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.

еще рефераты
Еще работы по биологии. философии