37462

Концепции современного естествознания

Конспект

Культурология и искусствоведение

Социокультурный статус науки. Естествознание в системе науки и культуры. Именно через общенаучную картину мира осуществляется взаимопроникновение идей развиваемых в гуманитарных науках в естествознание и наоборот естественнонаучные идеи и принципы приобретая характер общенаучных методологических регулятивов начинают внедряться в гуманитарные науки.Выявление основных парадигм естествознания анализ их смены в динамике культуры эволюционных и революционных преобразований науки.

Русский

2013-09-24

1.07 MB

152 чел.

PAGE  2

Академия управления при Президенте Республики Беларусь

Система открытого образования

Кафедра философских  наук

Г.И. Касперович

О.С. Павлова

Концепции современного естествознания

Курс лекций

Минск 2002


СОДЕРЖАНИЕ



[1] Тема 1. Введение в учебный курс «Концепции современного естествознания»

[1.1] Лекции 1-2. Предмет, цели и задачи курса

[2] I. ОБЩЕЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

[3] Тема 2. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ  как феномен  культуры и комплекс наук о природе

[3.1] Лекция 3. Социокультурный статус науки. Специфика научного познания.

[3.1.1] Контрольные вопросы

[3.2] Лекция 4. Естествознание в системе науки и культуры.

[3.2.1] Контрольные вопросы

[3.3] Лекция 5. Исторические этапы познания природы. Особенности современного естествознания

[3.3.1] Контрольные вопросы

[3.4] Лекция 6. Особенности методов современного экспериментально-математического естествознания. Системный подход как его важнейшая парадигма.

[3.4.1] Контрольные вопросы

[4] II. Фундаментальные законы и концепции современного естествознания

[5] Тема 3. ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА В ИСТОРИЧЕСКОЙ ДИНАМИКЕ КУЛЬТУРЫ

[5.1] Лекция 7. Научные картины мира и научные революции в истории естествознания.

[5.1.1] Контрольные вопросы

[5.2] Лекция 8. Физическая картина мира в ее развитии.

[5.2.1] Контрольные вопросы

[6] Тема 4. КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ВСЕЛЕННОЙ

[6.1] Лекция 9. Современная космологическая картина мира  и модели Вселенной

[6.1.1] Проблема существования и поиска жизни во Вселенной

[6.1.2] Контрольные вопросы

[7] Тема 5. КОНЦЕПЦИИ САМООРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ: СИНЕРГЕТИКА И КИБЕРНЕТИКА

[7.1] Лекция 10. Синергетическая парадигма в современном естествознании

[7.1.1] Механизм протекания процессов самоорганизации   (по И. Пригожину)

[7.1.2] Контрольные вопросы

[7.2] Лекция 11. Кибернетика: концептуально-понятийная характеристика

[7.2.1] Контрольные вопросы

[8] Тема 6. СОВРЕМЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ

[8.1] Лекция 12. Современная химическая картина мира и ее эволюция

[8.1.1] Контрольные вопросы

[9] Тема 7. БИОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ

[9.1] Лекция 13. Биология, ее исторические типы и место в структуре естествознания. Современные концепции эволюции живой природы и сущности жизни

[9.1.1] Основные концепции  происхождения  жизни.

[9.1.2] Контрольные вопросы

[9.2] Лекция 14. Человек как биосоциальное существо.  Его место и роль в социо-природном комплеске.

[9.2.1] Контрольные вопросы

[10]   . ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

[11] Тема 8. КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.

[11.1] Лекция 15. Естественнонаучные основы современных технологий.

[11.1.1] Перспективные материалы и технологии

[12] IУ. ПРИЛОЖЕНИЕ (к теме 8)

[12.0.1] Молекулярный уровень биотехнологии.

[12.0.2] Биокатализ

[12.0.3] Генные технологии

[12.0.4] Геном человека

[12.0.5] Клонирование

[12.0.6] Обновление технологии производства энергии

[12.0.7] Модернизация технической базы промышленности

[12.0.8] Контрольные вопросы

[13] Экзаменационные вопросы

[14] ЛИТЕРАТУРА

[15] КРАТКИЙ СЛОВАРЬ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

[15.1] А

[15.2] Б

[15.3] В

[15.4] Г

[15.5] Д

[15.6] Е

[15.7] Ж

[15.8] З

[15.9] И

[15.10] К

[15.11] Л

[15.12] М

[15.13] Н

[15.14] О

[15.15] П

[15.16] Р

[15.17] С

[15.18] Т

[15.19] У

[15.20] Ф

[15.21] Х

[15.22] Ц

[15.23] Ш

[15.24] Э

 


Тема 1. Введение в учебный курс «Концепции современного естествознания»

Лекции 1-2. Предмет, цели и задачи курса

Новый вузовский курс «Концепции современного естествознания», введенный в учебные программы в последние годы ХХ столетия, призван к решению одной из важнейших задач нового этапа развития образования – преодолению исторически возникшего разобщения естественнонаучной и гуманитарной культуры и поиску единства целостной современной культуры. Разделение культуры на две – естественнонаучную и гуманитарную по принципу экономической эффективности и значимости породило многие экологические и социальные проблемы кризисного характера.

Существующие каноны специализации в системе высшего образования всё ещё закрепляют сложившийся раскол между двумя сферами культуры и препятствуют становлению всесторонне развитой личности специалиста, порождая ограниченный, односторонний взгляд на мир. Более того, для специалистов этих сфер характерно признание взаимоисключающих ценностей и приоритетов, что ведет зачастую к утрате взаимопонимания и абсолютизации статуса своей области знания, порождая сциентизм и технократизм естественников  или снобистские претензии на «наднаучность» гуманитариев.

Необходимость перехода к новой парадигме образования уже нашла свое отражение в изменении учебных вузовских планов и программ. В основу новой системы образования закладываются три базисных принципа – фундаментальность образования, его систематическая целостность и гуманистическая направленность, как общие требования к подготовке специалистов любого профиля. Этой проблеме посвящен Меморандум Международного симпозиума ЮНЕСКО «Фундаментальное (естественнонаучное и гуманитарное) университетское образование» (Москва,1994г.).

С решением этой задачи связана, с одной стороны, широко распространившаяся сейчас тенденция  гуманитаризации в сфере естественнонаучного и технического обучения. Однако, с другой стороны, проблема ознакомления студентов-гуманитариев с важнейшими достижениями современной естественнонаучной культуры особенно сложна по своей новизне и подходам к ее решению. Одной из причин тому – устойчиво бытующий предрассудок о том, что естественнонаучные знания далеки от социальных, личностных и гуманитарных проблем и потому излишни для гуманитариев.

Ценности фундаментального научного (и в первую очередь – естественнонаучного) знания составляют важнейшую и непреходящую компоненту цивилизованной формы культуры и они должны быть усвоены  в той или иной мере любым образованным человеком. Без знания  хотя бы основ современного естествознания, которое всё больше входит своими достижениями в повседневную жизнь цивилизованного общества, не может сформироваться человек  современного информационного общества, а тем более специалист-профессионал.

В задачи курса «Концепции современного естествознания» не входит подробное изучение всей системы естественнонаучных знаний, что практически невозможно в одном учебном курсе. Наш курс предполагает обзорное знакомство и логико-исторический анализ основных идей и концепций современного знания о природе в целом и природных составляющих человека и общества.

Слово «концепция» в переводе с латинского означает понимание, систему взглядов. Это  -  определенный способ понимания или истолкования предметов, процессов, явлений. Концепция – это кратко выраженный основной смысл той или иной теории, ее суть. Когда теория ещё не выработана, а имеется только главная  идея для объяснения некоторого класса событий, то такую идею тоже называют концепцией, в этом смысле она понимается как ведущий замысел или конструктивный принцип научной деятельности. Таким образом, каждая теория и гипотеза имеют свою концепцию, свой смысл и свой принцип научной деятельности.

Задача настоящего курса состоит в ознакомлении с основными современными концепциями общенаучного значения, на которых базируется естествознание и современная научная картина мира (НКМ).  Современная НКМ – это сложное синтетическое построение метатеоретического уровня знания, синтезирующее  фундаментальные естественнонаучные идеи и концепции с фундаментальными представлениями и принципами гуманитарного знания, которые требуют широкого осмысления и представления результатов конкретно-научных исследований в общенаучной форме. Будущие специалисты и в области естествознания, и в гуманитарной сфере нуждаются в общих представлениях о современной научной картине мира, ее идеях и концепциях. Именно через общенаучную картину мира осуществляется взаимопроникновение идей, развиваемых в гуманитарных науках, в естествознание и, наоборот, естественнонаучные идеи и принципы, приобретая характер общенаучных методологических регулятивов, начинают внедряться в гуманитарные науки. Вот почему анализу и изучению научной картины мира и ее исторических типов в нашем курсе уделяется особое внимание.

Знания идей и  концепций современного естествознания поможет будущим специалистам гуманитарных направлений расширить кругозор и познакомиться с конкретными естественнонаучными проблемами, тесно связанными с экономическими, социальными и экологическими задачами, от решения которых зависит уровень и качество жизни общества и каждого из нас.

На первый взгляд, может показаться, что естествознание – ненужный груз для специалистов управления, юристов и экономистов. Однако на самом деле любой подлинный специалист и прежде всего менеджер или экономист должен владеть не только законами управления, права или экономики, но и понимать естественнонаучную сущность объекта управления и экономического анализа.

В современном обществе большое внимание  уделяется не только различным отраслям естествознания, но и бурно развивающимся наукоёмким технологиям, которые базируются на естественнонаучных знаниях. Концептуальный системный подход полезен не только для понимания содержания и логики развития естествознания, но и для знакомства с фундаментальными основаниями и важнейшими достижениями естественнонаучного знания, на основе которых успешно развиваются современные технологии.

В современных условиях становления информационного общества нематериальные накопления – научные знания, квалификация, творческий профессионализм – приобретают решающее значение для развития экономики, общества в целом. Они являются основой инновационных процессов, изменения структуры общественного производства и управления. Сегодня обществу все больше нужны специалисты высокого класса и широкого кругозора, смелой новаторской мысли, изыскивающие новые пути в науке, технике, экономике, управлении, социальном прогнозировании. Нужны исследователи, свободно владеющие принципами системного анализа, методами современных технологий.

Целью учебного курса «Концепции современного естествознания» является преодоление односторонне гуманитарного профиля образования  и ознакомление студентов-гуманитариев с важнейшими  достижениями   современного  естествознания, формирование целостной   мировоззренческой  научной картины мира, синтезирующей фундаментальные представления гуманитарного и естественнонаучного знаний, развитие широты и гибкости мышления,  творческого потенциала слушателей за счет освоения фундаментальных идей, опыта и установок современного естествознания.

Достижение этих целей  предполагает  решение в процессе преподавания курса следующих задач:

1. Изучение и освоение  системы  базисных принципов, понятий и теорий, составляющих концептуальный каркас современного естествознания.

2.Ознакомление с сущностью научного мышления, спецификой естественнонаучных методов исследования, их типологией и когнитивными  возможностями.

3.Выявление основных парадигм естествознания, анализ их смены в динамике культуры, эволюционных и революционных преобразований науки.

4.Анализ междисциплинарных взаимодействий различных отраслей науки, знакомство с основными принципами новых направлений в естественнонаучном познании.

5. Знакомство с прикладными проблемами естествознания  посредством анализа естественнонаучных  основ современных наукоемких технологий.

6. Выработка адекватного понимания особенностей естественнонаучной и гуманитарной культур для нормального общения будущего юриста и  экономиста  с экспертами, опирающимися на естественнонаучные данные и методологию естествознания.

7. Систематизация полученных ранее естественнонаучных знаний для более эффективного их использования в будущей деятельности, особенно связанной с выработкой различных стратегических прогнозов и оценок.

Содержание курса, методология его подготовки и методика обучения опираются на уровень школьных знаний в области естественных наук и дают студентам –гуманитариям интегративное и сущностное представление о мире сквозь призму современного естествознания.

Учебный курс «Концепции современного естествознания» состоит из трех разделов.

Первый раздел «Общее естествознание» представляет собой теоретическое введение в концептуальные проблемы естествознания  как систему наук о природе. В него включены темы, раскрывающие сущность, специфику, место и роль естествознания в системе научного познания и культуры, взаимосвязь и специфику естественнонаучной и гуманитарной  культуры, особенности современного естествознания, его методы и формы развития.

Во втором разделе « Фундаментальные законы и концепции естествознания» рассматриваются  базовые понятия и идеи, законы и концепции  естественнонаучной картины мира в ее исторической динамике от классического к современному постнеклассическому типу, включая  фундаментальные  концепции  современного естествознания из области физики, космологии,  химии, биологии, синергетики и теоретической кибернетики.

Третий раздел и приложение к нему посвящены прикладным проблемам  естествознания на основе анализа естественнонаучных концепций современных технологий (информационных, мультимедийных, лазерных, энергетических и биотехнологий).

Темы учебного курса, входящие в выделенные разделы позволяют усвоить специфику содержания естественнонаучной системы знаний, логику их исторической динамики и место естествознания в современной науке и культуре, его теоретическую  и практическую значимость для гуманитарных профессий и управленческой деятельности, ибо «великая цель образования – это не знания, а действия» (Г.Спенсер).


I. ОБЩЕЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

Тема 2. ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ  как феномен  культуры и комплекс наук о природе

Лекция 3. Социокультурный статус науки. Специфика научного познания.

Основные понятия, включенные в систему тренинг-тестирования:

“науковедение”; знание; протонаука или преднаука; идеал научности; специфика науки; гуманитарные формы культуры; сциентизм; технократизм; антисциентизм; вненаучные формы знаний (ненаучное, донаучное, паранаучное, лженаучное, антинаучное); отличительные признаки научного  познания; социокультурный статус науки;  наука как особый вид человеческой деятельности; наука как система дисциплинарных знаний; наука как социальный институт; наука; социальные функции науки;  эмпирический и теоретический уровни научного исследования и организации знания; теория; функции научной теории:  описание, объяснение и предсказание; эмпирический базис; метатеоретические основания науки.

На протяжении всей своей истории люди выработали несколько способов познания и освоения окружающего их мира: обыденный, мифологический, религиозный, художественный, философский, научный и др. Одним из  важнейших способов познания, безусловно, является наука. Сегодня для нас совершенно очевидно, что наука представляет собой составную часть духовной культуры цивилизованного общества. До сих пор сотни народов, племён (этносов), сохранивших первобытный образ жизни, обходятся без науки. Она свойственна лишь тем народам, которые достигли относительно высокого экономического, политического и интеллектуального уровня цивилизационного развития. С  возникновением науки в сокровищнице передаваемых от поколения к поколению знаний накапливаются уникальные духовные продукты, которые играют все более важную роль в осознании, понимании и преобразовании действительности. На определенном этапе человеческой истории наука, подобно другим, ранее возникшим элементам культуры, развивается в относительно самостоятельную форму общественного сознания и деятельности. Это обусловлено тем, что  целый ряд проблем, возникающих перед обществом, может быть решен только с помощью науки, как особого способа познания действительности.

Понимание роли и места науки в жизни людей представляет собой сложный процесс, который не завершен и в наши дни. Только в 20-е годы нашего столетия возникла новая научная дисциплина, получившая название “науковедение”, призванная раскрыть сущность и особенности науки, механизм ее развития и применения, а также общие закономерности развития и функционирования науки как системы знания и особого социального института.

Первое, на что обратили внимание основоположники науковедения, - это этимология самого латинского слова “sсiеntiа”, что в переводе означает “знание”. С определенного времени это слово стало обозначать науку и в этом значении вошло в некоторые европейские языки. Но проблема заключается в том, что не всякое знание является наукой. Знание – это результаты процесса познания, зафиксированные в памяти человека и общества в разнообразных материальных носителях и знаково-символических средствах ( книгах, рукописях, рисунках, магнитных лентах, дискетах и т.п. ). Знания приобретаются человеком в самых разнообразных сферах его жизнедеятельности: в обыденной жизни, в политике, в экономике, в искусстве, в инженерном деле, но в них получение знаний не является главной целью.

