Концепции современного естествознания

Таким образом, с появлением теории Дарвина началось развитие подлинно научных представлений об эволюции органического мира. Вторая половина XIX в. прошла под флагом борьбы за дарвинизм. В конце XIX в. эволюционные идеи начали проникать в конкретные биологические дисциплины.

2. Эволюция как основа многообразия и единства живых организмов

Микроэволюция и макроэволюция

Самым слабым местом в эволюционном учении Ч. Дарвина были представления о наследственности, которые подвергались серьезной критике его противниками. Действительно, если эволюция связана со случайным появлением полезных изменений и наследственной передачей приобретенных признаков потомству, то каким образом они могут сохраняться и даже усиливаться в дальнейшем? Этот недостаток дарвиновской теории был преодолен возникшей в XX в. новой наукой - генетикой.

Еще во второй половине XIX в. австрийский естествоиспытатель Грегор Мендель, применив статистические методы для анализа результатов гибридизации (скрещивания) сортов гороха, сформулировал законы наследственности. В первом законе Менделя утверждается идея единообразия первого поколения гибридов, то есть проявления у них признаков одного из родителей. Это явление Мендель назвал доминированием, а сам признак доминантным. Поэтому первый закон часто называют законом доминирования. Подавленный признак был назван рецессивным. Второй закон Менделя гласит, что если потомков первого поколения, одинаковых по изучаемому признаку, скрестить между собой, то во втором поколении признаки обоих родителей проявляются в определенном числовом соотношении: ѕ особей будут иметь доминантный признак, а ј - рецессивный. Следовательно, рецессивный признак у гибридов первого поколения не исчез, а был только подавлен и проявился во втором гибридном поколении. В связи с этим второй закон Менделя называется законом расщепления. Третий закон Менделя - закон независимого комбинирования подтверждает, что при скрещивании двух гомозиготных особей (одинаковых по генотипу), отличающихся друг от друга по двум или более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга во всех возможных сочетаниях. Таким образом, Г. Мендель сформулировал важнейший принцип не возникшей еще генетики - принцип дискретности. Он гласит: признаки организма определяются отдельными (дискретными) факторами. Известность к Менделю пришла в 1900 г., когда его законы были переоткрыты К. Корренсом, Э. Чермаком, Х. де Фризом.

В 1909 году было введено понятие гена - элементарной единицы наследственности. Каждый ген отвечает за какой-то один наследственный признак. Было доказано, что гены расположены в хромосомах, находящихся в ядрах клеток. Хромосомы представляют собой тонкие длинные нити. Они располагаются по всему ядру, иногда образуя плотные клубки. Хромосомы состоят из молекул ДНК и белков. Ген представляет собой участок молекулы ДНК. Именно молекулы ДНК является носителем полной информации о наследственности. Благодаря исследованиям американского биолога Т. Моргана и его учеников, удалось определить расположение генов в хромосомах плодовой мушки дрозофилы. Ученый разработал хромосомную теорию наследственности, которая являла собой совокупность представлений о генах или носителях наследственности, их линейном расположении и сцеплении в хромосомах, об обмене генами между хромосомами.

Зародившаяся в начале XX века генетика первоначально занимала позиции антидарвинизма: преувеличивалось значение мутаций, отрицалась роль естественного отбора, высказывались идеи возможности эволюции при постоянстве гена. Такие представления способствовали даже распространению антиэволюционизма. Причиной тому явилась недостаточная разработанность вопросов о роли наследственной изменчивости в эволюции, селективной ценности начальных генов при возникновении ложных организмов, игнорирование фактических доказательств творческой роли отбора.

Хромосомная теория наследственности не снимала противоречий между дарвинизмом и генетикой. Важнейшим шагом по пути их преодоления явилось создание синтетической теории эволюции (СТЭ), ознаменовавшей создание единой системы биологического знания, воспроизводящей законы развития и функционирования органического мира как целого.

Основные положения синтетической теории эволюции можно свести к следующим:

- главным фактором эволюции считается естественный отбор, интегрирующий и регулирующий действия всех остальных факторов (онтогенетической изменчивости, мутагенеза, гибридизации, миграции, изоляции, пульсации численности).

