2. Основные тенденции развития современной биологии. Уровни исследования живых систем

2. Основные тенденции развития современной биологии. Уровни исследования живых систем

Одной из особенностей современной научно-технической революции является значительное возрастание роли наук о живой природе и человеке в жизни общества. Создание в XX в. принципиально новых методов изучения живой природы, как экспериментальных (флюоресцентная и электронная микроскопия, «меченые» атомы, рентгено-структурный анализ, дифференциальное центрифугирование, кино-, теле- и радиотехнические средства, клеточные и тканевые культуры), так и теоретических (математические и кибернетические методы, системный подход, математическое моделирование), во многом изменили лик современной биологии по сравнению с XIX в. Если раньше биолог представлялся многим людям в образе Паганеля из романа Ж. Верна «Дети капитана Гранта», то в наше время деятельность его часто связывается с пробирками и колбами, чашечками Петри, перегонными аппаратами, химическими и физическими приборами. И действительно, экспериментальная биология стала в значительной степени биологией лабораторной, изолирующей живое от естественной среды, расчленяющей организмы на отдельные ткани и клетки, клетку — на органоиды и молекулы, природные сообщества и популяции — на отдельные организмы.

Вместе с тем в настоящее время, как никогда ранее, необходимы биологи-натуралисты, люди, глубоко знающие и ощущающие природу в ее целостности, ее «пульс», умеющие за отдельными организмами видеть развивающееся целое, где гармония и согласованность возникают из дисгармоний, из острой борьбы за жизнь, из противоречий, являются результатом эволюции. Такое понимание биологии в условиях возросшего антропогенного воздействия на природу становится абсолютно необходимым и не менее важным, чем глубокое знание строения ДНК и механизмов памяти. Резкое противопоставление экспериментальной и описательной, лабораторной и натуралистической биологии, широко распространенное в прошлом и отчасти сохранившееся в современной науке, ныне теряет силу, диалектически снимается развитием общественной жизни, изменением места и роли человечества в природе как целом.

В этом отношении показательны попытки современных идеалистов обосновать автономность биологического знания наличием в живой природе как бы двух основных слоев (уровней). Один из них — уровень молекулярной биологии — поддается рациональному познанию на основе физических и химических закономерностей средствами физики и химии. Другой — уровень органического целого — якобы не поддается рациональному познанию. Такого рода представления были широко распространены еще в 30-х годах XX в. Их можно найти, например, в работах известного немецкого биолога М Гартмана.

М. Левин отмечал, что «основной методологической ошибкой Гартмана является его необоснованное утверждение, будто рациональное познание мира явлений «до сих пор могло быть осуществлено в большом масштабе только в области физики и что, пожалуй, оно вообще только в ней и возможно». Одна только физика якобы представляет собою «науку о чистых закономерностях», чисто «номотетическую», «элементарную, всеобщую науку о мире явлений, которая должна быть противопоставлена всем остальным научным дисциплинам в качестве основы», тогда как все прочие отделы естествознания носят «идеографический» характер. Здесь автор произвольно ставит знак равенства между понятиями: рациональное, физическое, вневременное и неиндивидуальное. Если бы эти понятия были синонимами, то не существовало бы вообще никакой рациональной науки, а вместе с тем и физики…»[218]

Поляризация взглядов в данном вопросе есть частный случай выражения противоречивости человеческого познания. В раздвоении единого и познании противоречивых частей его В. И. Ленин видел одну из основных, если не основную, особенность диалектики[219]. Развитие современного познания в целом и биологии в частности проходит в столкновении ряда противоборствующих и глубоко внутренне связанных тенденций, которые в общем плане можно охарактеризовать как отдельные диалектически взаимосвязанные стороны развития биологического познания в целом. Что касается метафизических и идеалистических концепций, то они представляют собой результат одностороннего раздувания той или иной из таких тенденций, возведение ее в абсолют.

Понимание диалектического характера человеческого движущегося знания от явления к сущности, к овладению глубинными закономерностями развития явления, умение видеть единство в противоречиях и наличие противоречивых тенденций в едином процессе биологического познания ныне важно с точки зрения не только теоретической, но и практической. Познание биологической наукой все более глубокой сущности явлений в одних случаях стихийно, в других — вполне осознанно осуществляется в диалектическом раздвоении живой природы на противоположности — части и целое, форму и функции, структурно-функциональную организацию и развитие, которые противостоят друг другу лишь в нашем познании, на определенной ступени его развития.

На деле, в самой объективной действительности их взаимоотношения не сводятся к их взаимоисключению, последнее есть лишь один из аспектов их взаимодействия, ибо само взаимодействие таких противоположных сторон было бы невозможно без их известного совпадения, взаимопроникновения и взаимопереходов, без их единства. «Диалектика, — писал В. И. Ленин, — есть учение о том, как могут быть и как бывают (как становятся) тождественными противоположности, — при каких условиях они бывают тождественны, превращаясь друг в друга, — почему ум человека не должен брать эти противоположности за мертвые, застывшие, а за живые, условные, подвижные, превращающиеся одна в другую»[220].