В наши дни наука пронизывает все сферы деятельности человека. Она стала мощным фактором достижений человечества в самых различных областях. Однако человечеству потребовалось пройти большой путь, чтобы  перейти от донаучных форм познания к научным.

Проблема начала науки в истории культуры представлена в литературе с двух основных точек зрения.

В соответствии с одной из них наука возникла в Древней Греции практически одновременно с философией -  в У1-У вв. до н.э. В этот период происходит освобождение сознания от плена мифологического мышления, в результате чего  появляются философия и наука – от мифа к логосу.

Основанием для такого взгляда является факт развития в Древней Греции эпохи эллинизма ( 1У-1 в. до н.э.)  ряда отраслей научного знания: математики, биологических, медицинских, астрономических знаний. Особое значение имели математические познания греков. Древняя Греция создала образцы математического знания, неизвестные ни предшествующим эпохам, ни другим цивилизациям. Это прежде всего труды Эвклида (около 330-277 гг. до н.э.) и Архимеда (287-212 гг. до н.э.). Эвклид и Архимед первыми представили образцы строгой математической теории, в которой стремились выявить математические закономерности. Математика здесь впервые стала строится как теоретическая наука, а не как лишь средство практического измерения. В области естествознания грекам не удалось создать ни одной строгой научной теории, здесь их знания представляли собой лишь более или менее систематизированные результаты непосредственных наблюдений. Открытая ими математика не нашла широкого применения для объяснения природных закономерностей. На этот факт отсутствия в Древней Греции строгих естественнонаучных теорий обращает внимание другая концепция возникновения науки, которой придерживаются большинство историков науки.

Согласно этой концепции  наука, зародившись в Древней Греции в трудах Аристотеля, Архимеда, Эвклида, длительное время находилась в зачаточном состоянии, которое называют протонаука или преднаука. В этот период накапливались разрозненные элементы научного знания, но отсутствовала их системность и свойственная науке предметная специализация. К тому  же научные знания в этом их состоянии были доступны немногим.

Ситуация изменилась в ХУ1- ХУ11 вв. Именно в Новое время в Европе возникает  наука в собственном ее понимании и научные знания становятся широко распространенным явлением, появляется много образованных людей. Становление и развитие индустриальной цивилизации без науки невозможно. Это эпоха, когда появляются работы И.Кеплера (1571-1630), Г.Галилея (1564-1642), Х.Гюйгенса (1629-1695), И.Ньютона (1643-1727). Рождение науки связано с возникновением экспериментально-математического, точного естествознания, которое строит математические модели изучаемых явлений, сопоставляет их с экспериментальными данными, проводит рассуждения  посредством мысленного эксперимента. Возникают естественнонаучные теории сначала в механике, а затем в различных областях физики. Эти теории не являются только лишь систематизацией опыта и наблюдений. Они строятся на введении особых понятий абстрактно-теоретического характера. Поэтому они связаны с математическим моделированием.

Возникает вопрос: почему в европейской культуре ведущее место заняла наука Современные философы, в частности Бертран Рассел, видят причину этого в двух великих интеллектуальных изобретениях: 1. изобретение дедуктивного метода древними греками (Эвклид). 2. изобретение экспериментального метода в эпоху позднего Возрождения (Галилей). Именно дедуктивный метод (а тем самым и математика), а также  эксперимент позволили создать классическую науку –экспериментально-математическое естествознание.

Возникновение экспериментально-математического естествознания на основе механики и физики знаменовало собой рождение знания особого типа. С ним стали связывать специфику научного знания вообще. Экспериментально-математическое естествознание надолго определило идеал научности как совокупность представлений о том, каким должно быть научное знание в отличие от ненаучного, каковы критерии научности знания.

В ХУ11 в. складываются первые сообщества ученых, осознавших свои особые задачи и общественную роль. Поэтому можно говорить о рождении науки как особого социального института в ХУ11 в. В 1662 г. возникает знаменитое впоследствии Лондонское Королевское общество учёных, в 1666г. – Парижская Академия  наук.  Характерно, что наука возникает вне университетов, которые служили тогда целям подготовки кадров богословов-теологов для католической церкви. Лишь постепенно, в течение ХУ111–начале Х1Х в. наука проникает в систему университетского образования. С этого времени наука становится деятельностью в полной мере профессиональной. Ученые–любители сменяются учеными-профессионалами с университетским образованием, которое обеспечивало преемственность научных знаний. Особый вклад в обоснование науки и методов научного познания внесли такие мыслители, как Ф.Бэкон (1561-1626),  Р.Декарт (1596-1650),  Дж. Локк (1632-1704), Г.Лейбниц (1646-1716).

По мере развития науки и роста ее общественного влияния отношения науки с другими формами культуры все более усложнялись. Возрастающее могущество науки со временем создало условия для экспансии науки. Экспансия (букв. «расширение») означала распространение науки и ее установок на все без исключения сферы жизни человека и вытеснение из неё других форм духовной культуры. Первая волна экспансианистских устремлений   науки пришлась в Европе на середину Х1Х столетия. В это время модой становится отрицание значения сфер культуры, непосредственно не связанных с наукой, с естествознанием. Убежденность  в превосходстве естественнонаучного подхода над всеми другими запечатлена, например, в образе Базарова из известного романа И.С. Тургенева «Отцы и дети». Волны преувеличенной оценки возможностей  науки повторяются периодически и как правило совпадают с периодами значительных успехов какой-либо отрасли научного познания. В наши дни особые надежды сторонников абсолютного доминирования науки – сциентизма – обращены к успехам кибернетики, компьютеризации, генетики. Экспансия науки выражается,  в частности, в стремлении полностью и без остатка «онаучить» человека и его бытие. Такое «онаучивание» означало бы полное исключение из жизни элементов поэзии, искусства, мифа, религии, духовных, мировоззренческих ценностей, к которым научное абстрактное мышление неприложимо.

Преувеличенные упования  на науку обычно связаны со стремлением к абсолютному господству над природой. Природа представляется не более, чем объектом манипулирования и средством удовлетворения все возрастающих потребностей общества. Столь же характерна для экспансии науки установка на переделку природы самого человека. Возникают проекты искусственного моделирования человека, создания людей с заранее заданными свойствами и т.д. Такая установка грозит полностью вытеснить из человеческих отношений элементы гуманности, сочувственного отношения человека к человеку.

Таким образом, развитие науки сопровождается вызовами с ее стороны, обращенными ко всей культуре, прежде всего культуре гуманитарной.

Наряду с другими формами общественного сознания (искусство, религия и т.д.) наука является частью единой культуры. Но именно в сравнении и взаимодействии с ними проявляется специфика науки. И религия, и философия, и искусство, и наука - все они по-своему отражают реальность и при этом создают свой собственный мир, свою искусственную реальность. Наука создает мир знаний, состоящий только из экспериментально доказанных данных об этом мире, и выводов, полученных на основе законов логики. В этом мире самому человеку, субъективному элементу этого мира, его ценностным ориентациям отводится весьма незначительная роль (для этого есть гуманитарные формы культуры - искусство, мораль, религия). Поэтому, только взаимодополняя друг друга, все эти составные части культуры могут выполнять свою основную функцию - обеспечивать и облегчать жизнь человека, являясь связующим звеном между человеком и природой. Если же в этой взаимосвязи какой-то одной части придается большее значение по сравнению с другими, то это приводит к обеднению культуры в целом и искажению ее основного назначения.

История знает примеры преобладания одних сфер культуры в ущерб другим. Прежде всего, это касается взаимоотношений науки, философии и религии в Средние века и в Новое время. Так, средневековая наука находилась под властью религии, замедлившей развитие науки, по меньшей мере, на тысячелетие и предавшей забвению многие достижения античной науки. Вырвавшись из-под власти религии в эпоху Возрождения, наука начинает бурно развиваться, но сохраняет за философией место главного элемента в мировоззрении образованных людей (для неграмотного большинства ведущую роль по-прежнему играет религия). И лишь в XIX в. в связи с успехами естествознания наука стала претендовать на господствующее положение в культуре и мировоззрении человека и общества, заняв центральное место в цивилизации европейского типа. Тогда же между наукой и философией разгорелся конфликт, продолжавшийся почти до наших дней. Суть его сводится к борьбе за право обладания истиной в последней инстанции. Наука, не осознавая своих границ, желала дать ответы на все вопросы, вести человечество к лучшему будущему. Обычно это будущее представлялось миром материального достатка и сытости, построенным на основе достижений науки и техники. На фоне низкого уровня жизни, присущего большинству людей еще в начале XX века, ущербность таких представлений о “дивном новом мире” оставалась непонятной не только большинству населения, привлеченному обещанием тех благ, которых оно никогда не имело, но и политикам, целеустремленно ведущим свои народы в мир высоких технологий, и даже некоторой части мыслителей (философов, писателей, художников), со всем пылом новообращенных, пропагандирующих эти идеи. Лишь немногие философы и культурологи смогли в начале XX века понять, что этот путь ведет к катастрофе (Н. Бор, А. Эйнштейн, А.Д. Сахаров и др.). Это стало ясно в середине нашего века, после создания ядерного оружия и надвигающейся экологической катастрофы. Тем не менее, пережитки идеологии сциентизма - веры в науку как в единственную спасительную силу, способную решить любые проблемы - сохраняются до сих пор.

Возникнув в недрах эпохи Просвещения и получив развитие в философии позитивизма, установка сциентизма трансформировалась во второй половине ХХ-го столетия в тенденцию к безграничному восхвалению достижений естественных наук и научно-технического прогресса в противовес общественным и гуманитарным дисциплинам. С этим связано распространение идей технократизма ( от греч. – техника и власть) – направления в социально-политической мысли, согласно которому общество в его же интересах должно передать политическую власть техническим специалистам (технократам – инженерам, организаторам производства, экспертам), которые создадут систему управления обществом на базе научного знания.

Именно это убеждение привело к современному экологическому состоянию планеты, опасности термоядерной войны, но самое главное - к резкому снижению этических и эстетических - духовных показателей культуры, все возрастающему влиянию технократической психологии, стимулировавшей в современном обществе настроения потребительства.

Такая роль сциентизма обусловлена тем, что он, как мировоззренческая установка, основывается на рациональном расчете, и там, где стоит определенная прагматическая цель, человек, исповедующий эту идеологию, будет стремиться к этой цели, не считаясь с какими-либо этическими препятствиями. Отдельный человек чувствует себя в таком сциентистском мире потерянным и духовно бессильным. Наука научила его сомневаться в духовных ценностях, окружила его материальным комфортом, приучила видеть во всем, прежде всего, рационально достигаемую цель. Естественно, что такой человек неизбежно становится холодным, расчетливым прагматиком, рассматривающим других людей лишь как средство для достижения своих целей. Он лишается той цели, ради которой человеку стоит жить, разрушается целостность его мировоззрения. Ведь с момента промышленной революции новое научное мышление начало разрушать функционирующую в течение тысячелетий религиозную картину мира, в которой человеку предлагалось универсальное и непоколебимое знание о том, как жить и каковы принципы, лежащие в основе миропорядка. При этом парадокс научного мышления заключается в том, что, разрушая наивно-целостное воззрение на мир, которое дается религией или обыденным опытом, подвергая сомнению каждый постулат, принимавшийся ранее на веру, наука не дает взамен такого же целостного убедительного миропонимания, - все конкретные истины науки охватывают лишь достаточно узкий круг явлений. Наука научила человека сомневаться во всем, и сразу же породила вокруг себя мировоззренческий дефицит, восполнить который она принципиально не в состоянии, ибо это - дело философии или религии.  Вот почему классик немецкой философии ХУ111 века Иммануил Кант, глубоко осознавший эту проблему, ставит вопрос о границах  «теоретического разума»  в работе «Критика чистого разума». Кантовское учение о границах научного знания было направлено не против исследовательской дерзости ученых, а против необоснованных  претензий науки на мессианство, пророчества, и построение жизненных программ для человека. Кант выступил против основной для его времени формы сциентизма – против попыток научного обоснования идеи существования бога и идеи бессмертия души. «Критическая философия» Канта требовала осознания   границ и ограниченности возможностей научного знания, чтобы освободить место для духовной, моральной ориентации и  свободного нравственного выбора человека. В этом он видел смысл «подлинного просвещения».

Не вызывает сомнений, что наука представляет собой огромное достижение человеческой культуры. Она делает жизнь человека от поколения к поколению более легкой, удобной, независимой, манит перспективой изобилия материальных и духовных благ. Но абсолютизированная наука - это совсем другое явление, порождающее совершенно противоположные результаты. Объективно, наука - это только одна из сфер культуры человека, имеющая свою специфику и свои задачи, и не следует пытаться сводить все формы культуры к науке, что характерно для сциентизма. Наука сама по себе не может считаться высшей и  главной ценностью человеческой цивилизации, она - только средство в решении различных проблем человеческого существования. В нормальном гармоничном обществе должно одновременно находиться место и для науки, и для искусства, и для философии, и для религии, и для всех других форм  человеческой культуры и знания. Поэтому также неправомерна и не менее вредна другая крайняя позиция в оценке науки – антисциентизм, выражающий отрицательное отношение  к науке  и  принижающий ее роль, а в крайних случаях оценивающий  науку как силу, враждебную сущности человека.

Наука в настоящее время является наиболее развитой, сложной и специализированной формой познания.  Но наряду с ней был и продолжает существовать значительный ряд вненаучных форм знания, среди которых: ненаучное, понимаемое как обыденное или  здравый смысл, не формализуется и не описывается  законами; донаучное, выступающее прототипом и предпосылочной базой научного (учение о флогистоне, алхимия, астрология ); паранаучное (или  девиантная наука) как несовместимое, отклоняющееся от эталонов и норм, принятых в науке (парапсихология, гелиобиология А.Чижевского и др.); лженаучное (псевдонаучное), как сознательно эксплуатирующее домыслы, мифы и предрассудки (лысенковская агробиология); антинаучное как утопичное и сознательно искажающее представления о действительности в борьбе с наукой. Эти вненаучные формы познания играют в жизни людей весьма значительную роль и иногда незаменимы с практической точки зрения.

Как правило, люди располагают большим объемом обыденного знания – самого распространенного среди вненаучных. Обыденные знания производятся повседневным житейским опытом и общением. Они включают в себя  и здравый смысл, и приметы, и назидания, и рецепты, и личный опыт, и традиции. Такие знания слабо отражают глубинные, сущностные связи предметов и наряду с объективно-истинными представлениями  часто содержат предрассудки, поспешные и противоречивые обобщения.  Это – результат неспециализированной (непрофессиональной) познавательной деятельности, свойственной каждому нормальному человеку в процессе его жизнедеятельности. Её продуктом служит жизненно-практическое знание. Оно не оформлено концептуально и  не требует для своей передачи и усвоения специальной подготовки. Вместе с тем оно является основой взаимопонимания людей в их повседневной деятельности, и образует глубинный пласт всякого другого знания, в том числе и научного. Научное знание не отменяет и не может полностью заменить  знание вненаучное. В культуре нужны все виды знаний.

Суммируя вышесказанное, перечислим отличительные признаки научного  познания:

Особые объекты познания (их нельзя познать лишь с помощью обыденного опыта – микромир,  законы природы и общества  и т.д.);

Предметный и объективный способ рассмотрения изучаемых объектов, направленный на выявление их сущности, закона.

Особый язык науки, придающий строгие значения научным терминам и   понятиям;

Основу исследования составляет научный метод - специально разрабатываемый  путь, способ познания;

Специфические объекты науки обусловливают и использование особых средств научно-познавательной деятельности – специальной аппаратуры, инструментов, приборных установок;

Научное исследование должны вести специально подготовленные и обученные люди  (отличие по субъекту познания);

Истинность знания в науке всегда специально обосновывается, доказывается, подтверждается экспериментом;

Научное знание отличает системность, целостность, непротиворечивость, строгая логичность и точность выводов;

Цель науки – поиск истины, получение нового объективного знания о мире, выходящего за рамки существующего опыта и практики, опережающего и прогнозирующего характера.

Таким образом, исходя из вышеизложенных представлений о сущности и роли науки в культуре и обществе, (что называется социокультурным статусом науки), - мы можем дать ее более точное определение.