- эволюционные изменения случайны и не направлены, исходным материалом организации популяции являются мутации;

- эволюция протекает дивергентно, постепенно, посредством отбора случайных мутаций, а новые формы образуются через наследственные изменения;

- макроэволюция, ведущая к образованию надвидовых групп, осуществляется только посредством микроэволюции, протекающей в популяциях и приводящей к образованию нового вида; каких-либо специфических механизмов возникновения новых форм жизни не существует.

В синтетической теории эволюции выделяют такие элементарные явления и факторы, как популяция - элементарная эволюционная структура; гипотетического состава популяции - элементарное эволюционное явление; генофонд популяции - элементарный эволюционный материал; мутационный процесс, «волны жизни», изоляция, естественный отбор - элементарные эволюционные факторы.

СТЭ описывает следующие формы естественного отбора: движущий - благоприятствующий лишь одному направлению изменчивости, когда происходит дивергенция дочерних форм; дизруптивный - разрывающий, благоприятствующий двум или нескольким направлениям изменчивости; стабилизирующий - благоприятствующий сохранению в популяции оптимального фенотипа и действующий против проявлений изменчивости.

Таким образом, уточнения, дополнения и исправления первоначальной теории эволюции Дарвина привели к возникновению синтетической теории эволюции. В отличие от дарвиновской в синтетической теории эволюции элементарной единицей эволюции служит популяция, поскольку именно в ее рамках происходят наследственные изменения генофонда. Другое существенное отличие состоит в четком разграничении в синтетической теории эволюции областей исследования микроэволюции и макроэволюции.

Понимание отношений между микро - и макроэволюцией предполагает ответ на вопрос, является ли синтетическая теория эволюции лишь теорией микроэволюции, или она одновременно объясняет и макроэволюцию? На этот вопрос пока что ученые не дали однозначного ответа. Одни считают, что теория эволюции является и теорией макроэволюции. Другие считают, что теория макроэволюции еще не создана. Снять это противоречие сможет более широкий синтез эволюционной теории и новой генетики.

Основными направлениями исследований ученых-генетиков в ХХ в. стали:

· Изучение элементарных материальных структур, которые являются носителями генетической информации, единицами наследственности.

· Исследование механизмов и закономерностей передачи генетической информации.

· Изучение механизмов реализации генетической информации, ее претворение в конкретные признаки и свойства организма.

· Выяснение причин и механизмов изменения генетической информации на разных этапах развития организма.

Крупнейшие открытия современной генетики связаны с установлением способности генов к перестройке - мутирование. Мутации могут быть полезными, вредными или нейтральными. Одним из результатов мутаций может быть появление организма нового вида - мутанта. Причины мутаций (изменения генной информации) до конца не выяснены. Однако установлены основные факторы, вызывающие мутации, так называемые мутагены. Известно, например, что мутации могут вызываться некоторыми общими условиями, в которых находится организм: его питанием, температурным режимом и т.д. или действием экстремальных факторов, например, некоторых химических веществ или радиоактивных элементов. Одним из наиболее опасных видов мутагенов являются вирусы.

3. Принципы воспроизводства и развития живых систем

Онтогенез и филогенез

Молекулярная биология уже заняла ведущее место среди наук о живой природе благодаря своим блестящим успехам. Она накопила факты и сделала обобщения, представляющие существенный вклад во все три основных раздела, из которых складывается эволюционная теория: доказательства реальности эволюции, учение о движущих силах эволюции и выяснение конкурентных путей, которыми шла эволюция (филогенетика). Вместе с тем принципы эволюционной теории проливают свет на происхождение и становление важнейших молекулярно-биологических структур и процессов и позволяют понять, в силу каких причин они неизбежно должны были приобрести именно те черты, какие наблюдаются на самом деле.

Важнейшей составляющей процесса развития любого организма является воспроизводство в клетках по определенному шаблону веществ и структур, необходимых для последующего деления клетки. Воспроизводство живых систем и сохранение видовых признаков обеспечивается системой воспроизведения организма. Она в закодированном виде содержит полную информацию для построения белка из запасенного клеткой органического материала. Свои функции система воспроизведения осуществляет посредством ДНК и РНК. Первая хранит генетическую информацию, заложенную вдоль собственной цепи. Вторая способна ее считывать, переносить в среду, содержащую необходимые для синтеза белка исходные материалы и строить из них белковые молекулы.

