуплоидный геном — это многотомное, ни разрозненно издание. В одной клетке не хватает «тома»инструкций (обычно такие случаи у высших организмов детальны), в другой дваодинаковых. Организмы с лишней хромосомой (трисомики) также часто гибнут наранних стадиях развития или же развиваются с серьезными дефектами. Много такихслучаев описано относительно человека.
Иногда перестройка может привести к тому, чтохромосома распадается на части. Судьба частей различна: они могут потеряться(делеция), снова воссоединиться в составе прежней хромосомы (иногда вперевернутом виде — инверсия) или же присоединиться к другой (транслокация).Все перестройки, как правило, для организма небезразличны.
Все упоминавшиеся изменения хромосом начинаются сразрыва нуклеотидной цепи ДНК — знаменитой двойной спирали. Поэтому мы должныот тех построек, которые видны в оптический микроскоп, перейти на молекулярныйуровень.
Насколькопрочны фосфодиэфирные связи, скрепляющие полимерную ДНК, и насколько устойчивыпуриновые и пиримидиновые основания в ДНК к внешним воздействиям?
Это удалось установить с достаточной точностью. Чтобывызвать единичную мутацию — наследственное изменение генетической программы,—требуется подвести каким-то способом к ДНК энергию в 2.5-3 электрон-вольта(эВ). Электрон-вольт — единица энергии: такую энергию приобретает электрон,ускоряемый напряжением в 1 вольт. Много это или мало? Ведь ДНК в клеткенаходится в окружении молекул, движущихся с весьма высокой скоростью.Оказывается, что средняя энергия теплового движения молекул при техтемпературах, когда жизнь возможна, составляет примерно 1/40 эВ. Иными словами,при физиологических температурах ДНК оказывается достаточно стабильной. Нопроблема эта сложнее, чем кажется на первый взгляд.
Не следует забывать, что скорости молекул прихаотическом тепловом движении неодинаковы. Убедиться в этом нетрудно. В 1827 годушотландский ботаник Р. Броун, разглядывая в микроскоп каплю воды с пыльцойрастений, обнаружил, что взвешенные в жидкости пыльцевые зерна микронногоразмера не остаются на месте, а хаотически движутся как бы непрерывноподталкиваемые беспорядочными ударами чего-то невидимого.
Достойноудивления, что Броуново движение не привлекало внимания физиков (может быть,потому, что открыл его ботаник?) до начала нашего века, до исследованийАльберта Эйнштейна, польского физика Мариана Смолуховского н французскогофизика Жана Перрена. А ведь из него не только вытекала непреложностьсуществования молекул, но и возможность оценить их скорости и размеры!
Что происходит с частицей при броуновском движении? Совей сторон она 'подвергается ударам молекул. Если она имеет достаточно большиеразмеры, то удары со всех сторон оказываются скомпенсированными— частицаостается и а месте. Но если размер ее, допустим, 10~5 см, то весьмавероятно, что с какой-либо стороны суммарный импульс будет больше, и частицасдвинется а непредсказуемую сторону.
Иначе и быть не может: ведь скорости молекул разные и флуктуации вих распределении неизбежны. Именно от этих флуктуации зависит голубой цветясного неба, так как на них сильнее рассеиваются синие лучи. Будь скоростивсех молекул одинаковыми, солнечный свет не рассеивался бы и солнце светило быв черном небе, как в космическом пространстве.
Эти же флуктуации кладут предел усилению слабыхсигналов в электрических цепях. В конце концов мы слышим лишь треск, результаттеплового движения электронов в цепях усилителя. Чтобы уйти за этот предел,приходится охлаждать приемник жидким азотом, водородом, а то и гелием.
Отсюда однозначно следует, что в любой достаточнобольшой популяции молекул неизбежно найдутся такие, которые могут нарушитьструктуру гена и вызвать мутацию. Ясно, что такие изменения генетическихпрограмм должны обладать следующими свойствами:
1.Они случайны в том смысле, что вероятность каждого единичного изменения неравна единице. Более стабильные части гена мутируют с меньшей частотой, болеелабильные — с большей, но мы можем говорить лишь о большей или меньшейвероятности мутаций.
2.Они непредсказуемы, поскольку для предсказания какой-либо мутации мы должнызнать координаты и импульсы всех молекул в данной клетке.
3.Они не направлены в том смысле, что изменяют генетическую программу без учетасодержания сохраняющейся в ней информации. Поэтому они только случайно могутоказаться адаптивными, приспособительными.
Не одна температура изменяет содержание генетическихпрограмм.
Пожалуй,большее значение имеют кванты жесткого излучения, начиная с ультрафиолета,быстро движущиеся элементарные частицы, молекулы веществ, способные реагироватьс ДНК (химические мутагены).
СЛУЧАЙНОСТЬ.
Теперь пора подытожить все, что мы знаем о наследственныхизменениях генетических программ и сформулировать аксиому биологии №3.
Прежде всего, эти изменения случайны и ненаправленны.Их можно сравнить с шумом в канале информации от родителей к потомкам. Еслимутация полностью исказит смысл передаваемой по цепи поколений инструкции, онабудет смертельной (летальной). Это бывает, когда в результате мутации блокируетсясинтез жизненно важного фермента.
Наоборот,часты случаи, когда мутация не сказывается на признаках фенотипа. Вспомним,что генетический код вырожден и одна и та же аминокислота кодируется несколькимикодонами. Если в результате мутации один кодон заменится другим, носинонимичным, в полипептидную цепь включится та же аминокислота и измененияфенотипа мы не обнаружим.
Междуэтими двумя полюсами лежит огромная область мутаций, так или иначе изменяющихфенотип. В каких-то конкретных условиях они могут оказаться полезными,носители их с большей вероятностью оставят потомство и передадут ихпотомству.