Традиционно наука рассматривается с трех сторон: как особый вид человеческой деятельности, как система дисциплинарных знаний и как социальный институт. Как вид деятельности – это познавательная деятельность, направленная на получение нового объективно-истинного знания и осуществляемая в форме специализированного научного исследования.  Результаты этой деятельности  фиксируются в форме научных представлений, понятий, теорий, научной картины мира.  Как система знаний наука своей целью ставит постижение истины и открытие объективных законов. Результаты получения нового знания сводятся в систему на основании определенных принципов. Разрозненные сведения не являются научными. Как социальный институт наука обеспечивает накопление знаний и их распространение для использования его на практике (материальное производство, духовное творчество и т.д.). Для этого имеются научные институты, научные школы, лаборатории, система подготовки научных кадров и т.д. Наука - это форма культуры, представляющая собой совокупность объективных знаний о мире, а также   процесс получения этих знаний и различные формы,  механизмы их применения в практической жизни людей. Наука понимается как динамическая система объективно истинных знаний о существенных связях действительности, получаемых и развиваемых в результате специальной познавательной деятельности и превращаемых благодаря их применению в непосредственную практическую силу общества. Наука – это сфера познавательной деятельности людей, система объективно-истинного и обоснованного знания о мире.

Социокультурный статус современной науки в ее взаимодействии с различными сферами культуры выражается в выполняемых наукой социальных функциях. Обычно выделяют три группы социальных функций науки: 1.функции культурно-мировоззренческие, 2. функции науки как непосредственной производительной силы, 3.функции науки как  социальной силы в решении проблем общественного развития.

Современная наука – сложная развивающаяся система, включающая многообразие различных форм знания, методов и уровней научного исследования,  имеет внутри себя определенную структуру. В науковедении и методологии науки принято различать два основных уровня научного исследования и организации знания – эмпирический и теоретический. Они отличаются между собой по предмету, по средствам, методам и по результатам исследования. В русском языке слово «эмпирия» означает «опыт», соответственно эмпирическое познание – это опытное познание. Здесь идет процесс накопления фактов, информации об исследуемых явлениях, широко проводятся наблюдения, сравнения, измерения, описания, ставятся различные эксперименты, образуются и вводятся в научный обиход новые понятия, проводится первичная систематизация знаний в форме таблиц, схем, перечней, графиков и даже формулируются эмпирические зависимости как непосредственное обобщение устойчивой повторяемости наблюдаемых фактов (например, законы Кеплера в астрономии, закон Бойля в химии. А слово «теория» означает «рассматриваю», «исследую». В строгом смысле слова теория означает непротиворечивую систему логических высказываний, включающих в себя определение понятий, принципы, математические формулы, схемы, графики и т.п., образованные для объяснения и установления законов природных, технических и социальных явлений. Наука возникает тогда, когда теоретическое знание начинает управлять эмпирическими процедурами. Основные функции научной теории:  описание, объяснение и предсказание. Описательная функция теории дает возможность изложить данные наблюдений и экспериментов  - научные факты - на языке данной науки, осуществляя при этом их первичную интерпретацию (истолкование). Объяснительная функция позволяет осмыслить объясняемые факты в системе теоретического знания. Предсказательная функция теории демонстрирует ее способность к дальним и точным прогнозам на основе открытых законов и существенных связей.

Современная наука характеризуется тем, что в целом она выступает как теоретическая система знаний, включающая в качестве своих компонентов эмпирический базис – систему фактов  и абстрактно-теоретические построения, которые соответственно формируются на эмпирическом и теоретическом уровнях научного исследования. Развитие науки предполагает непрерывное взаимодействие опыта и теории. Вместе с тем целью научного познания является не накопление опытных данных, а теоретическое объяснение различных явлений, событий и фактов. Поэтому уровень развития науки определяется не столько количеством и качеством добытых эмпирических данных, сколько количеством и качеством выдвинутых и достаточно обоснованных теорий, концепций. Современное естествознание, накопив значительный эмпирический материал, во многих областях (химии, биологии, космологии) испытывает потребность в новых фундаментальных теориях для их объяснения.

  •  Предметом эмпирического исследования являются фрагменты реальных предметов, процессов. Тогда как теоретический уровень исследований имеет дело не с материальными предметами, а с идеализированными, абстрактными  моделями целого класса объектов.
  •  Основой эмпирического познания является непосредственное взаимодействие исследователя с объектом в форме наблюдений и экспериментов. На теоретическом уровне, где имеют дело с абстрактными моделями, возможны лишь мысленные эксперименты.
  •  Результатом эмпирического исследования являются простые причинные и необходимые связи. На теоретическом уровне познаются существенные и закономерные связи.
  •  Структура научного знания не исчерпывается эмпирическим и теоретическим уровнями – она включает  также и особый слой сверхтеоретического знания - метатеоретические основания науки, куда входят три главных составляющих блока оснований науки: идеалы и нормы научного исследования, научная картина мира и философские основания (идеи и принципы).  Эти основания обеспечивают целостность научного знания и предметной области науки, определяют стратегию научного поиска, а также во многом обеспечивают  включение его результатов в культуру соответствующей исторической эпохи. Именно в процессе формирования, перестройки и функционирования оснований наиболее отчетливо прослеживается социокультурная  размерность научного знания.

Контрольные вопросы

1. Что такое знание

2. Когда возникла наука, в какую эпоху Какие точки зрения существуют по проблеме начала науки

3.Каковы основные отличительные признаки  научного познания 

4. Какие вненаучные формы познания существуют в современной культуре 

5. Дайте определение науки как особой формы культуры.

6. Что выражает социокультурный статус науки

7. Какие социальные функции выполняет наука в системе культуры

8. Какова структура научного познания 

9. В чем заключаются основные функции научной теории 

10. Что такое эмпирический базис современной науки

        11. Что входит в метатеоретические основания науки


Лекция 4. Естествознание в системе науки и культуры. 

Основные понятия, включенные в систему тренинг-тестирования:

подсистемы науки; естествознание; физические научные знания; химические знания; биологические знания; геологические и географические знания; космологические знания; социально-гуманитарные исследования или обществознание; технические науки; технознание; дифференциация и интеграция; проблемная ориентация; междисциплинарная наука; фундаментальная наука; прикладная наука.

Современную науку называют «большой наукой» по сравнению с наукой Х1Х века.  Это характеризует ее и по количеству учёных (свыше 5 млн. человек), и по объему мировой научной информации, которая удваивается каждые 10-15 лет, и по финансовым затратам (развитые страны тратят на науку свыше  5 % валового национального дохода).

Современная наука дисциплинарно организована. Она состоит из различных областей знания, взаимодействующих между собой и вместе с тем имеющих относительную самостоятельность. Наука охватывает сейчас около 15 тысяч дисциплин, которые разделяются на фундаментальные и прикладные, естественные и общественные. Дисциплинарная дифференциация науки связана со специализацией научного познания. Эта тенденция выражает сущностную черту науки – стремление к глубокому познанию.

Научные дисциплины, образующие в своей совокупности систему науки в целом весьма условно можно подразделить на отдельные классификационные  типы, поскольку резкой грани между ними нет и ряд наук занимает промежуточное положение.

В классификации научных дисциплин традиционно выделяются три основных сферы научного знания (подсистемы науки) - естествознание, социально-гуманитарные (общественные) и технические науки,  различающиеся по своим предметам и методам.  Каждая из указанных подсистем в свою очередь образует систему разнообразным способом  взаимосвязанных научных дисциплин, что делает проблему их детальной классификации  крайне сложной.

Вся совокупность научных знаний о природе формируется естествознанием. Его предметом является природа как совокупность  естественных условий существования человека и общества.  Природа- это то, что находится  при роде человеческом, то, из чего рождается сам человек  и без чего невозможно его существование. Человек природен в силу своего физико-биологического содержания. Естествознание выступает как теоретическое отношение человека к природному миру, как наука о человеке в природе.

Ныне естествознание представлено сотнями научных дисциплин: физических, химических, биологических, космологических и др. Структура естествознания является непосредственным отражением логики природы. Общий объем и структура естественнонаучных знаний огромны и разнообразны. Сюда включается знание о веществе и его строении, о движении и взаимодействии веществ, о химических элементах и соединениях, о живой материи и жизни, о Земле и Космосе. От этих объектов естествознания берут свое начало и фундаментальные естественнонаучные направления.

Тела, их движение, превращения и формы проявления на различных уровнях являются объектом физических научных знаний. В силу своего фундаментального характера они лежат в основе естествознания и обусловливают все другие знания.

Химические элементы, их свойства, превращения и соединения отражаются химическими знаниями. Они имеют много точек соприкосновения с физическими знаниями, на основе чего возникает целый ряд смежных дисциплин - физическая химия, химическая физика и др.

Биологические знания охватывают группу знаний о живом, своим предметом изучения они имеют клетку и все от нее производное. В основе биологических знаний лежат знания о веществе, химических элементах. В силу этого на стыке наук возникают такие науки, как биофизика, биохимия и др.

Земля как планета является предметом изучения геологических и географических знаний. Они рассматривают строение и развитие нашей планеты. На стыке с другими группами знаний возникают геохимия, палеонтология, геофизика и др.

Одним из наиболее древних, но в то же время самым современным направлением в науке являются космологические знания, предметом которых является Вселенная как целое. Космология изучает состояния и изменения космических объектов.

Вторым направлением научного знания являются социально-гуманитарные исследования или обществознание. Здесь предметом познания выступает все то, что представляет общество и социальность человека. Общественные науки дают знания об отдельных разновидностях и всей совокупности общественных связей и отношений. По своему характеру научные знания об обществе могут быть сгруппированы по трем направлениям: социологические, предметом которых является общество как целое; экономические - отражают трудовую деятельность людей, отношения собственности, общественное производство, обмен, распределение и основанные на них отношения в обществе; государственно-правовые знания - имеют в качестве своего предмета государственно-правовые структуры и отношения в общественных системах, их рассматривают все науки о государстве и политические науки.

Человек является объектом изучения большого числа разнообразных наук, которые рассматривают его в различных аспектах. Из всей совокупности наук гуманитарные науки ориентированы на интересы человека, который выступает для них в качестве меры всех вещей. Человек и его мыслительные способности изучаются психологией - наукой о человеческом сознании; логикой - наукой о законах и формах познающего мышления. К гуманитарным относятся также история, языкознание, литературоведение, философия, культурология и т. п.

Третье направление научного познания – технические науки, технознание.  Под техникой обычно понимают совокупность искусственно созданных материальных средств и орудий практической деятельности. Это понятие включает машины, инструменты, строения, транспортные средства, системы и средства управления, добычи, хранения и переработки вещества, энергии, информации и т.д. Техника составляет важнейший элемент производительных сил. Техника – это искусственно созданная «вторая природа», и  представляет собой преобразованную «первую природу», поэтому продолжает «жить» по ее законам в специфической форме. Техника выступает как материализованное естественнонаучное знание. Поэтому технознание ближе всего к естественнонаучному,  и, чтобы провести границу между ними, нужно иметь в виду следующее. Во-первых, в понятиях естествознания отражается природа как таковая, в то время как технознание делает акцент на том, что может служить эффективному производству техники.  Во-вторых, если в понятиях естествознания природные процессы воспроизводятся в «чистом», незамутненном посторонними привнесениями виде, то в понятиях технических наук они берутся с известными приближениями к условиям их проявления и использования в реальных материалах и конструкциях. Поэтому понятия технознания менее абстрактны и идеализированы. В-третьих, понятия техники относительно быстро меняют свое содержание, поскольку непосредственно связаны с общественной практикой. В-четвертых, так как техническое знание ориентировано на задачи предметно-практической деятельности, то оно излагается в неразрывной связи с приемами технологического применения.

Эти три сферы науки должны рассматриваться как  части единого целого (подсистемы), взаимосвязанные между собой, граница между которыми лишь относительна. Всю историю науки пронизывает сложное диалектическое взаимодействие  процессов дифференциации и интеграции: освоение всё новых областей реальности и углубление познания приводят к дифференциации науки, к дроблению ее на всё более специализированные области знания; вместе с тем потребность в синтезе знаний постоянно находит  выражение  в тенденции к интеграции науки. Первоначально новые отрасли науки формировались по предметному признаку – с вовлечением в процесс познания новых объектов и сторон действительности. Для современной науки становится все более характерным переход от предметной к проблемной ориентации, когда новые области знания возникают в связи с выдвижением определенной крупной теоретической или практической проблемы. Проблемный характер ориентации современной науки вызвал к жизни широкое развертывание междисциплинарных и комплексных исследований. Между отдельными дисциплинами устанавливаются  разнообразные связи: концептуальные, методологические, предметные, функциональные и др. Примером этого является исследование проблем охраны природы, находящееся на  перекрестке технических наук, биологии, наук о Земле, медицины, экономики, математики и др.  Сегодня существует такое явление как  «междисциплинарная наука»: физическая химия, биофизика, биохимия и др. К междисциплинарным наукам относятся также математика, кибернетика, общая теория систем (ОТС) и синергетика. Принципы, понятия и методы этих наук используются и в естественных, и в гуманитарных, и в технических науках,  Между естествознанием и обществознанием также происходит обмен методами и принципами. Важной формой интеграции является создание и развитие единой научной картины мира, которая включает идеи, общие для природы, человека и общества (картина глобального эволюционизма).

В ХХ столетии произошло важное разделение науки на фундаментальную и прикладную в зависимости от направленности и непосредственного отношения к практике. Задачей фундаментальных наук является познание законов, управляющих поведением и взаимодействием базисных структур природы, общества и мышления. Эти законы и структуры изучаются в «чистом виде», как таковые, безотносительно к их возможному использованию. Непосредственная цель прикладных наук  - применение результатов фундаментальных наук для решения не только познавательных, но и социально-практических, производственных, технических проблем.  Эта связь выявляет практический потенциал науки и открывает канал устойчивого влияния теоретических исследований на производство. В ХХ  веке наука превратилась в непосредственную производительную силу общества, а производство, техника и технология всё больше становятся реальным воплощением научных знаний. Как правило, фундаментальные науки опережают в своём развитии прикладные, создавая для них теоретический задел.

В естествознании  также существуют фундаментальные и прикладные науки.  Проблемы, которые ставятся перед учеными извне, называются прикладными, решаются они в рамках прикладного естествознания. Проблемы, возникающие внутри самой науки, – фундаментальными. Не следует слово «фундаментальный» смешивать непременно со словом «важный», «большой». Прикладное исследование может иметь очень большое значение и для самой науки, в то время как фундаментальное  – не применимо.  

Наряду с указанными основными научными направлениями к отдельной группе знаний должны быть отнесены знания науки о себе самой – науковедение. Появление этой отрасли знания относится к 20-м годам нашего столетия и означает, что наука в своем развитии поднялась до уровня понимания своей роли и значения в жизни людей. Науковедение сегодня считается самостоятельной, быстро развивающейся научной дисциплиной.

 

Контрольные вопросы

1. Какие основные сферы научного знания выделяют в современной науке 

  1.  Что является предметом естествознания  
  2.  Какие Вы знаете фундаментальные естественнонаучные направления 
  3.  Что изучают социально-гуманитарные науки?   Назовите социальные и гуманитарные.
  4.  Какова связь между естествознанием и технознанием
  5.  Что означает  для современной науки переход от предметной к проблемной ориентации
  6.  Что выражает понятие «междисциплинарная наука»,  приведите примеры  
  7.  В чем различие между фундаментальной и прикладной наукой 

 


Лекция 5. Исторические этапы познания природы. Особенности современного естествознания

Основные понятия, включенные в систему тренинг-тестирования:

«доклассическая-натурфилософская» стадия развития естествознания; натурфилософский подход;  математическая программа; учение атомизма; программа Аристотеля;  аналитическая стадия естествознания; “классическое естествознание”; комплексные научные революции; новейшая революция в естествознании; синтетическая стадия естествознания; современное естествознание; неклассическое естествознание; современная научная парадигма;  интегральная стадия естествознания; неклассический стиль мышления; постнеклассическая наука, идея глобального эволюционизма.

По мнению историков науки, естествознание прошло три стадии исторического развития и в конце ХХ – начале ХХI вв. вступает в четвертую.