Непонимание этой черты познания порождает в современной биологии различного рода метафизические и идеалистические концепции, представители которых, стремясь исключить из области познания противоречия, приходят к отрицанию объективной основы таких противоречий. Так, они или полностью отождествляют форму и функции, часть и целое, либо абсолютно разрывают их. И в том и в другом случае объективно существующее противоречие устраняется из науки, а вместе с тем из научного познания исключается рассмотрение источника и движущей силы развития, которая, согласно диалектике, заключена в противоречиях, в их развитии и смене, во взаимопереходах противоположностей. Движение биологического познания также включает в себя противоположные и вместе с тем глубоко взаимосвязанные тенденции. Проникновение в глубокую сущность живого, возникновение молекулярной биологии сочетается в наше время со значительным расширением исследований различных сторон жизнедеятельности организмов и надорганизменных систем.

Накопление огромного фактического материала о строении и функционировании живых систем, углубленный анализ их структурной организации стимулируют развитие эволюционных (исторических) исследований в биологии. Обращение к исследованию «элементарных» основ жизни и отдельных ее явлений (наследственности, онтогенеза, эволюции) органично связано с рассмотрением биологических объектов и их свойств как сложно организованных систем. Осмысление специфики живого и специфики знания о нем опирается на выявление закономерностей перехода от неживого к живому и от биологического к социальному как в историческом развитии природы, так и в процессах функционирования биосферы. Рост теоретического потенциала современной биологии оказывает мощное воздействие на развитие прикладных биологических исследований, важных для сельского хозяйства и медицины. Роль биологического комплекса наук возрастает и в связи с решением задач, сформулированных в Продовольственной программе СССР (1982 г.), которая предусматривает комплексное решение задач коммунистического строительства, опирающееся на достижения естественных, технических и общественных наук, на диалектику их взаимодействия.

Углубление познания, проникновение его на уровень «элементарных образований» выражается в обнаружении и исследовании современной биологией таких объектов, как вирусы и гены, рибосомы и митохондрии, мембраны, в установлении физического и химического строения важнейших органических полимеров, в изучении тонкой структуры клетки и механизмов ее функционирования. Важным следствием этого процесса является усиление роли математики и кибернетики в развитии генетики, физиологии, биохимии, эволюционной теории и других отраслей биологии. На этой основе формируется математическая биология.

Существенным изменениям в биологии подвергается и понятие об элементе и элементарном. В настоящее время в биологической науке преодолевается взгляд на организм (индивид) как единственно реальную форму существования живого, в котором клетка играет роль своеобразного «атома живого». Современная биология исходит из того, что первичными и основными формами жизни, возникшими и развивающимися не на основе отдельного изолированного организма, а одновременно с ним, являются популяции, виды, биоценозы, биосфера в целом. Организмы эволюционируют не сами по себе, а как компоненты более сложных биологических систем — видов, биоценозов и биосферы.

В XX в. было показано, что элементарной эволюционирующей единицей является популяция (работы С. С. Четверикова, Н. П. Дубинина, Дж. Б. С. Холдейна, Р. Фишера, С. Райта, И. И. Шмальгаузена). Эволюционный процесс, хотя и базируется на наследственных изменениях отдельных особей (мутациях), но не сводится к ним, а включает в себя накопление мутаций в популяции, их комбинирование и адаптивную перестройку наследственной структуры популяции в целом, происходящую под контролем естественного отбора. Преобразование популяций в ходе эволюционного процесса нельзя понять вне их связи с более простыми по сравнению с ними (организменным, клеточным, молекулярным) и более сложными (биоценотическим, биосферным) уровнями организации жизни. Элементарный цикл эволюционных преобразований популяции осуществляется в биогеоценозе, одним из существенных компонентов которого она является.

Таким образом, в понимании филогенетического развития происходит переход от организмоцентрического (типологического) подхода к популяционному. Значение и последствия такого перехода в полной мере осознают еще не все исследователи. В связи с этим филогенез в биологии начинает рассматриваться как качественно особый тип развития, несводимый к сумме онтогенезов особей последовательных поколений.

Сложная структура «элементарных» образований в биологии, различных их уровней, своеобразие законов их функционирования и развития требуют уточнения самого понятия об элементе, простоту которого следует понимать не абсолютно, а относительно изучаемой целостной саморазвивающейся системы. Популяция — элементарная единица эволюционного процесса и элемент биоценоза. В то же время она является сложной системой, обладающей определенной структурой, функционированием и способностью к эволюции. Аналогично обстоит дело и с другими «элементарными» образованиями в живой природе.

Другим следствием рассматриваемой тенденции развития современной биологии было обнаружение огромного многообразия в мире самих «элементов» (открытие универсального характера полиморфизма на всех уровнях организации живого).

Обращение к исследованию отдельных «элементарных» образований живых систем различной степени сложности в целом свидетельствует о прогрессе научного знания, проникновении науки во все более глубокие сущности жизни. Вместе с тем эта тенденция, связанная преимущественно с аналитическими методами, способствует порождению и некоторых односторонних представлений, к числу которых следует отнести идеи о полной сводимости закономерностей и качеств той или иной органической системы к закономерностям и качествам составляющих ее элементов. Так, на фоне больших успехов биохимии, биофизики и молекулярной биологии в 50 — 60-х годах появились концепции о полимерной органической молекуле (ДНК, РНК, белка) как носителе элементарной формы жизни.