Процесс воспроизводства состоит из трех стадий: репликации, транскрипции, трансляции. Репликация - это удвоение молекулы ДНК, необходимое для последующего деления клетки. Транскрипция представляет перенос кода ДНК путем образования одноцепочной информационной молекулы РНК на одной из двух нитей ДНК. Информационная молекула РНК - это копия части ДНК, группы рядом лежащих генов, несущих информацию о структуре белков, необходимых для выполнения одной функции. Далее происходит трансляция - синтез белка на основе генетического кода информационной РНК.

Таким образом, главное в механизме самовоспроизведения клеток - свойство ДНК самокопироваться и строго равномерное деление репродуктивных хромосом (ядер клеток, содержащих РНК). После этого клетка может делиться на две совершенно идентичные. Так как каждая клетка многоклеточного организма происходит от одной зародышевой как результат последовательных делений, то все клетки имеют одинаковый набор генов.

Наследственная информация, закодированная в управляющих структурах зародышевой клетки, реализуется в процессе онтогенеза. Содержание процесса онтогенеза составляет развитие особи, последовательности морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом от образования зародышевой клетки до смерти. В онтогенезе выделяются количественная (увеличение размеров и живой массы организма, продолжительность жизни) и качественная (дифференцировка, появление новых функций и структур) стороны. В ходе онтогенеза у высших животных и человека сменяются сравнительно четко отграничиваемые фазы: эмбриогенез, созревание, взрослое состояние, старение. У беспозвоночных и низших позвоночных наблюдаются разнообразные типы онтогенеза, нередко сопровождающиеся перестройкой всей структуры организма (метаморфоз). Новое в процессе развития организма возникает как благодаря непрерывному переходу организации зародыша на более высокий уровень, так и мутациям, вносящим в онтогенез принципиально новые компоненты. Эти новообразования выступают в единстве с моментами преформизма, поскольку реализуемые во взрослом организме наследственные признаки записаны уже в исходной зиготе на молекулах вещества ДНК, структурированного в генах. Противоречие между консервативной наследственной стороной развития организма и индивидуальной изменчивостью, прямо или косвенно связанные со средой и приспособлением, снимается в филогенезе. Филогенез - процесс исторического развития мира живых организмов как в целом, так и отдельных групп - видов, родов, семейств, отрядов (порядков), классов, типов, царств. Главным механизмом, регулирующим филогенез и происходящее в его ходе образование таксонов, является естественный отбор. Филогенез может представлять собой как прогрессивное развитие с повышением общего уровня жизнедеятельности и расширением адаптивных возможностей организма, так и регресс или попадание в эволюционный тупик.

В процессе филогенеза периоды плавного развития и выработки приспособлений к сравнительно стабильным условиям среды чередуются со скачкообразными переходами на высшую ступень организации, на которой вырабатываются качественно новые приспособления, функции и органы. Филогенез протекает на основе накопления индивидуальных изменений в ходе отдельных онтогенезов. Онтогенез в своем конкретном выражении служит проявлением и в определенной мере воспроизведением филогенеза. Вместе с тем ряд предковых стадий выпадает из онтогенеза, другие коренным образом преобразуются в результате приспособления к новым условиям.

Филогенез и онтогенез соединены многочисленными связями и зависимостями. Эти связи во многом даже в общих чертах остаются неясными. Более того, пока что не создана теория онтогенеза. Длительный путь от «белка до признака» еще даже не разведан, а без прохождения этого пути глубокое понимание и объяснение эволюционного процесса невозможно.

Основные понятия темы:

Генетика - это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Эволюция - направленный процесс исторического изменения организмов.

Онтогенез - индивидуальное развитие организма от момента зарождения до окончания жизни.

Филогенез - процесс исторического развития организмов.

Синтетическая теория эволюции - комплекс представлений о микро - и макроэволюции, сложившийся к середине XX века.

Микроэволюция - это совокупность эволюционных процессов, протекающих в популяциях и приводящих к образованию нового вида.

Макроэволюция - эволюционные процессы, ведущие к образованию надвидовых таксонов.

Тема 15. Человек как предмет естествознания

1. Естественнонаучная концепция антропогенеза

Проблема человека, его природы и сущности, его развития и предназначения - одна из главных проблем и философии, и науки, и религии.