Первая стадия развития естествознания носит название «доклассическая-натурфилософская». Её характерными чертами являются – накопление общих, практических знаний о природе, в области физики, математики, астрономии, химии, биологии на опытной основе. В этот период господствует наблюдение, а не эксперимент, преобладают догадки, а не опытно воспроизводимые выводы. Здесь теоретические положения и выводы базируются не столько на опытных данных, сколько  на целостности и непротиворечивости картины мира, отражающей систему мироздания. Этот синтез философских и умозрительных натуралистских идей восполнял неразвитость естествознания в области точных и теоретических знаний о природе. Такой подход получил название натурфилософского.

Первоначально знания передавались по принципу наследственного профессионализма, от старшего к младшему внутри особой касты (служители культов в Древнем Египте, Индии, Шумере, Вавилоне, Китае и т.д.). Древние цивилизации дали миру множество конкретных знаний о природе, но им не были свойственны ни фундаментальность, ни теоретичность. Не соответствуют древние знания критериям научности и рациональности, предпочтение отдавалось интуиции и сверхчувственному познанию, преобладали догадки и умозрительные выводы. Знания были рецептурными - набором алгоритмов и правил для решения отдельных задач, отсутствовала система доказательств и выведения общих законов. Таким образом, можно сделать вывод, что на Древнем Востоке отсутствовала подлинная наука в современном понимании этого термина, тем не менее, знания были накоплены значительные, и их необходимо учесть в качестве исходных для формирования естествознания.

Появление и зарождение естественнонаучных знаний связывают с Древней Грецией VIIVI вв. до н.э. Именно в этот период в накопленных греками знаниях проявляются те характеристики и свойства, которые позволяют говорить о греческом комплексе знаний о природе как о становящейся науке. Среди этих характеристик – деятельность по целенаправленному получению новых знаний, наличие специальных людей и организаций по получению этого знания. Именно в Греции появляются первые научные программы, существенно связанные со всей спецификой древнегреческой цивилизации и культуры, возникают такие формы познавательной деятельности как систематическое доказательство, рациональное обоснование, логическая дедукция, идеализация. Но решительный отказ от практической деятельности  в древнегреческой науке имел и обратную сторону – неприятие эксперимента как метода познания, что закрывало дорогу становлению экспериментального естествознания, являющегося характерной чертой современной точной науки. Тем не менее, древнегреческую натурфилософию можно относить к становящейся науке, так как был очерчен предмет, существовали свои методы изучения и способы  логического доказательства. Первыми научными программами античности стали:

  •  математическая программа, представленная Пифагором и позднее развитая Платоном. Суть ее в следующем: мир – это упорядоченный Космос, чей порядок сродни порядку внутри человеческого разума. Следовательно, возможен рациональный анализ эмпирического мира. Умственный анализ обнаруживает за  видимым миром вневременной порядок, сущность нашего мира – количественные отношения действительности. Познание сущности мира требует от человека сознательного развития его познавательных способностей – разума, интуиции, опыта, оценки, памяти, нравственности. Итогом познания становится духовное освобождение человека.
  •  учение атомизма (Левкипп, Демокрит). Начало всего сущего – это неделимые частицы–атомы и пустота. Ничто не возникает из несуществующего и не уходит в небытие. Возникновение вещей есть соединение атомов, а уничтожение – распадение на части, в пределе – на атомы. Причины естественных явлений безличны и имеют физическую природу, их следует искать в земном мире. Атомизм является первой физической программой.
  •  программа Аристотеля. Аристотель пытается найти третий путь, возражая Демокриту и Платону. В качестве причин бытия он называет: формальную, материальную, действующую и целевую. Мир рассматривается как целое, естественно возникшее образование, имеющее причины в себе самом, при этом мир является двойственным образованием – неизменная основа проявляется через подвижную эмпирическую видимость. Заслугой Аристотеля является и то, что он ставит науку на прочный фундамент логически обоснованного мышления с использованием понятийно–категориального аппарата.

В Средние века проблемы истины решались не наукой или философией, а теологией (философское учение о Боге). В этой ситуации наука становится средством решения чисто практических  религиозных задач (к примеру, арифметика и астрономия были заняты вычислением дат религиозных праздников). Такое чисто прагматическое отношение к средневековому естествознанию привело к тому, что оно утратило одно из самых ценных качеств античной натурфилософии, в которой научное знание рассматривалось как самоцель, познание истины осуществлялось  ради самой истины, а не ради практических результатов. В недрах средневековой культуры развивались такие специфические области знания, как астрология, алхимия, натуральная магия, которые представляли собой промежуточное звено между практическим ремеслом и натурфилософией и в силу своей практической направленности содержали в себе зародыш будущей экспериментальной науки.

Вторая стадия. Период конца 16 – начала 17 столетия связывают в естествознании с формированием и систематическим развитием экспериментально–теоретических исследований, его часто именуют аналитическим, или точным естествознанием. Накопление большого количества сведений о мире мореплавателями, путешественниками, астрономами, химиками и алхимиками к началу 17 столетия породило стремление к более детальному изучению объектов, что привело к дифференциации (разделению, расчленению) существующих наук. К примеру, в физике выделяются механика, оптика, физика сред (газов, жидкостей и т.д.). Таким образом, важнейшими особенностями аналитической стадии естествознания являются:

  •  Тенденция к возрастающей дифференциации естественных наук.
  •  Преобладание эмпирических знаний над теоретическими.
  •  Преимущественное внимание отводилось исследованию предметов природы в сравнении с исследованиями процессов.
  •  Природа рассматривалась как неизменная во времени, то есть вне эволюции, а ее разные сферы – вне связи друг с другом.

Понятие “классическое естествознание” охватывает период развития науки с XVII в. по 20-е годы XX в., то есть до времени появления квантово-релятивистской картины мира. Разумеется, наука XIX в. довольно сильно отличается от науки XVIII в., которую только и можно считать по-настоящему классической наукой. Тем не менее, поскольку в науке XIX в. по-прежнему действуют гносеологические представления науки XVIII в., мы объединяем их в едином понятии - классическая наука. Этот этап естествознания характеризуется целым рядом специфических особенностей:

1. Стремление к завершенной системе знаний, фиксирующей истину в окончательном виде. Это связано с ориентацией на классическую механику, представляющую мир в виде гигантского механизма, четко функционирующего на основе вечных и неизменных законов механики. Поэтому механика рассматривалась и как универсальный метод познания окружающих явлений, в результате дававший систематизированное истинное знание, и как эталон всякой науки вообще. Эта ориентация на механику приводила к механистичности и метафизичности не только классической науки, но и классического мировоззрения, а также проявлялась в целом ряде частных установок: - однозначность в истолковании событий, исключение из результатов познания случайности и вероятности, которые расценивались как показатели неполноты знания; - исключение из контекста науки характеристик исследователя, отказ от учета особенностей (способов, средств, условий) проведения наблюдения и эксперимента; субстанциональность - поиск проосновы мира; оценка имеющегося научного знания как абсолютно достоверного и истинного; осмысление сущности познавательной деятельности как зеркального отражения действительности.

2. Рассмотрение природы как из века в век неизменного, всегда тождественного самому себе, неразвивающегося целого. Данный методологический подход породил такие специфические для классического естествознания исследовательские установки, как  статичность, элементаризм и антиэволюционизм. Усилия ученых были направлены в основном на выделение и определение простых элементов сложных структур (элементаризм) при сознательном игнорировании тех связей и отношений, которые присущи этим структурам как динамическим целостностям (статичность). Истолкование явлений реальности, поэтому было в полной мере метафизическим, лишенным представлений об изменчивости, развитии, историчности (антиэволюционизм).

3. Сведение самой Жизни и вечно живого на положение ничтожной подробности Космоса, отказ от признания их качественной специфики в мире-механизме, четко функционирующем по законам, открытым И.Ньютоном. В этом абсолютно предсказуемом мире (идею всеобщего и полного детерминизма наиболее точно высказал Лаплас: если бы было известно положение всех частей и элементов мира и силы, действующие на них, если бы нашелся ум, объединивший эти данные в одной формуле, не осталось бы ничего непонятного в природе, было бы открыто не только прошлое, но и будущее) не было места жизни, организм понимался как механизм. Казалось, чем дальше шел ход человеческой мысли, тем резче и ярче выступал такой чуждый живому, человеческой личности и ее жизни, стихийно непонятный человеку Космос. Бренность и ничтожность жизни, ее случайность в Космосе, казалось, все более подтверждались успехами точного знания. Лишь одна религия продолжала отводить человеку особое место в мире. Присущее христианству резкое разделение духовного и материального и упор на превосходство духовного ныне получили противоположную оценку: мир физический все более представлялся основным средоточием человеческой деятельности. Христианское противопоставление духа и материи постепенно превращалось в свойственное классическому мышлению противопоставление разума и материи, человека и Космоса.

4. Наука вытесняла религию в качестве интеллектуального авторитета. Человеческий разум и практическое преобразование природы как результат его деятельности полностью вытеснили теологическую доктрину и Священное Писание в качестве главных источников познания Вселенной. Вера и разум были окончательно разведены в разные стороны. Место религиозных воззрений заняли рационализм, который выдвинул концепции человека как высшей, или окончательной, формы разума,  дал жизнь светскому гуманизму и эмпиризму, который выдвинул концепцию материального мира как важнейшей и единственной реальности, чем заложил основы научного материализма.

Оставаясь в целом метафизическим и механистическим, классическое естествознание готовит постепенное крушение метафизического взгляда на природу. В ХУII-ХУШ вв. в математике разрабатывается теория бесконечно малых величин (И. Ньютон, Г. Лейбниц), Р. Декарт создает аналитическую геометрию, М.В. Ломоносов - атомно-кинетическое учение, широкую популярность завоевывает космогоническая гипотеза Канта-Лапласа, что способствует внедрению идеи развития в естественные, а затем и в общественные науки. В естествознании постепенно складывались предпосылки для новых крупных научных революций, начавшихся в конце XVIII - первой половине XIX века и охвативших одновременно несколько областей знания. Это были так называемые комплексные научные революции (коренная смена, ломка устаревших научных представлений), протекавшие в рамках классической науки и мировоззрения. Общим для этих революций стало утверждение идеи всеобщей связи и эволюционного развития в естествознании, стихийное проникновение диалектики в науку вообще и в естествознание в частности. На первый план выдвигаются физика и химия, изучающие взаимопревращения энергии и видов вещества (химическая атомистика), в геологии возникает теория развития Земли (Ч. Лайель), в биологии зарождается эволюционная теория Ж.-Б. Ламарка, развиваются такие науки, как палеонтология (Ж. Кювье), эмбриология (К.М. Бэр).

Особое значение имели революции, связанные с тремя великими открытиями второй трети XIX в. - клеточной теории Шлейденом и Шванном, закона сохранения и превращения энергии Майером и Джоулем, создание Дарвином эволюционного учения. Затем последовали открытия, продемонстрировавшие диалектику природы полнее: создание теории химического строения органических соединений (А.М. Бутлеров, 1861), периодической системы элементов (Д.И. Менделеев, 1869), химической термодинамики (Я.Х. Вант-Гофф, Дж. Гиббс), основ научной физиологии (И.М. Сеченов, 1863), электромагнитной теории света (Дж.К. Максвелл, 1873).

В результате этих научных открытий естествознание поднимается на качественно новую ступень и становится дисциплинарно организованной наукой. Если в XVIII в. оно было преимущественно наукой, собирающей факты, наукой о законченных предметах, то в XIX в. оно стало систематизирующей наукой, то есть наукой о предметах и процессах, их происхождении и развитии.

Третья стадия в историческом  познании природы связана с переходом от аналитической стадии естествознания к синтетической в конце ХХ- начале ХХ века.

Необходимо подчеркнуть, что, подобно тому как аналитическое естествознание включало в себя натурфилософские подходы, хотя и в измененном виде, также и синтетическое естествознание все еще сохраняет в себе основные традиции аналитической стадии, дополняя их новой ориентацией на создание синтетических дисциплин на стыке смежных наук.

Центральной проблемой естествознания становится синтез знания, поиск путей единства наук, проблема соотношения разнообразных методов познания. В естествознании активно идет процесс дифференциации наук, дробление крупных разделов науки на более мелкие (например, выделение в физике таких разделов, как термодинамика, физика твердого тела, электромагнетизм и т.д.; или - образование таких самостоятельных биологических дисциплин, как цитология, эмбриология, генетика и т.д.). К концу XIX в. появляются первые признаки процесса интеграции наук, который будет характерен для науки XX в.  Это появление новых научных дисциплин на стыках наук, охватывающих междисциплинарные исследования (например, биохимия, геохимия, биогеохимия, физическая химия и др.).  Внешняя причина интеграции частных дисциплин – невозможность объяснить многие химические явления чисто химическими средствами и необходимость обращаться за помощью к смежной физике. Внутренняя причина интеграции состоит в многообразных проявлениях принципиального единства природы, которая не знает никакого абсолютно резкого деления на рубрики и разные науки.

Современное  естествознание, отсчет которого ведется с 10-20-х гг. XX столетия, феномен весьма сложный и неоднозначный. Его уже невозможно охарактеризовать одним словом, как это было с предшествующими этапами развития науки (античная наука - натурфилософская, средневековая - схоластическая, классическая - метафизическая). Современное естествознание - это широкая ассоциация математических, естественнонаучных, гуманитарных и технических отраслей, дисциплинарных и междисциплинарных исследований, фундаментальных и прикладных, прочих знаний. Однако, несмотря на существование различных отраслей в современном естествознании, мы можем говорить о нем как о едином феномене. Единство современного естествознания обнаруживается в постоянно проявляющемся своеобразии стратегии исследований, форме постановки и изучения проблем, способе получения знаний. Наиболее полно усвоить специфику современного естествознания можно только при сопоставлении его с предшествующим классическим естествознанием, критическое переосмысление идеалов и норм которого в основном и определило современную научную парадигму (от греч. «paradeigma» - пример, образец - ведущая научная идея, возведенная в качестве эталона, образца принятия научных решений).

В XIX и начале XX века естествознание вступило в свой золотой век. Во всех его важнейших областях произошли удивительные открытия, широко распространилась сеть институтов и академий, организованно проводивших специальные исследования различного рода, на основе соединения науки с техникой чрезвычайно быстро расцвели прикладные области. Оптимизм этой эпохи был напрямую связан с верой в науку и ее способность до неузнаваемости преобразить состояние человеческого знания, обеспечить здоровье и благосостояние людей.

Сложившаяся ситуация в науке и мировоззрении требовала своего разрешения. Оно появилось в ходе новейшей революции в естествознании, начавшейся с 90-х гг. XIX в. и продолжавшейся до середины XX века. Это была глобальная научная революция, по своим результатам и значению сравнимая с революцией XVI - XVII вв. Она началась в физике, затем проникла в другие естественные науки, кардинально изменила философские, методологические, гносеологические, логические  основания науки в целом, создав феномен современной науки.

Другим результатом научной революции стало утверждение неклассического стиля мышления. Стиль научного мышления - принятый в научной среде способ постановки научных проблем, аргументации, изложения научных результатов, проведения научных дискуссий и т.д. Он регулирует вхождение новых идей в арсенал всеобщего знания, формирует соответствующий тип исследователя. Новейшая революция в естествознании привела к замене созерцательного стиля мышления деятельностным. Этому стилю свойственны следующие черты:

1. Изменилось понимание предмета знания: им стала теперь не  реальность в чистом виде, фиксируемая живым созерцанием, а некоторый ее срез, полученный в результате определенных теоретических и эмпирических способов освоения этой реальности.

2. Естествознание перешло от изучения вещей, которые рассматривались как неизменные и способные вступать в определенные связи, к изучению условий, попадая в которые вещь не просто ведет себя определенным образом, но только в них может быть или не быть чем-то. Поэтому современная научная теория начинается с выявления способов и условий исследования объекта.

3. Зависимость знаний об объекте от средств познания и соответствующей им организации знания определяет особую роль прибора, экспериментальной установки в современном естественнонаучном познании. Без прибора нередко отсутствует сама возможность выделить предмет науки (теории), так как он выделяется в результате взаимодействия объекта с прибором.