Это и есть дарвиновская неопределенная изменчивость —исходный материал для эволюции.
Аксиому биологии № 3 мы можем сформулировать так:
В процессе передачи из поколения в поколениегенетические программы в результате многих причин изменяются случайно и ненаправленно,и лишь случайно эти изменения оказываются приспособительными.
Третья аксиома вытекает из важнейших физическихпостулатов — из практической невозможности знать координаты и импульсы всехмолекул в клетке, из чего следует распределение энергий молекул по Максвеллу,и из принципиальной невозможности достаточно точно определить координаты иимпульсы частиц, атакующих гены (принцип Гейзенберга).
ОТБОР.
Случайные, ненаправленные изменения генетическихпрограмм должны, накапливаясь из поколения в поколение, разрушать и самипрограммы, и те фенотипы, которые этими программами кодируются.
Случайные изменения генетических программ при становлении фенотиповмногократно усиливаются и подвергаются отбору условиями внешней среды.
ДемонДарвина. Важно подчеркнуть, что естественный отбор, так же как искусственный,где роль условий внешней среды выполняют требования человека,— не простоуничтожение одних особей в популяции и сохранение других. Это дифференциальноеразмножение, большак вероятность оставить потомство. Вот простои пример: допустим,мы отправили н трудное путешествие через горы и пустыми караван из лошадей, ослови их помесей — мулов, причем все животные навьючены до предела возможностей.Скорее всего, до цели дойдут лишь мулы, сочетающие выносливость осла и силулошади. Но они бесплодны, оставить потомство не могут. Это не отбор.
Один весьма уважаемый мною физик эмоционально отрицалзначение отбора. Среди его доводов был к такой: уничтожая худшие фенотипы,отбор не улучшает популяцию. Например, у меня в кармане есть золотые,серебряные и медные монеты. Если я выброшу все медные монеты. стану ли ябогаче?
Всесилен ли отбор? Над этим следует подумать. Во всех ли случаях безотказно работает демон Дарвина?Естественно, он бессилен, когда не из чего выбирать, когда нет хоть малого количества отклонившихся от нормы генетических программ. Такие популяции бывают— это чистые линии организмов,полученные при помощи близкородственного скрещивания или же размножаемые вегетативно. Но мутационный процесс поспешит доставить материал, и через несколько десятков поколений линияутратит чистоту.
лиса— киса — коса роса — роза
Игравшиев такую игру помнят, что далеко не все подобные превращения возможны. Порой сдосадой убеждаешься, что путь лежит через бессмысленное буквосочетание или женужно изменить не одну букву за один этап, а больше.
Примерно такие же трудности испытывает и эволюция.Чтобы получить лучший вариант, нужно сначала провести на следующий этапбессмысленную последовательность, а этого отбор не допустит. Приходитсяоставлять старую, ведь хотя бы она справляется. Выходит, что демон Дарвинатолько потому не всесилен, что чересчур ретив. Правда, в одном гене могутвозникнуть сразу две, а то и более мутаций, но вероятность этого мала. Если, например,вероятность одной мутации в гене 10~5, то двух: 10 5 10"5 = = 10~'°. Такиеничтожные вероятности не столь часто реализуются.
ГенетикС. Райт представил этот парадокс в виде очень наглядной картины. Вообразимразные степени приспособленности к внешнем условиям в виде холмистоголандшафта, где высота холма (адаптивного пика) соответствует степениприспособления. Популяция, поднявшаяся на маленький пик, не может сменить егона большой, стать более приспособленной, ибо при смене пиков отбор пойдетпротив уровня приспособленности, Так, кошка во время наводнения, спасаясь нанизком заборе, может утонуть, хотя бы рядом был высокий дом, В конечном счетевсе вымершие группы (панцирные рыбы н динозавры, саблезубые тигры и мамонты)повинны перед эволюцией лишь в том, что выбрали неудачные, невысокиеадаптивные пики. Нам, приматам, повезло, однако надо помнить, что и наш пик не бесконечно высок.
Есть еще несколько способов, так называемых модусовэволюции, которые придают принципу отбора удивительную гибкость, позволяющуюсоздавать новые формы. Но мы не будем останавливаться на них, так как это,образно выражаясь, теоремы биологии, а не -аксиомы ее. Перейдем к одномуаспекту четвертой аксиомы, ограничивающему возможности человека, з потому длямногих одиозному.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
В итоге хотелось бы подчеркнуть, что предлагаемые насей день решения не должны исходить ни из абсолютизации пути социальныхпреобразований, ни из своеобразной дилеммы — или социоцентризм илиантропоцентризм. Социоцентристские модели в качестве исходного пункта (причемнередко трактуемого как единственно возможный) предлагают осуществлятьизменения всего «социума», считая, что почти автоматическим следствиемизменения «условий» будет изменение «природы человека». «Антропоцентристские»предлагают начинать с человека, по принципу его самосовершенствования, в результатечего столь же автоматически ожидается изменение социума. Если ставить вопроспо принципу «или-или» — какой из этих псевдоальтернативных подходов должен бытьпринят как единственно возможный — то все-таки придется, по-видимому, признать,что «оба правы», а решение проблемы следует искать в их взаимодействии, внахождении исторически-конкретной меры согласования потребностей и интересовсистемы «социум — индивид» в ее отношении к природе как внешней (среде существования),так и собственной, внутренне (духовно-телесной) природе человека, которая исоставляет «субстрат» существования как социума, так и человека.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1.МедниковБ.М. «Аксиомы биологии»,1982.
2.РезникС. «Раскрывающая тайна бытия»,1976.