Проблемой происхождения человека и его эволюцией занимается антропология. Она получила бурное развитие после создания теории эволюции Дарвина и пыталась найти ответ на вопрос, каким образом биологический организм, который принадлежит к типу хордовых, подтипу позвоночных, классу млекопитающих, отряду приматов, семейству гоминид, превратился в человека, биологическое и социальное существо, в носителя культуры.

Возникновение человека было и остается тайной. Вот почему версия о его божественном происхождении не теряет своей актуальности и поныне.

В настоящее время имеется несколько концепций происхождения человека на Земле:

1) креационизм (теологическая концепция);

2) от внеземных существ, посещавших Землю (паранаучная концепция);

3) естественнонаучная (натуралистическая) концепция: происхождение человека от высокоразвитых предков современных обезьян - гоминид;

4) космологическая концепция (В.И. Вернадский, П. Тейяр де Шарден): возникновение человека как необходимый этап космогенеза и превращение его в решающий фактор космической эволюции.

Естественнонаучная концепция в XX веке получила генетическое подтверждение. Оказалось, что из всех животных по генетическому аппарату ближе всех к человеку стоят шимпанзе.

Еще К. Линней в середине XVII в. включил человека в систему животного царства и объединил его с обезьянами в одном отряде приматов. Именно с этого времени проблема генезиса человека приобрела особую важность для естествознания. Для Ламарка факт сходства, единства и родства, а также общности происхождения высших животных и человека не вызывает никаких сомнений. Человек рождается как существо биологическое, не имея ни представлений, ни знаний, но, обладая органами, способными обеспечивать их появление и функционирование, благодаря воспитанию, опыту и окружающим его обстоятельствам, человек становится существом социальным.

В XIX в. начинается интенсивное осмысление проблемы антропогенеза. В 1859 году Ч.Дарвин в своей книге «Происхождение видов путем естественного отбора» вскрывает основные причины эволюции животного мира. Полученные результаты позволили ему сформулировать гипотезу о происхождении человека от высокоразвитых предков современных обезьян в книге «Происхождение человека и половой отбор» (1871 г.). Он писал: «Как бы ни было велико умственное различие между человеком и высшими животными - оно только количественное, а не качественное». Таким образом, именно он заложил традицию выведения всех особенностей человеческой жизнедеятельности из инстинктивных форм поведения животных.

Ф. Энгельс - представитель трудовой теории антропогенеза - считал, что труд изменяет характер действия естественного отбора, не отменяя действия биологических законов. Труд создал из обезьяны человека: формирование прямохождения, руки, речи, развитие мозга, абстрактного мышления, возникновения социума - все это социальные формы наследственности.

Однако теория антропогенеза не считается завершенной. Не решенными считаются следующие проблемы: 1) Какова движущая сила процесса происхождения человека? 2) Каковы управляющие этим процессом закономерности?

Согласно гипотезе Э. Геккеля предками человека были не современные обезьяны, а дреопитеки - древесные обезьяны, которые жили 70 млн. лет назад. От них одна линия пошла к шимпанзе и гориллам, другая - к человеку. Основные этапы эволюции предков человека выглядят примерно так:

20 млн. лет назад наступившее похолодание заставило их спуститься с деревьев. Останки этих существ были найдены в Индии - рамапитеки - 14 млн. лет назад (от Индии до Африки); сивапитек - предок орангутанга - 10 млн. лет назад жил в Азии. Зинджантроп - «человек умелый» (Homo habilis) изготовлял примитивные орудия труда - 2-5 млн. лет назад жил в Восточной Африке. Объем мозга 600-700 куб. см.

Австралопитек - южная обезьяна - жил 4-2 млн. лет назад.

Питекантроп - 1,9-0,65 млн. лет назад.

Синантроп жил 400 тыс. лет назад, найден на о. Ява, в Китае, объем мозга 900 куб. см. Рост -150-160 см. Рядом с останками найдены орудия труда, синантропы жили в пещерах.

Неандерталец жил 30-40 тыс. лет назад. Найден в Германии, объем мозга - 1500 куб. см. Впервые обнаружено захоронение трупов.

Кроманьонец - 40-18 тыс. лет назад. Во Франции, в пещере Кро-Маньон были найдены останки существа, близкого по облику, росту и объему черепа современному человеку.