4. Анализ лишь конкретных проявлений сторон и свойств объекта в различное время, в различных ситуациях приводит к объективному «разбросу» конечных результатов исследования. Свойства объекта также зависят от его взаимодействия с прибором. Отсюда вытекает правомерность и равноправие различных видов описания объекта, различных его образов. Если классическое естествознание имело дело с единым объектом, отображаемым единственно возможным истинным способом, то современное – имеет дело с множеством проекций этого объекта, но эти проекций не могут претендовать на законченное всестороннее его описание.

5. Отказ от созерцательности и наивной реалистичности установок классического естествознания привел к усилению математизации современного естествознания, сращиванию фундаментальных и прикладных исследований, изучению крайне абстрактных, абсолютно неведомых ранее науке типов реальностей - реальностей потенциальных (квантовая механика), виртуальных (физика высоких энергий), описание сложных “человекоразмерных” объектов (социо-природные экологические комплексы, генно–инженерные объекты исследования, биосфера в целом и т.д.), что привело к взаимопроникновению факта и теории, к невозможности отделения эмпирического от теоретического.

6. Современное естествознание отличает повышение уровня его абстрактности, утрата наглядности, что является следствием математизации науки, возможности оперирования высоко абстрактными структурами, лишенными наглядных прообразов.

7. Изменились также логические основания естествознания. Оно стало использовать такой логический аппарат, который наиболее приспособлен для фиксации нового деятельностного подхода к анализу явлений действительности. С этим связано использование неклассических (неаристотелевских) многозначных логик, ограничения и отказы от использования таких классических логических приемов, как закон исключенного третьего.

  1.  Еще одним итогом революции в естествознании стало развитие биосферного класса наук и новое отношение к феномену жизни. Жизнь перестала казаться случайным явлением во Вселенной, а стала рассматриваться как закономерный результат саморазвития материи, также закономерно приведший к возникновению разума. Науки биосферного класса, к которым относятся почвоведение, биогеохимия, биоценология, биогеография, изучают природные системы, где идет взаимопроникновение живой и неживой природы, то есть происходит взаимосвязь разнокачественных природных явлений. В основе биосферных наук лежит естественноисторическая концепция, идея всеобщей связи в природе. Жизнь и живое понимаются в них как существенный элемент мира, действенно формирующий этот мир, создавший его в нынешнем виде.

Современное естествознание связано с квантово-релятивистской картиной мира. Почти по всем своим характеристикам оно отличается от классического, поэтому современное естествознание иначе называют неклассическим.

Четвертая стадия, которую условно можно назвать интегральным естествознанием, начинает заявлять о себе в конце ХХ столетия. В дальнейшем она будет углубляться по мере того, как малый синтез двух трех смежных дисциплин будет дополняться  масштабным объединением разных дисциплин и направлений научных исследований.  Примерами таких новых интегральных научных направлений являются кибернетика как наука об управлении в неживых,  живых, технических и социальных системах; учение о четырех основных типах фундаментальных взаимодействий в природе, а также теория «великого объединения» в рамках релятивистской квантовой механики и космологии; общая теория систем и синергетика как теория самоорганизации. Существенную интегрирующую роль выполняют и такие общенаучные методы исследования как математизация естествознания и системный подход.

Уже сегодня все исследования природы подобны огромной сети, связывающей многочисленные ответвления физических, химических, биологических наук о единой природе. По мнению исследователей науки, дальнейшая разработка теории эволюции Вселенной позволит объединить на более глубокой основе все науки о неживой и живой природе. И тогда естествознание, возможно, будет выступать как единая и многогранная наука о природе.

Отметим также, что в настоящее время появились реальные основания для объединения естественных и гуманитарных  наук на базе принципов глобального эволюционизма и синергетики, что создает предпосылки для становления будущей науки, объединяющей науки о природе, обществе и человеке в единую науку о человеке; когда человек станет непосредственным предметом естествознания, а природа – непосредственным предметом науки о человеке.

В настоящее время все отчетливее можно обнаружить проникновение идей, развиваемых в гуманитарных науках, в естествознание и наоборот, что происходит через общенаучную картину мира. Так, в естественнонаучном познании, благодаря прежде всего синергетике, устанавливается новое взаимоотношение человека с природой. Последняя перестает быть «мертвым механизмом». Для обеспечения своего будущего человек уже не может полагать, что он не имеет принципиальных ограничений в своих попытках изменять природу в соответствии с собственными потребностями, но вынужден изменять свои потребности в соответствии с возможностями природы («экологический императив»). Это означает, что устанавливается новое отношение человека с природой – отношение  не монолога, а диалога. Ранее эти аспекты были характерны для гуманитарного познания. Теперь через общенаучную картину мира они проникают в различные области естествознания, становясь приоритетными принципами анализа. Вместе с тем, идеи и принципы, получившие развитие в естественнонаучном знании начинают постепенно внедряться в гуманитарные науки. Идеи необратимости, вариабельности в процессе принятия решений, многообразие развития после « точек бифуркации», получившие обоснование в синергетике, оказываются значимыми для гуманитарных наук. Если с этих позиций подойти к рассмотрению общества, то как открытая, неравновесная система, оно под влиянием даже очень слабых воздействий может перестроить свою организацию таким образом, что его дальнейшее функционирование окажется непредсказуемым. Строя различные концепции развития общества, изучая человека, его сознание, уже нельзя абстрагироваться от этих методологических регулятивов, приобретающих общенаучный характер.

Гуманитаризация и гуманизация как заметная тенденция в современной культуре сказывается и на оценке социокультурного статуса науки. Использование научных открытий для создания новых видов оружия и особенно создание атомной бомбы заставило человечество пересмотреть свою прежнюю безоговорочную веру в науку. Кроме того, с середины XX века современная наука стала получать в свой адрес многочисленные критические оценки со стороны философов, культурологов, деятелей литературы и искусства. По их мнению, техника умаляет и дегуманизирует человека, окружая его сплошь искусственными предметами и приспособлениями; она отнимает его у живой природы, ввергая в безобразно унифицированный мир, где цель поглощают средства, где промышленное производство превратило человека в придаток машины, где решение всех проблем видится в дальнейших технических достижениях, а не в человеческом их решении. Непрекращающаяся гонка технического прогресса, требующая все новых сил и все новых экономических ресурсов, выбивает человека из колеи, разрывая природную связь с Землей. Рушатся традиционные устои и ценности. Под воздействием нескончаемых технических новшеств современная жизнь меняется с неслыханной быстротой. К этой гуманистической критике вскоре присоединились более тревожные конкретные факты неблагоприятных последствий научных достижений. Опасное загрязнение воды, воздуха, почвы планеты, вредоносное воздействие на животную и растительную жизнь, вымирание бесчисленных видов, коренные нарушения в экосистеме всей планеты - все эти серьезные проблемы, вставшие перед человеком, заявляли о себе все громче и настойчивей. Эти факты, которые отчетливо проявляются в современном естествознании и мировоззрении, говорят об их кризисе, разрешить который сможет только новая глобальная мировоззренческая революция, частью которой будет и новая революция в науке. К концу ХХ века мир потерял свою веру в науку, она безвозвратно утратила свой прежний незапятнанный облик, как оставила свои прежние заявления об абсолютной непогрешимости его знания. Такая же кризисная ситуация сложилась и в других сферах человеческой культуры. Поиск путей выхода из этого глобального кризиса еще только идет, черты будущего постмодернистского мировоззрения, как и новой постнеклассической науки, еще только намечаются. По мнению большинства отечественных ученых-науковедов (В.С. Степин, Л.Ф. Кузнецова), будущая наука будет обладать следующими чертами:

1. Прежде всего наука должна будет осознать свое место в общей системе человеческой культуры и мировоззрения. Все, что создано человеком, является частью его культуры, важно и нужно для человека, выполняет свои собственные задачи, но имеет и свои границы применимости, которые должно осознавать и не переходить. Именно это должна сделать постнеклассическая наука – осознать пределы своей эффективности и плодотворности, признать равноправие таких сфер человеческой деятельности и культуры, как религия, философия, искусство, признать возможность и результативность нерациональных способов освоения действительности.

2. Модернистская наука ставила своей целью создание другой картины, нового образа мира, полученного на основе максимально концептуального единства, порядка, систематичности, непротиворечивости, тотальности, незыблемости. Постнеклассическая наука больше интересуется образом самой себя как некоей социокультурной реальности, включает в свой предмет человека, допуская элементы субъективности в объективно истинном знании. Это - современная тенденция гуманизации науки. Полученный образ не является застывшим, окончательным, он ориентирован на непрерывное обновление, открыт инновациям.

3. Неклассическое естествознание - монологическая форма знания: интеллект созерцает вещь и высказывается о нем, а в постнеклассицизме наблюдатель осознает себя частью исследуемого мира, активно взаимодействующей с наблюдаемым объектом, познание постнеклассической науки - диалогично.

4. В основе постнеклассицизма лежит идея глобального эволюционизма - всеединой, нелинейной, самоизменяющейся, самоорганизующейся, саморегулирующейся системы, в недрах которой возникают и исчезают целостности от физических полей и элементарных частиц до биосферы и более крупных систем. В это понятие также входит идея нелинейности, способности оказывать обратное воздействие, вариативности развития мира. Этот мир состоит не из кирпичиков - элементарных частиц, а из совокупности процессов - вихрей, волн, турбулентных движений. Этот мир как бы “пузырится” бесконечно разнообразными взаимодействующими открытыми системами с обратной связью. Этот мир - уже не объект, а субъект.

5. Важной чертой постнеклассической науки должна будет стать комплексность - стирание граней и перегородок между традиционно обособленными естественными, общественными и техническими науками, интенсификация междисциплинарных исследований, невозможность разрешения научных проблем без привлечения данных других наук. Также научная деятельность связана с революцией в средствах хранения и получения знаний (компьютеризация науки, использование сложных и дорогостоящих приборных комплексов, приближающих науку к промышленному производству), с возрастанием роли математики.

6. Неклассическое знание было предпосылкой подготовки субъекта познания и предпосылкой практической производственной деятельности. Сегодня знание - предпосылка производства и воспроизводства человека как субъекта исторического процесса, как личности, как индивидуальности.

Это лишь отдельные черты будущей науки, создающейся сейчас, на наших глазах. Результат, очевидно, будет достигнут только в XXI веке.

Контрольные вопросы

    

1. Как называются четыре основных стадии развития естествознания

2. Какими были первые научные программы античности

3. Что характерно для натурфилософского подхода в естествознании

4. Когда возникло научное естествознание в истории европейской культуры, на какой из четырёх стадий

5. Что выражает понятие «классическое естествознание», какой период и какие особенности в развитии естествознания

6. Почему современное естествознание называют неклассическим

7. Какие черты характерны для неклассического стиля мышления в науке

8. Когда начинается четвертая стадия как становление интегрального естествознания

9. Каковы особенности возникающей сегодня постнеклассической науки


Лекция 6. Особенности методов современного экспериментально-математического естествознания. Системный подход как его важнейшая парадигма.

Основные понятия, включенные в систему  тренинг-тестирования:

метод; эмпирическая форма познания; теоретическая форма познания; производственно–техническая форма познания; научный эксперимент; экспериментальная ситуация; поисковые, измерительные, контрольные, проверочные эксперименты, математизация; система; типы систем; математические методы исследования; системный подход; принципы системного подхода.

Процесс естественнонаучного познания в самом общем виде представляет собой решение различного рода задач, возникающих в ходе практической и теоретической деятельности. Решение возникающих при этом проблем достигается путем использования особых приемов (методов), позволяющих перейти от того, что уже известно, к новому знанию. Такая система приемов называется методом. Метод – это совокупность приемов и операций, принципов и правил практического и теоретического познания действительности. Своеобразие научных методов состоит в том, что они относительно независимы от типа проблем, но зависимы от уровня и глубины научного исследования, что проявляется, прежде всего, в их роли в научно–исследовательских процессах. То есть, в каждом научно–исследовательском процессе меняется сочетание методов и их структура. Благодаря этому, возникают особые формы (стороны) научного познания, важнейшими из которых являются эмпирическая, теоретическая и производственно–техническая.

Эмпирическая форма предполагает необходимость сбора фактов, информации, а также их описание (изложение и первичная систематизация фактов). Эмпирическое исследование  предполагает целую систему экспериментальной и наблюдательной техники (устройств, приборов, инструментов и т.д.), с помощью которой устанавливаются  новые факты.

Теоретическая форма связана с объяснением, обобщением, созданием новых теорий, выдвижением гипотез, открытием новых законов, предсказанием новых фактов в рамках этих теорий. С их помощью выполняется мировоззренческая функция науки. Теоретическое исследование предполагает работу ученых, направленную на объяснение фактов, полученных на практике и образование научных понятий, обобщающих опытные данные. Оно осуществляет проверку познанного на практике.

Производственно–техническая сторона проявляет себя как непосредственная производительная сила общества, прокладывая путь развитию техники, но это уже выходит за рамки собственно научных методов, так как носит прикладной характер.

В основе методов естествознания лежит единство его эмпирической и теоретической сторон, они тесно взаимосвязаны и обуславливают друг друга.

Важнейшим условием возникновения и существования точного естествознания является использование научного эксперимента и математического аппарата исследования. Остановимся подробнее на их роли в системе современного естествознания.

Слово «эксперимент» в переводе с латинского означает «пробу» или «опыт». Научный эксперимент – это наиболее сложный и эффективный метод эмпирического познания, способ практического, активного исследования объекта  в контролируемых и управляемых условиях, когда исследователь не ограничивается простым наблюдением, а активно, специальным образом вмешивается в естественный ход исследуемых явлений и  изучает объект путем создания искусственных условий с целью получения нужной информации  о свойствах этого объекта, что называется в науке экспериментальной ситуацией. Благодаря эксперименту ученому удается: - изолировать  изучаемый предмет от влияния побочных и затемняющих его сущность явлений, т.е. изучать объект в чистом виде; - многократно воспроизводить ход изучаемого процесса в строго фиксированных и поддающихся учету и контролю условиях; - планомерно изменять (варьировать, комбинировать) различные условия и взаимодействия для получения необходимой информации. Ещё в ХУ11 веке, в эпоху становления научного естествознания английский мыслитель Ф.Бэкон отмечал, что когда мы активно вмешиваемся в изучаемый объект, изменяя интенсивность и условия протекания процесса, то предмет полнее и быстрее проявляет свои скрытые свойства, чем в естественных природных условиях. Обычно для этого используются специальные  инструменты и приборы, сложные экспериментальные установки. В наши дни – это электронные микроскопы, радиотелескопы, ускорители элементарных частиц, атомные реакторы,  глубоководные батискафы, автоматические  искусственные спутники. В этой связи важнейшим методологическим достижением современной науки стало понимание того, что исследователь, взаимодействуя с объектом и видоизменяя его, не только не искажает объективные характеристики явлений и процессов, а, напротив, глубже проникает в их скрытую сущность.

Естественнонаучный эксперимент является  наиболее развитым и технически разработанным. Выбор того или иного вида эксперимента, как и план  его осуществления, зависит от исследовательской задачи. В этом отношении эксперименты подразделяются на поисковые (для обнаружения неизвестных объектов), измерительные( для установки количественных параметров изучаемого предмета или процесса), контрольные( для проверки полученных ранее результатов), проверочные (для подтверждения или опровержения определенной гипотезы или теоретического утверждения.

Научный эксперимент является сложной, синтетической формой эмпирического познания, включающей в себя  все другие  его методы: в ходе эксперимента применяются и наблюдения, и описания, и измерения и материальные модели. Поэтому научный эксперимент выступает основой эмпирической базы современного точного естествознания.

Значение эксперимента для развития науки трудно переоценить, поскольку он выступает обычно решающим критерием истинности теоретических построений или их опровержения. Имея возможность в ходе эксперимента изучать объект в «чистом виде», в экстремальных условиях, повторять его необходимое количество раз, ученый иногда способен воспроизводить в эксперименте то, что происходило на планете миллиарды лет назад. Успешно осуществив, например, опыт по химическому синтезу различных веществ (СН4, УН3, Н2, СО, СО22) и паров воды  в условиях действия электрических разрядов, экспериментаторы доказали  истинность гипотезы А.И. Опарина о возникновении органических соединений из неорганических и путях формирования первых живых организмов на нашей планете. Опыт, проведенный в свое время физиком Майкельсоном, опроверг гипотезу о существовании неподвижного эфира, одновременно  позволив сделать новые обобщения, послужившие толчком для создания специальной теории относительности.