Другим примером одностороннего подхода является рассмотрение движущего противоречия эволюции как отношения в системе «организм — среда», а не в системе «популяция — биогеоценоз». Это приводит к смещению различных уровней адаптивных процессов: адаптации в собственном смысле слова, осуществляющейся на основе накопленной в процессе филогенеза наследственной информации, и адаптивных преобразований наследственной информации в процессе эволюции (адаптациогенеза).

Диалектический характер развития живой природы и биологического познания проявляется не только во взаимопроникновении соответствующих понятий, но и в той «поляризации» научных поисков, о которой говорилось ранее. Такое внешне «полярное» по отношению к молекулярной биологии направление представлено в наше время системой биологических дисциплин, занимающихся изучением надорганизменных образований (биологических макро- и мегасистем) и надындивидуальных уровней интеграции живого, начиная с популяции и вида и кончая совокупностью живых существ на нашей планете (биосферой).

Революционное значение достижений молекулярной биологии обусловлено, в частности, тем, что они вывели науки о живом за пределы явлений, непосредственно наблюдаемых человеком с помощью органов чувств. Создание новых методик исследования позволило как бы зримо представить не только те тончайшие структуры, о наличии которых ранее высказывались лишь догадки и предположения (например, гипотеза Н. К. Кольцова о молекулярном строении вещества наследственности), но и детально раскрыть процессы функционирования и воспроизведения ультрамикроскопических и молекулярных структур живого.

Иная ситуация сложилась в области надорганизменной биологии. Популяционная биология и биоценология, как и молекулярная биология, имеют дело с объектами, выходящими за пределы повседневных человеческих восприятий. Исследование строения и функционирования живого покрова Земли и отдельных его элементов (экосистем, биогеоценозов) связано с преодолением некоторых методологических трудностей. Дело в том, что надорганизменные формы организации (популяции, биосфера) в большинстве случаев объективно не вычленены столь же четко, как организмы, из более широких систем, частью которых они являются. Кроме того, популяции животных жестко не привязаны к одному местообитанию, а могут входить в состав разных биоценозов, либо менять местообитание в зависимости от сезона или периода своей жизни. Имеются и другие трудности в познании надорганизменных систем. В связи с этим уже само выделение надорганизменных живых систем не может основываться только на данных непосредственного их созерцания, а требует использования ряда теоретических (в частности, статистических) методов.

Еще в большей мере теоретические методы исследования необходимы при изучении строения, функционирования и развития надорганизменных живых систем, ибо число связей и зависимостей в таких системах на несколько порядков выше по сравнению с отдельным организмом, а характер этих связей существенно отличен от связей между подсистемами и элементами организма. Не случайно в настоящее время среди экологов, геоботаников, биоценологов и биогеографов активно обсуждаются вопросы о взаимоотношении дискретности и континуальности организации надорганизменных систем во времени и пространстве, вопросы построения биоценотических классификаций.

Биоценотическая форма организации живого наряду с некоторыми общими для всех форм живого чертами обладает рядом специфических особенностей, которые следует учитывать при воздействии человека на природу: меньшей степенью целостности по сравнению с популяционно-видовой и организменной формами организации, отсутствием особых управляющих систем и каналов информации, большей степенью статистичности.

Усиление внимания к надорганизменным образованиям живого связано и с упоминавшейся уже перестройкой воззрений на процесс эволюции и переходом в эволюционной теории от организмоцентрического (типологического) мышления к популяционно-статистическому.

Исследования биоценотических систем не только противостоят молекулярной биологии, но и широко используют ее достижения. В учении о биосфере и биоценологии большое место занимают вопросы о биогенных «миграциях» веществ, о конкретных путях их трансформации в процессе биоценозов. Надорганизменная и молекулярная биология противоположны лишь в том отношении, что они исследуют различные уровни организации живых систем. Вместе с тем во многих отношениях они взаимно проникают и дополняют друг друга. Так, в процессе развития надорганизменных систем решающую роль в накоплении, преобразовании и реализации наследственной информации играют молекулярный и клеточный уровни. Взаимодействие различных уровней организации в историческом развитии живого подробно исследует эволюционная теория.

Таким образом, как потребности общества, так и внутренняя логика развития самой биологии делают необходимым наряду с непрерывным совершенствованием и углублением молекулярно-биологических исследований дальнейшее изучение надорганизменных уровней живого, закономерностей их строения, функционирования и развития с экологических, биоценотических и эволюционных позиций.

Отмеченные выше противоречивые тенденции развития современной биологии характеризуют внутреннюю логику ее развития, определяют применение понятий и принципов материалистической диалектики в биологических исследованиях. Этот процесс многие философы называют диалектизацией биологии. Она связана с уяснением единства объективной и субъективной диалектики, взаимосвязи и взаимопроникновения различных методов исследования, с возрастанием роли теоретических знаний в развитии современной биологии. Диалектизация познания — один из важных моментов стиля научного мышления.