Палеонтологическая летопись прерывается, поэтому очень трудно показать эволюцию человека. Генетически человек не изменялся после кроманьонца, продолжалась только его социальная эволюция.

В основе космологической концепции антропогенеза В.И. Вернадского лежит его знаменитое учение о биосфере. Более подробно это учение будет рассмотрено далее. Здесь важно отметить то, что биосфера - это динамическое целое, функции которого состоят в улавливании, ассимиляции и переносе энергии. Как целое, она включена в более широкое окружение - свою сферу обитания (геокосмическую); как закономерный этап эволюции материи она выполняет космическую функцию снижения энтропии и упорядочения хаоса; как системное образование она состоит из нескольких подсистем, между которыми также постоянно происходит обмен веществом и энергией. Поэтому картина эволюции мира не может быть получена простым суммированием отдельных ее форм, биосфера не состоит из каких-либо частей, она целостное природное тело. Именно в этом контексте Вернадский рассматривает антропогенез как космический процесс. Для Вер-надского человек - не просто мера организованности, космическая сила, но и формирующийся направляющий и организующий фактор самого процесса развития биосферы. Поэтому человек не только не является побочным продуктом эволюции природы или даже ее ошибкой, а выступает целью земного этапа эволюции материи.

Теория эволюции биосферы не может не быть также эволюцией человека как естественного тела природы. А значит, для природного существования человека необходимо три рода условий:

1. Космологические условия - некоторая совокупность и их определенная связь физических констант, определяющих облик нашей Вселенной, специфику протекания процессов, характер законов в познаваемой человеком части универсума, особенности физических и химических взаимодействий, и др.

2. Экологические условия - включенность человека в эволюционно сложившиеся связи и отношения организмов между собой и с факторами неорганического происхождения. Занимаемая человеком экологическая ниша влияет на процессы развития человеческой популяции, возникновение рас и т.п.

3. Биологические условия - особенности организма человека, уникальность человечества в целом и каждого индивида в частности, определяемые, прежде всего, генетическими факторами.

Таким образом, возникновение человека до сих пор остается загадкой. Существует множество концепций антропогенеза, самыми распространенными в естествознании считаются теория Дарвина - Энгельса и теория Вернадского.

2. Физиология человека. Здоровье и работоспособность человека

Человек в рамках естествознания - это всего лишь животное, высшее, разумное, но все же животное. Даже самые высокие взлеты человеческого духа естествознание пытается объяснить биохимическими, физиологическими процессами, протекающими в организме человека.

Человеческий организм представляет собой сложный комплекс, состоящий из нескольких сложных взаимосвязанных и взаимодействующих систем, обеспечивающих жизнедеятельность человеческого организма. К ним относятся:

Кровь, лимфа, тканевая жидкость - внутренняя среда организма, обладающая гомеостазом, обусловливающая независимое существование организма человека. В 1939 г. Р. Ланг ввел в науку понятие «система крови».

Функции этой системы:

1. Поддержание гомеостаза, т.е. совокупность приспособительных реакций организма, направленных на сохранение динамического состояния его внутренней среды: температуры тела, кровяное давление и т.д. 2. Транспортная, т.е. перенос газов крови, питательных веществ, продуктов метаболизма. 3. Терморегуляторная. 4. Защитная, т.е. участие в иммунных реакциях. 5. Экскреторная (выделительная) и др.

Система кровообращения - это сердце и замкнутая система кровеносных сосудов, включающая артерии, капилляры, вены. Движение крови образует большой и малый круги обращения.

Система лимфообращения осуществляет постоянный отток межтканевой жидкости по направлению к сердцу, поддерживает объем и состав тканевой жидкости, переносит питательные вещества из пищеварительного канала в венозную систему, участвует в иммунных функциях организма. Лимфатическая система включает костный мозг, вилочковую железу, миндалины, лимфатические узлы, селезенку, лимфоидные узелки в органах пищеварения, лимфатические пути. Лимфа поддерживает белковое постоянство крови (до 200 г белка в течение суток).

Дыхательная система обеспечивает ткани человеческого организма кислородом и освобождает их от углекислого газа, участвует в голосообразовании, обонянии и др.

Пищеварительная система состоит из пищеварительной трубки длиной 8-9- м и крупных пищеварительных желез - печени, поджелудочной железы, желудка, слюнных желез.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21