Одна из характерных тенденций современной науки - ее усиленная математизация: все более широкое применение языка математики и математических методов исследования в самых различных отраслях научного познания. Это связано с тем, что без познания количественных отношений в изучаемых объектах нельзя правильно отразить его качественную специфику и закономерности развития. Эти количественные отношения и есть предмет математики. Её применение в науке придает знаниям строгость и  точность. Отмечая это,  И. Кант утверждал, что в науке столько истины, сколько в ней математики. К. Маркс подчеркивал, что наука только тогда достигает своих  вершин, точности и совершенства, когда ей удается  пользоваться математикой. При этом следует иметь в виду, что применение математического аппарата возможно на сравнительно высоком уровне развития той или иной науки, когда описательный метод в ней становится подчиненным.

Математическое кодирование явлений природы позволяет понимать, управлять и предсказывать ход физических процессов. В истории культуры это первым осознал выдающийся древнегреческий мыслитель и математик Пифагор. Он обнаружил, что высота музыкального тона инструмента связана числовой зависимостью с ее длиной. Более того, он считал, что простые числа и геометрические фигуры, заключающие в себе соразмерность, или гармонии, являются началами мира. Эти идеи через Платона, Коперника и Дж. Бруно подхватил и развил один из основателей классической механики Г. Галилей. Галилей подчеркивал, что ученый, который пожелает решить проблемы естествознания, без математики столкнется с непреодолимой задачей. Тем не менее, нельзя абсолютизировать роль математики в естествознании. Математические формулы сами по себе абстрактны и лишены конкретного содержания. Только согласованные с научным наблюдением и экспериментом естественные исследования наполняют математические формулы конкретным содержанием.

В эпоху бурного развития естествознания в конце 19 – начале 20 века математика стала служить средством получения простых (изящных, красивых) законов о сложных явлениях природы. В 20 веке, когда естествоиспытатели столкнулись со сложными закономерностями микромира, математика стала для них средством проведения эксперимента. Если физический объект правильно выражен формулой и если правила математических преобразований согласованы с изучаемыми физическими процессами, то физические преобразования объектов могут быть заменены математическими преобразованиями исходных формул. В этом случае результаты математических преобразований будут как бы автоматически соответствовать физическим экспериментам, то есть математика выполняет в естествознании эвристическую, познавательную функцию.

Необходимо отметить, что роль математики  различна в разнообразных областях естествознания. Традиционно высока ее роль в физике, особенно в сфере установления общих законов природы, теории элементарных частиц, астрономии, космологии и т.д. К примеру, впервые нестационарное (эволюционное) поведение Вселенной было доказано русским математиком А. Фридманом в 1924 г., как логическое следствие теории относительности А. Эйнштейна, хотя сам А. Эйнштейн в общей теории относительности первоначально создавал модель стационарной Вселенной. Кроме того, математические расчеты эффектов относительности (релятивизма) впервые были обоснованы французским математиком А. Пуанкаре задолго до изложения А. Эйнштейна, но эти расчеты были столь сложны, что не нашли отклика научной общественности.

Принципиальная применимость математических методов в различных областях научного познания имеет свою объективную основу в единстве количественной и качественной определенности всех явлений объективного мира. Степень этой применимости определяется мерой возможного абстрагирования  (отвлечения) количественной стороны  явления от его качественной специфики. Поэтому при изучении сложных социальных явлений, таких как нормы морали или законы искусства, политические процессы и т. п. применение математики практически невозможно.

В современном естествознании роль математики непрерывно возрастает, ее аппарат совершенствуется, а язык  ее становится  очень своеобразным и сложным, недоступным для неспециалистов. В последние десятилетия все чаще встречается чисто математическое творчество в физике. Необходимо, однако,  помнить, что математические формализмы не являются самоцелью в научном познании, они – всего лишь вспомогательное средство познания процессов природы и организации научного знания.

Наиболее широко и эффективно применимы в современном естествознании математические методы теоретического исследования: аксиоматический метод, метод математической гипотезы и математического моделирования. В настоящее  время математическое моделирование часто осуществляется с использованием компьютерной техники.

С переходом к изучению больших и сложно организованных объектов прежние методы классического естествознания оказались неэффективными. Для изучения таких объектов в середине ХХ века стал активно разрабатываться системный анализ, или системный подход в исследованиях.

В основе  его лежит исследование материальных и идеальных объектов как систем, имеющих определенную структуру и содержащих определенное количество взаимосвязанных элементов. Методологическая специфика системного анализа определяется тем, что он ориентирует исследование на раскрытие целостности объекта и механизмов, обеспечивающих эту целостность, на выявление многообразных типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину.

Предпосылки системного подхода в науке формировались начиная со второй половины Х1Х века – в экономической науке (А. Богданов), в психологии (гештальтпсихология), в физиологии (Н.А.Бернштейн). В середине ХХ века системные исследования развивались почти параллельно в биологии, технике, кибернетике, экономике, оказывая сильные  взаимные влияния.

Одной из первых наук, где объекты исследования стали рассматриваться как системы, была биология. Эволюционная теория Ч. Дарвина формировалась на базе статистического описания объектов исследования. Осознание недостатков этой теории заставило ученых подойти к разработке более широкого понимания процессов жизнедеятельности,  и этот процесс шел в двух направлениях. Во-первых, произошло расширение сферы исследования за пределы организма и вида, которыми ограничивался Дарвин. В результате в первой половине ХХ века сформировалось и получило развитие учение о биоценозах и биогеоценозах. Во-вторых, в изучении организмов внимание  исследователей переключилось с отдельных процессов на их взаимодействие. Было обнаружено, что важнейшие проявления жизни, не получившие  объяснения в теории Дарвина, обусловлены внутренними взаимодействиями, а не внешней средой. Таковы, например, явления саморегуляции, регенерации, генетического и физиологического гомеостаза. Отметим, что все эти понятия возникли в кибернетике, а их проникновение в биологию способствовало становлению системного исследования в биологии. В результате было осознано, что эволюция не может быть понята без изучения организации таких надорганизменных  объединений живых организмов, как популяция, биоценоз, биогеоценоз. Такие объекты являются системными образованиями, поэтому и изучаться они должны с позиций системного подхода. Иначе говоря, предмет исследования определяет метод исследования.

Основные принципы системного подхода к исследованию объектов любой природы сформулированы в междисциплинарной общей теории систем, первый развернутый вариант которой был разработан австрийским биологом-теоретиком Л.Берталанфи в 40-50-е годы ХХ века.  Основная задача общей теории систем  - найти совокупность законов , объясняющих поведение, функционирование и развитие всего класса объектов как целого. Системный подход  направлен  против редукционизма, который пытается любое сложное явление объяснить при помощи  законов, управляющих поведением его составных частей, то есть сводит сложное к простому.

Системное исследование объектов является одной из самых сложных форм научного познания. Оно может быть связано с функциональным описанием и описанием поведения объекта, но не сводится к ним. Специфика системного исследования выражается не в усложнении метода анализа объекта (хотя это и имеет место), а в выдвижении нового принципа или подхода при рассмотрении объектов, в новой ориентации всего исследовательского процесса, по сравнению с классическим естествознанием. В современном естествознании системный подход выступает важнейшей методологической парадигмой. Эта ориентация выражается стремлением к построению целостной теоретической модели класса объектов и рядом других особенностей, а именно:

  •  При исследовании объекта как системы описание его компонентов не имеет самодовлеющего значения, поскольку они рассматриваются не сами по себе (как это было в классическом естествознании), а с учетом их места в структуре целого.
  •  Хотя компоненты системы могут состоять из одного материала, но при системном анализе они рассматриваются как наделенные разными свойствами, параметрами, функциями, и вместе с тем, они объединяются общей программой управления.
  •  Исследование систем предполагает учет внешних условий их существования (что не предусматривается в элементно-структурном анализе).
  •  Специфичной для системного подхода является проблема порождения свойств целого из свойств компонентов и, наоборот, зависимости свойств компонентов от системы целого.
  •  Для высокоорганизованных систем, именуемых органическими, оказывается недостаточным обычное причинное описание их поведения, поскольку оно характеризуется целесообразностью (подчинено необходимости достижения конкретной цели).
  •  Системный анализ в основном применим для сложных, больших систем (биологические, психологические, социальные, большие технические системы и т.д.)

Следовательно, система – это такое целое, которое образовано множеством взаимосвязанных элементов, где в качестве элементов выступают сложные, иерархически организованные структуры, связанные со средой. Система всегда представляет собой упорядоченное множество, взаимосвязанных между собой элементов, внутренние связи которых прочнее внешних.

Существенным аспектом раскрытия содержания понятия системы является выделение различных типов систем (типология или классификация). В наиболее общем плане системы можно разделить на материальные и идеальные (или абстрактные). Материальные (как целостные совокупности материальных объектов) делятся на системы неорганической природы (физические, геологические, химические и др.) и живые (или органические) системы, куда входят как простейшие биологические системы, так и очень сложные биологические объекты, типа организма, вида, экосистемы. Особый класс материальных органических систем образуют социальные системы, чрезвычайно многообразные по своим типам и формам (начиная от простейших социальных объединений и вплоть до социально-экономических и политических  структур общества). Абстрактные системы являются продуктом человеческого мышления; они также делятся на множество различных типов: понятия, гипотезы, теории и т.д. В науке ХХ века большое внимание уделялось  исследованию языка как системы (лингвистическая система); в результате обобщения этих исследований возникла общая теория знаковых систем – семиотика.

В процессе развития системных исследований ХХ века были более четко определены задачи и функции разных форм теоретического анализа всего комплекса системных проблем. Основная задача специализированных теорий систем  – построение конкретно-научного знания о разных типах и свойствах систем, в то время как главные проблемы общей теории систем концентрируются вокруг логико-методологических принципов  анализа систем, построения метатеории системных исследований.

Контрольные вопросы

1. Что такое метод научного познания, в чем его своеобразие

2. Какие существуют формы (уровни) научного познания  в зависимости от сочетания методов и их структуры 

3. Какие методы используются на эмпирическом уровне научного исследования 

4. Назовите основные методы теоретического исследования. 5. В чем специфика и роль научного эксперимента в современном естествознании 

6. Что называется экспериментальной ситуацией в науке 

7. В чем выражается математизация современного естествознания   Назовите математические методы исследования.

8. В чем особенности и принципы системного подхода в современном естествознании 

9. Дайте определение понятию «система».

10. Какие типы систем выделяет и исследует современная наука 

 

 


II. Фундаментальные законы и концепции современного естествознания

Тема 3. ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА В ИСТОРИЧЕСКОЙ ДИНАМИКЕ КУЛЬТУРЫ

 

Лекция 7. Научные картины мира и научные революции в истории естествознания.

Основные понятия, включенные в систему  тренинг-тестирования :

научная картина мира (НКМ); естественнонаучная картина мира (ЕНКМ); понятие «парадигма»; механистическая научная картина мира (МКМ); современная научная картина мира (СКМ); научная революция; научная эволюция; стиль научного мышления.

Ранее мы установили, что объектами естествознания являются: природа в целом, а так же биологические (естественные) начала человека и общества. Данные объекты исследуются различными специализированными областями естествознания (биология, физика, химия, космология и т.д.). Важным является вопрос о том, в каком же виде зафиксировано общее знание о природе как едином образовании? Как взаимосвязаны между собой различные специальные направления естественнонаучного исследования? Со времен Ньютона и Галилея естествознание выработало особое, теоретическое звено, объединяющее теоретические наработки частных наук, в нем коренятся глубинные связи различных областей естествознания. Общее знание о природе фиксируется в виде естественнонаучной картины мира (ЕНКМ), часто для удобства называемой «научной картиной мира» (НКМ).

Научная картина мира – это особый слой теоретического знания и научного понимания внешнего мира, это не случайный, а систематизированный набор основных научных идей. Объединяющей основой НКМ являются представления о фундаментальных характеристиках природы, таких как материя, движение, пространство, время, причинность, детерминизм и др. В НКМ включаются и основные законы естествознания, например, закон сохранения энергии. Сюда могут быть включены основные понятия отдельных наук, такие как «поле», «вещество», «элементарные частицы» и др. В НКМ осуществляется синтез разных естественнонаучных дисциплин и философии. Но простое перечисление составляющих компонентов не устанавливает главного стержня, которым определяется НКМ и ее суть. Роль такого стержня выполняют базисные категории для НКМ: материя, движение, пространство, время, развитие и т.д. Перечисленные базисные понятия – философские категории. Они рассматриваются философами на протяжении многих столетий, их даже относят к числу «вечных проблем». Но эти понятия включены в НКМ не в их философском истолковании, а в естественнонаучном аспекте и наполнены новым естественнонаучным содержанием. Поэтому НКМ не простая сумма научных и философских понятий, а их синтез в виде научного мировоззрения. В самом общем смысле, понятие научной картины мира совпадает с понятием научного мировоззрения. НКМ представляет собой систему общих представлений о мире, вырабатываемых наукой определенной исторической эпохи.

Возникновение научной картины мира стало необходимым на определенном уровне развития научного познания, в условиях углубляющегося разделения труда в сфере производства научных знаний, распадения  реального единства знаний на автономные специализированные научные дисциплины. Когда вследствие этого исчезла действительная целостность взгляда на мир, возникла потребность логического конструирования этой целостности, появилась особая категориальная фиксация единой картины мира, в которой путем синтеза главных онтологических допущений из фундаментальных научных теорий строилось и задавалось обобщенное видение исследуемой реальности, соответствующее конкретно-историческому этапу развития науки.

Кроме того, усиление научной специализации сопровождалось все большей формализацией и математизацией естественнонаучных теорий, язык которых стал понятен только узкому кругу профессионалов. Вследствие чего специализированные научные теории, описывающие природные процессы в искусственной знаковой форме, утрачивают функцию изображения объективной реальности, и вместе с тем теряют свой мировоззренческий статус. В этих условиях наука выработала НКМ как особую форму саморефлексии для того, чтобы дать обществу широко понятное представление о мире путем перевода социально значимого содержания фундаментальных научных теорий на общедоступный язык,  освобожденный от профессиональной условности. Таким образом, НКМ стала формой «обмирщения знаний», выработанных наукой. Она выступает как «демократический свод истин» определенной эпохи, как популяризация научных знаний, ориентированная на «здравый смысл» и «образы повседневного опыта» и потому предназначена для ученых и практиков  самых различных областей общественной деятельности. Вот почему знакомство с основными концепциями современного естествознания  будет связано в нашем курсе с современной естественнонаучной картиной мира.

Естественнонаучная картина мира (ЕНКМ) складывается из существующих научных представлений эпохи о строении и развитии природы. Кроме того, отдельные естественные науки создают собственные картины исследуемой ими реальности. Их называют частнонаучными (ЧНКМ)- или локальными картинами мира. Здесь термин «мир» обозначает уже не природный мир в целом, а тот его аспект (фрагмент), который изучается данной конкретной наукой с помощью ее понятий, принципов и методов. В этом смысле говорят о физической картине мира, или о картине химической реальности и т.п.

История научного познания сопровождалась периодической сменой картин мира. А это означало смену так называемых  научных парадигм. Понятие «парадигма» (с греческого – пример, образец) введеное американским историком науки Т. Куном, обозначает определенную совокупность общепринятых в научном сообществе на конкретном историческом этапе идеалов и норм научного исследования, которые  в течение определенного времени задают модель, образец постановки и решения научных проблем. Смена парадигм – революционный сдвиг в науке, выход ее на новые рубежи.

Со сменой научных парадигм и картин мира  изменяются и понятия в естествознании. В разные исторические периоды базовые понятия ЕНКМ толкуются по-разному, наполнены различным содержанием. Иначе говоря, с развитием естествознания по необходимости должно изменяться и научное содержание ЕНКМ. ЕНКМ  развивается вместе с развитием науки, эволюционирует, можно проследить ее историческую динамику. В различные исторические периоды времени функционируют различные научные картины мира.

В Новое время (17–18 в.в.) первой сформировалась механистическая научная картина мира (МКМ). Она закладывалась трудами Г. Галилея, Р. Декарта, Дж. Бруно, Т. Браге, И. Ньютона. В рамках своей предметной области она сохраняет свое значение и по сей день. Во второй половине 19 в. начинается закладка и формирование современной научной картины мира (СКМ) на основе новых усложненных знаний о мире и его законах (квантово-волновые представления, принцип относительности, явления радиоактивности и т.д.). СКМ также не является абсолютной и открыта для новых знаний и обобщений.

Как и каким образом происходит смена научных картин мира? На этот вопрос можно ответить, если вспомнить определение НКМ и то, что она содержит базовые теоретические понятия: материя, движение, время и др. Для того, чтобы существенно изменить основополагающие представления о мире, необходимо дать новое толкование базовым понятиям, внести существенное изменение в их осмысление. Только те естественнонаучные теории и идеи (независимо от их количества и качества), которые вносят существенные изменения в прежнее толкование ключевых понятий, вносят изменения в НКМ. Если научные достижения ведут к изменению не одного, а большинства базисных понятий, то происходит изменение всей старой НКМ на новую. Подобная коренная смена, ломка устаревших  основополагающих представлений о мире и установление новых, носит название научной революции.  Смена научных картин мира происходит через ряд последовательных научных революций. К примеру, научная революция к.16-н.17в.в. привела к господству механистической (ньютоновской) картины мира. Позднее, научная революция к.19-н.20 в.в. изменила механистические взгляды на мир и утвердила современную научную картину мира. Период постепенного приращения,  накопления знаний носит название научной эволюции. Динамика научного знания характеризуется последовательно сменяющимися стадиями эволюционного и революционного развития.  Одним из важнейших результатов научной революции является утверждение нового стиля мышления в науке. Напомним, что стиль научного мышления – принятый в научной среде способ постановки научных проблем, аргументации, изложения научных результатов, проведения научных дискуссий и т.д. Он регулирует вхождение новых идей в арсенал всеобщего знания, формирует соответствующий тип исследователя. Новейшая революция в науке привела к замене созерцательного стиля мышления деятельностным.

 

Контрольные вопросы

  1.  Что выражает понятие «научная картина мира» Какие виды научных картин существуют в современной науке 
  2.  Какую роль выполняет научная картина мира в науке и культуре
  3.  Когда сформировалась первая научная картина мира и как она называется 
  4.  Что такое «научная парадигма» и какова ее роль в развитии науки
  5.  Каков смысл понятий «научная революция» и «научная эволюция»
  6.  Как происходит смена научных картин мира  и как возникают научные революции  
  7.  Что изменяется в науке в результате научной революции

 


Лекция 8. Физическая картина мира в ее развитии.

Основные понятия, включенные в систему  тренинг-тестирования :

физическая картина мира; механистическая картина мира; атомизм; движение; материя; принцип дальнодействия; детерминизм; электромагнитная картина мира; принцип близкодействия; теория относительности; квантовая механика; корпускулярно-волновой дуализм;  элементарная частица; вещество; поле;  физический вакуум; универсальные типы физического взаимодействия; четырехмерный пространственно-временный континуум; квантово-релятивистская картина мира; идея кварков; теория Большого объединения.

История науки свидетельствует, что естествознание, возникшее в ходе научной революции XVI - XVII вв., было связано долгое время с развитием физики. Именно физика была и остается сегодня наиболее развитой и систематизированной естественной наукой. Поэтому, когда возникло мировоззрение европейской цивилизации Нового времени, складывалась классическая картина мира, естественным было обращение к физике, ее концепциям и аргументам, во многом определившим эту картину. Степень разработанности физики была настолько велика, что она могла создать собственную физическую картину мира, в отличие от других естественных наук, которые лишь в XX веке смогли поставить перед собой эту задачу (создание химической и биологической картин мира). Поэтому, начиная разговор о конкретных достижениях естествознания, мы начнем его с физики, с картины мира, созданной этой наукой.

Понятие “физическая картина мира” употребляется давно, но лишь в последнее время оно стало рассматриваться не только как итог развития физического знания, но и как особый самостоятельный вид знания - самое общее теоретическое знание в физике (система понятий, принципов и гипотез), служащее исходной основой для построения теорий. Физическая картина мира:

  •  обобщает все ранее полученные знания о природе;
  •  вводит в физику новые философские идеи и обусловленные ими понятия, принципы и гипотезы (которых до этого не было и которые коренным образом меняют основы физического теоретического знания: старые физические понятия и принципы ломаются, новые возникают, картина мира меняется).

Развитие самой физики непосредственно связано с физической картиной мира. При постоянном возрастании количества опытных данных картина мира весьма длительное время остается относительно неизменной. С изменением физической картины мира начинается новый этап в развитии физики с иной системой исходных понятий, принципов, гипотез и стиля мышления. Переход от одного этапа к другому знаменует качественный скачок, революцию в физике, состоящую в крушении старой картины мира и в появлении новой. В пределах данного этапа развитие физики идет эволюционным путем, без изменения основ картины мира. Оно состоит в реализации возможностей построения новых теорий, заложенных в данной картине мира. При этом она может эволюционировать, достраиваться, оставаясь в рамках определенных конкретно-физических представлений о мире.

Ключевым в физической картине мира служит понятие “материя”, на которое выходят важнейшие проблемы физической науки. Поэтому смена физической картины мира связана со сменой представлений о материи. В истории физики это происходило два раза. Сначала был совершен переход от атомистических, корпускулярных (прерывных, дискретных) представлений о материи к  континуальным (непрерывным). Затем, в XX веке, континуальные представления были заменены современными квантово-полевыми. Поэтому можно говорить о трех последовательно сменявших друг друга физических картинах мира:

Механистическая картина мира складывается в результате научной революции к. XVI-н. XVII вв., оформляется как целостное образование к ХVIII в., и господствует на протяжении  XIX в., на основе работ Г. Галилея и П. Гассенди, восстановивших атомизм древних философов, исследований Р. Декарта и обобщений И. Ньютона, завершивших построение новой картины мира, сформулировавших основные идеи, понятия и принципы.

Основу механической картины мира составил атомизм, который весь мир, включая и человека, понимал как совокупность огромного числа неделимых частиц - атомов, перемещающихся в пространстве и времени.

Ключевым понятием механистической картины мира было понятие движения. Именно законы движения Ньютон считал фундаментальными законами мироздания. Тела обладают внутренним врожденным свойством двигаться равномерно и прямолинейно, а отклонения от этого движения связаны с действием на тело внешней силы (инерции). Таким образом, впервые МКМ дает научное обоснование понятию движения материи. Движение трактуется как вечное и естественное состояние тел, как основное их состояние, что прямо противоположно аристотелевским представлениям, в которых движение рассматривалось как привнесенное извне. Вместе с тем в классической механике абсолютизируется механическое движение (как перемещение тел в пространстве), к которому пытались свести все многообразие видов движения в природе.

Классическая физика выработала своеобразное понимание материи, сведя ее к вещественной, или весовой (массе). Масса является мерой инертности, при этом, она остается неизменной при любых условиях движения и при любых скоростях. Универсальным свойством тел является тяготение.

Решая проблемы взаимодействия тел, Ньютон предложил принцип дальнодействия. Согласно этому принципу, взаимодействие между телами происходит мгновенно на любом расстоянии, без каких-либо материальных посредников. Концепция дальнодействия тесно связана с пониманием пространства и времени как особых сред, вмещающих взаимодействующие тела. Ньютон предложил концепцию абсолютного пространства и времени. Пространство представлялось безграничным “черным ящиком”, вмещающим все тела в мире, но если бы эти тела вдруг исчезли, пространство все равно бы осталось. Аналогично, в образе текущей реки, представлялось и время, также существующее абсолютно независимо от материи. По Ньютону, пространство –  это абсолютное неподвижное однородное изотропное бесконечное вместилище всех тел (то есть пустота). А время – это чистая однородная равномерная и непрерывная длительность процессов. Абсолютность времени выражается его одинаковостью во всех точках Вселенной.

В механической картине мира любые события жестко предопределялись законами механики. Случайность в принципе исключалась из этой картины мира. Жизнь и разум в механической картине мира не обладали никакой качественной спецификой. Поэтому присутствие человека в мире не меняло ничего. Если бы человек однажды исчез с лица земли, мир продолжал бы существовать, как ни в чем не бывало. Иначе говоря, во взглядах естествоиспытателей господствовал механистический детерминизм – учение о всеобщей предопределенности и обусловленности явлений природы. Все механические процессы в классических представлениях подчинены принципу строгого детерминизма, т.е. возможно точное предсказание поведения  механической системы, если известно ее предыдущее состояние.

На основе механистической картины мира в XVIII - начале V1Х вв. была разработана земная, небесная и молекулярная механика. Быстрыми темпами шло развитие техники. Это привело к абсолютизации механической картины мира, к тому, что она стала рассматриваться в качестве универсальной.

В это же время в физике начали накапливаться эмпирические данные, противоречащие механистической картине мира. Так, наряду с рассмотрением системы материальных точек, полностью соответствовавшей корпускулярным представлениям о материи, пришлось ввести понятие сплошной среды, связанное по сути дела, уже не с корпускулярными, а с континуальными представлениями о материи. Так, для объяснения световых явлений вводилось понятие эфира - особой тонкой и абсолютно непрерывной световой материи. В XIX в.  методы механики были распространены на область тепловых явлений, электричества и магнетизма. Казалось бы, это свидетельствовало о больших успехах механического понимания мира в качестве общей исходной основы науки. Но при попытке выйти за пределы механики материальных точек приходилось вводить все новые искусственные допущения, которые постепенно готовили крушение механической картины мира. Аналогично световым явлениям, для объяснения теплоты, электричества и магнетизма вводились понятия теплорода, электрической и магнитной жидкости как особых разновидностей сплошной материи. Хотя механистический подход к этим явлениям оказался неприемлемым, опытные факты искусственно подгонялись под механистическую картину мира. Попытки построить атомистическую модель эфира продолжались еще и в XX веке. Эти факты, не укладывающиеся в русло механистической картины мира, свидетельствовали о том, что противоречия между становившейся системой взглядов и данными опыта оказались непримиримыми. Физика нуждалась в существенном изменении представлений о материи, в смене физической картины мира.

Электромагнитная картина мира.

Явления электричества и магнетизма были известны людям давно. Древние греки интересовались природой электричества, натирая янтарную палочку кошачьим мехом («электрон» – в переводе с греческого «янтарь»). В древнем Китае был изобретен компас, хотя использовались куски руды магнитного железняка в магических мистериях. Научное осмысление этих природных явлений началось в классическом естествознании. Одним из замечательных физиков-самоучек, был Майкл Фарадей (1791–1867), он не имел систематического университетского образования, но был хорошо знаком с математикой. М. Фарадей наметил эскиз будущей теории электромагнитного поля. В процессе длительных размышлений о сущности электрических и магнитных явлений М. Фарадей пришел к мысли необходимости замены корпускулярных представлений о материи континуальными, непрерывными. Он сделал вывод, что не только тела должны быть подвергнуты исследованию, но и среда, которая их окружает. Среда у Фарадея становится специальным предметом изучения, как носитель принципиально важных процессов, передающих взаимодействие между предметами. Первоначально Фарадей предлагает понятие магнитных силовых линий, но с 1852 года вводит понятие поля. Электромагнитное поле сплошь непрерывно, заряды в нем являются точечными силовыми центрами. Тем самым отпал вопрос о построении механической модели эфира, несовпадении механических представлений об эфире с реальными опытными данными о свойствах света, электричества и магнетизма. Одним из первых идеи Фарадея оценил Д. Максвелл (1831–1879). При этом он подчеркивал, что Фарадей выдвинул новые философские взгляды на материю, пространство, время и силы, во многом изменявшие прежнюю механическую картину мира, а его теория электромагнитного поля – это лишь математическое оформление идей Фарадея. Открытие Максвелла сравнимо по научной значимости с открытием всемирного тяготения Ньютона. Труды Ньютона привели к введению понятия всеобщего закона тяготения, труды Максвелла – к введению понятия электромагнитного поля и электромагнитной природы света. Для физики середины 19 ст. поле стало новой фундаментальной физической реальностью, которое не сводится ни к материальным точкам, ни к веществу, ни к атомам. К концу 19 в. взгляды на материю менялись кардинально:

  •  совокупность неделимых атомов переставала быть конечным пределом делимости материи, в качестве такового принималось единое абсолютно непрерывное бесконечное поле с силовыми точечными центрами - электрическими зарядами и волновыми движениями в нем.
  •  движение понималось не только как простое механическое перемещение; первичным по отношению к этой форме движения становилось распространение колебаний в поле, которое описывалось не законами механики, а законами электродинамики.
  •  ньютоновская концепция абсолютного пространства и  времени не подходила к полевым представлениям, т.к. поле является абсолютно непрерывной материей, пустого пространства просто нет.
  •  время неразрывно связано с процессами, происходящими в поле.
  •  пространство и время перестали быть самостоятельными, независимыми от материи. Понимание пространства и времени как абсолютных уступило место реляционной (относительной) концепции пространства и времени.

Не менялось в электромагнитной картине мира представление о месте и роли человека во Вселенной. Его появление считалось лишь капризом природы. Идеи о качественной специфике жизни и разума с большим трудом прокладывали себе путь в научном мировоззрении. Следовательно, теорию Максвелла нельзя интерпретировать как новую (электромагнитную) картину мира, т.к. она связана с качественно новой интерпретацией одного из объектов реальности, а не с целой группой базовых понятий. Теория Максвелла выдвинула один единственный новый принцип – принцип близкодействия (силовое действие предается от точки к точке), в остальном же просто вышла за рамки МКМ, обнаружив ее очевидные противоречия и слабые стороны. Новая электромагнитная картина мира объяснила большой круг явлений, непонятных с точки зрения прежней механистической картины мира. Она глубже вскрыла материальное единство мира, поскольку электричество и магнетизм объяснялись на основе одних и тех же законов. К концу XIX в. накапливалось все больше необъяснимых несоответствий теории и опыта. Одни были обусловлены недостроенностью электромагнитной картины мира, другие вообще не согласовывались с континуальными представлениями о материи: трудности в объяснении фотоэффекта, линейчатый спектр атомов, теория теплового излучения.

Последовательное применение теории Максвелла к другим движущимся средам приводило к выводам о неабсолютности пространства и времени. Однако, убежденность в их абсолютности была так велика, что ученые удивлялись своим выводами, называли их странными и отказывались от них. Именно так поступили К. Лоренц и А. Пуанкаре, чьи работы завершают доэйнштейновский период развития физики.

Квантово-релятивистская физическая картина мира

Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, А. Эйнштейн (1879–1955)  ввел в электромагнитную картину мира идею относительности пространства и времени и тем самым устранил противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и ньютоновскими представлениями о пространстве и времени. Введение в электромагнитную картину мира релятивистских представлений о пространстве и времени открыло новые возможности для ее развития.

Именно так появилась общая теория относительности, ставшая последней крупной теорией, созданной в рамках электромагнитной картины мира. В этой теории, созданной в 1916 г., А. Эйнштейн впервые дал глубокое объяснение природы тяготения, для чего ввел понятие об относительности пространства и времени и о кривизне единого четырехмерного пространственно-временного континуума, зависящей от распределения масс.  Теория относительности преодолела ограниченность механистической трактовки таких базовых понятий как пространство, время, движение, энергия, масса, но нельзя утверждать, что она отрицает (опровергает) классическую физику. Теория относительности показывает, что нельзя абсолютизировать понятия, принципы и законы классической механики, они верны лишь для определенных условий и включаются в специальную теорию относительности как ее частный случай. В этом смысле говорят, что релятивистская физика находится в отношении соответствия с классической физикой.

С конца XIX в. обнаруживалось все больше непримиримых противоречий между электромагнитной теорией и фактами. В 1897 г. было открыто явление радиоактивности и установлено, что оно связано с превращением одних химических элементов в другие и сопровождается испусканием альфа- и бета-лучей (А. Беккерель, супруги Кюри,). На этой основе появились различные модели атома, противоречащие электромагнитной картине мира (Э. Резерфорд, Н. Бор). Дж. Томсон в 1897 г. открывает электрон и измеряет величину его электрического заряда и массу. А в 1900 г. М. Планк в процессе многочисленных попыток построить теорию излучения был вынужден высказать предположение о прерывности процессов излучения. Планк показал, что тела излучают свет не непрерывно, а мельчайшими энергетическими порциями, т.е. квантами, позже были открыты фотоны, которые и являются квантами электромагнитных волн в световом диапазоне.

В начале XX в. возникли два несовместимых представления о материи:

  •  или она абсолютно непрерывна;
  •  или состоит из дискретных частиц (квантов).

Физики предпринимали многочисленные попытки совместить две эти точки зрения, но долгое время они оставались безрезультатными. Многим казалось, что физика зашла в тупик, из которого нет выхода. Это смятение усугубилось, когда в 1913 г. Н. Бор предложил свою модель атома. Он предположил, что электрон, вращающийся вокруг ядра, вопреки законам электродинамики не излучает энергии. Он излучает ее порциями лишь при перескакивании с одной орбиты на другую. И хотя такое предположение казалось странным и непонятным, именно модель атома Бора в значительной степени способствовала формированию новых физических представлений о материи и движении. В 1924 г. Луи де Бройль высказал гипотезу о соответствии каждой частице определенной волны. Иными словами, каждой частице материи присущи и свойство волны (непрерывность), и дискретность (квантованность). Эти представления нашли подтверждение в работах Э. Шредингера и В. Гейзенберга 1925 -1927 гг., создателей нового направления физики – квантовой механики. Так сложились новые, квантово-полевые представления о материи, которые определяются как корпускулярно-волновой дуализм - наличие у каждого элемента материи свойств волны и частицы. Ушли в прошлое и представления о неизменности материи. К началу 30–х г.г. ХХ столетия было установлено, что вещество слагается из элементарных частиц, фундаментальными являются протоны, нейтроны и электроны. В 1932 году в составе космических лучей был открыт позитрон с такой же массой, как у электрона, но с противоположным (положительным) зарядом. К концу 90–х годов число открытых частиц и античастиц приближается к 400. Многие из них не имеют прямого отношения к строению материи, их относят к т.н. «лишним» частицам. Ученые полагают, что они возникли на первых этапах становления и образования Вселенной, когда еще не происходило образование ядер атомов, и существуют до сих пор. Все элементарные частицы обладают микроскопическими массами и размерами, сравнимыми с длинами волн де Бройля, поэтому их поведение описывается квантово-волновыми характеристиками. Элементарная частица – это квант поля, т.е. плоская либо сферическая  единичная волна. Одной из основных особенностей элементарных частиц является их универсальная взаимозависимость и взаимопревращаемость. В современной физике основным материальным  объектом является квантовое поле, переход его из одного состояния в другое меняет число частиц. Классическая физика, вырабатывая целостный  взгляд на материальность мира, утверждала, что материя представлена в двух состояниях: вещество и поле. В настоящее время все еще приходится сталкиваться с принципиальной неточностью терминологического плана: понятие “вещество” отождествляют с понятием “материя”. Такая неточность ведет к серьезным ошибочным заключениям. Материя - понятие самое общее, в то время как вещество- это лишь одна из форм ее существования. Современные научные знания позволяют сделать заключение, что в известном нам мире материя реализуется в тесно взаимосвязанных формах: вещество, поле и физический вакуум. Вещество состоит из дискретных частиц, проявляющих волновые свойства (вещественно–полевой континуум). Природа физического вакуума, его строение пока познаны намного хуже вещества. По современному определению, вакуум - это нулевые флуктуирующие (колеблющиеся, отклоняющиеся от нормали) поля, с которыми связаны виртуальные частицы. Здесь проявляется дуализм волновых и корпускулярных свойств. Вакуум обнаруживается во взаимодействиях с веществом на его глубинных уровнях. Вакуум и вещество неразделимы и ни одна вещественная частица не может быть изолирована от его присутствия и его влияния.

Новизна современной  физической картины мира состоит в следующем:

  •  показана глубокая диалектичность природы, невозможность свести материю к прерывному либо к непрерывному, к вещественному либо невещественному, т.к. материя прерывна и непрерывна, и вещественна и невещественна, и качественна и количественна одновременно.
  •  Значительно расширяется понимание движения, которое включает универсальные типы физического взаимодействия. Известно четыре вида фундаментальных физических взаимодействий: 1.Гравитационное; 2.Электромагнитное; 3.Ядерное сильное; 4.Ядерное слабое. Они  описываются на основе принципа близкодействия: взаимодействия передаются соответствующими полями от точки к точке, скорость передачи взаимодействия всегда конечна и не может превышать скорости света в вакууме (примерно 300 000 км/с).
  •  Окончательно утверждаются представления об относительности пространства и времени, зависимость их от характера движения материи. Пространство и время перестают быть независимыми друг от друга и, согласно теории относительности, сливаются в едином четырехмерном пространственно-временном континууме.
  •  Важным является тезис о равенстве весовой (тяжелой) и инертной масс. Отсюда следует вывод об эквивалентности массы и энергии: энергия обладает массой, а масса превращается в энергию – (Е=mc2)
  •  Спецификой квантово-полевых представлений о закономерности и причинности является то, что они выступают в вероятностной форме, в виде так называемых статистических законов. Они соответствуют более глубокому уровню познания природных закономерностей.
  •  Квантово-полевая картина мира впервые включает в себя наблюдателя, от присутствия которого зависит получаемая картина мира. Более того, сегодня считается, что наш мир таков по своей природе, что появление и существование человека в нем стало  закономерным результатом эволюции Вселенной.

Квантово-полевая (квантово-релятивистская) картина мира и в настоящее время находится в состоянии становления, и с каждым годом к ней добавляются новые элементы, выдвигаются новые гипотезы, создаются и развиваются новые теории. В конце 60–х годов выдвинута идея кварков, как гипотетических проточастиц, из которых формируются элементарные частицы (Г. Цвейг, М. Гелл-Ман). Заветная мечта всех физиков - выявить универсальность всех фундаментальных сил, объединить все физические взаимодействия в одной теории. Объединение электромагнитного и слабого взаимодействия в единое электрослабое взаимодействие стало первым обнадеживающим успехом на этом пути. Есть попытки создать теорию Большого объединения (так называется теория объединения электромагнитного, слабого и сильного взаимодействий). Еще более грандиозна идея объединения всех четырех фундаментальных взаимодействий, включая гравитацию. Соответствующие теоретические построения называют суперобъединением или теорией супервзаимодействия. Сегодня физики считают, что они смогут создать эту теорию на основе появившейся недавно теории суперструн. Пионерами в создании этой теории явились М. Грин (Великобритания) и Дж. Шварц (США). Эта теория должна объединить все фундаментальные взаимодействия при сверхвысоких энергиях.

Контрольные вопросы

1. Что выражает понятие  «физическая картина мира»  и какую роль она выполняет в системе физического знания   

  1.  Какое понятие является ключевым  в физической картине мира  
  2.  Как называются три основных физических картины мира последовательно сменявших друг друга
  3.  Какие основные идеи, понятия и учения определяли содержание классической механистической картины мира   
  4.  Чем отличалась электромагнитная картина мира в понимании материи
  5.  Как называется современная физическая картина мира и каким образом она формировалась   
  6.  Какие идеи теории относительности А Эйнштейна входят в содержание современной естественнонаучной картины мира 
  7.  В чем суть концепции корпускулярно-волнового дуализма  
  8.  Какое понимание материи характерно для современной физической картины мира  
  9.   В чем состоит новизна квантово-релятивистской картины мира 


Тема 4. КОСМОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ВСЕЛЕННОЙ

Лекция 9. Современная космологическая картина мира  и модели Вселенной

Основные понятия,  включенные в систему  тренинг-тестирования:

Вселенная (Универсум); метагалактика; космология; предмет космологии; протовещество; Большой взрыв;  вывод Фридмана; модель пульсирующей Вселенной; теория горячей Вселенной; реликтовое излучение; универсальные постоянные; структура Вселеной; антропный космологический принцип (АКП); гипотеза Троицкого В.С.;  гипотеза Шварцмана В.Ф.; космологические модели Вселенной; «молчание космоса».

Вселенная (Универсум) - это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Часть Вселенной, охваченная астрономическими наблюдениями, называется Метагалактикой, или нашей Вселенной. Размеры Метагалактики очень велики: радиус космологического горизонта составляет ~ 20 млрд. световых лет. Световым годом называют расстояние, которое световой луч, движущийся со скоростью 300 000 км/с, преодолевает за один год, т.е. составляет 10 триллионов км.

Строение и эволюция Вселенной изучаются космологией. Космология - один из тех разделов естествознания, которые по своему существу всегда находятся на стыке наук. Космология- это междисциплинарная наука, она использует достижения и методы физики, математики, философии. Предмет космологии - весь окружающий нас мегамир, вся "большая Вселенная", ее задача состоит в описании наиболее общих свойств, строения и эволюции Вселенной. Ясно, что выводы космологии имеют большое мировоззренческое значение.

Современная астрономия не только открыла грандиозный мир галактик, но и обнаружила уникальные явления: расширение Метагалактики, космическую распространенность химических элементов, реликтовое излучение, свидетельствующие о том, что Вселенная непрерывно развивается.

С эволюцией структуры Вселенной связано возникновение скоплений галактик, обособление и формирование звезд и галактик, образование планет и их спутников. Сама Вселенная возникла примерно 20 млрд. лет тому назад из некоего плотного и горячего протовещества. Сегодня можно только предполагать, каким было это прародительское вещество Вселенной, как оно образовалось, каким законам подчинялось, и что за процессы привели его к расширению. Существует точка зрения, что с самого начала протовещество с гигантской скоростью начало расширяться. На начальной стадии это плотное вещество разлеталось, разбегалось во всех направлениях и представляло собой однородную бурлящую смесь неустойчивых, постоянно распадающихся при столкновениях частиц. Остывая, и взаимодействуя на протяжении миллионов лет, вся эта масса рассеянного в пространстве вещества, концентрировалась в большие и малые газовые образования, которые в течение сотен миллионов лет, сближаясь и сливаясь, превращались в громадные комплексы. В них в свою очередь возникали более плотные участки - там впоследствии и образовались звезды и даже целые галактики. Предположительно, в результате гравитационной нестабильности в разных зонах образовавшихся галактик смогли сформироваться плотные "протозвездные образования" с массами, близкими к массе Солнца. Начавшийся процесс сжатия ускорился под влиянием собственного поля тяготения. Процесс этот сопровождается свободным падением частиц облака к его центру - происходит гравитационное сжатие. В центре облака образуется уплотнение, состоящее из молекулярного водорода и гелия. Возрастание плотности и температуры в центре приводит к распаду молекул на атомы, ионизации атомов и образованию плотного ядра протозвезды.

Существует гипотеза о цикличности состояния Вселенной. Возникнув когда-то из сверхплотного сгустка материи, Вселенная, возможно, уже в первом цикле породила внутри себя миллиарды звездных систем и планет. Но затем неизбежно Вселенная начинает стремиться к тому состоянию, с которого началась история цикла, красное смещение сменяется фиолетовым, радиус Вселенной постепенно уменьшается и, в конце концов, вещество Вселенной возвращается в первоначальное сверхплотное состояние, по пути к нему, безжалостно уничтожив всяческую жизнь. И так повторяется каждый раз, в каждом цикле на протяжении вечности!

К началу 30-х годов сложилось мнение, что главные составляющие Вселенной - галактики, каждая из которых в среднем состоит из 100 млрд. звезд. Солнце вместе с планетной системой входит в нашу Галактику, основную массу звезд которой мы наблюдаем в форме Млечного Пути. Кроме звезд и планет, Галактика содержит значительное количество разреженных газов и космической пыли.

Конечна или бесконечна Вселенная, какая у нее геометрия - эти и многие другие вопросы связаны с эволюцией Вселенной, в частности с наблюдаемым расширением. Если, как это считают в настоящее время, скорость "разлета " галактик увеличится на 75 км/с на каждый миллион парсек, то экстраполяция к прошлому приводит к удивительному результату: примерно 10- 20 млрд. лет назад вся Вселенная была сосредоточена в очень маленькой области. Многие ученые считают, что в то время плотность Вселенной была такая же, как у атомного ядра. Проще говоря, Вселенная тогда представляла собой одну гигантскую "ядерную каплю". По каким-то причинам эта "капля " пришла в неустойчивое состояние и взорвалась. Такой процесс называется Большим взрывом.

При данной оценке времени образования Вселенной предполагалось, что наблюдаемая нами сейчас картина разлета галактик происходила с одинаковой скоростью и в сколь угодно далеком прошлом. А именно на таком предположении и основана гипотеза первичной Вселенной - гигантской "ядерной капли", пришедшей в состояние неустойчивости.

В настоящее время космологи предполагают, что Вселенная не расширялась "от точки до точки", а как бы пульсирует между конечными пределами плотности. Это означает, что в прошлом скорость разлета галактик была меньше, чем сейчас, а еще раньше система галактик сжималась, т. е. галактики приближались друг к другу с тем большей скоростью, чем большее расстояние их разделяло. Современная космология располагает рядом аргументов в пользу картины “пульсирующей Вселенной". Такие аргументы, однако, носят чисто математический характер; главнейший из них - необходимость учета реально существующей неоднородности Вселенной. Окончательно решить вопрос какая из двух гипотез - "ядерной капли" или "пульсирующей Вселенной" - справедлива, мы сейчас не можем. Потребуется еще очень большая работа, чтобы решить эту одну из важнейших проблем космологии.

Идея эволюции Вселенной сегодня представляется вполне естественной. Так было не всегда. Как и всякая великая научная идея, она прошла долгий путь своего развития, борьбы и становления. Рассмотрим, какие этапы прошло развитие науки о Вселенной  в ХХ столетии.

Современная космология возникла в начале XX в. после создания релятивистской теории тяготения. Первая релятивистская модель, основанная на новой теории тяготения и претендующая на описание всей Вселенной, была построена А. Эйнштейном в 1917 г. Однако она описывала статическую Вселенную и, как показали астрофизические наблюдения, оказалась неверной.

В 1922- 1924 гг. советским математиком А.А. Фридманом были предложены общие уравнения для описания всей Вселенной, меняющейся с течением времени. Звездные системы не могут находиться в среднем на неизменных расстояниях друг от друга. Они должны либо удаляться, либо сближаться. Такой результат - неизбежное следствие наличия сил тяготения, которые главенствуют в космических масштабах. Вывод Фридмана означал, что Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься (модель пульсирующей Вселенной). Отсюда следовал пересмотр общих представлений о Вселенной. В 1929г. американский астроном Э. Хаббл (1889-1953) с помощью астрофизических наблюдений открыл расширение Вселенной, подтверждающее правильность выводов Фридмана.

Начиная с конца 40-х годов нашего века, все большее внимание в космологии привлекает физика процессов на разных этапах космологического расширения. В выдвинутой в это время Г.А. Гамовым теории горячей Вселенной рассматривались ядерные реакции, протекавшие в самом начале расширения Вселенной в очень плотном веществе. При этом предполагалось, что температура вещества была велика и падала с расширением Вселенной. Теория предсказывала, что вещество, из которого формировались первые звезды и галактики, должно состоять в основном из водорода (75%) и гелия (25%), примесь других химических элементов незначительна. Другой вывод теории - у сегодняшней Вселенной должно существовать слабое электромагнитное излучение, оставшееся от эпохи большой плотности и высокой температуры вещества. Такое излучение в ходе расширения Вселенной было названо реликтовым излучением. К тому  времени появились принципиально новые наблюдательные возможности в космологии: возникла радиоастрономия, расширились возможности оптической астрономии. В 1965 г. экспериментально наблюдалось реликтовое излучение. Это открытие подтвердило справедливость теории горячей Вселенной.

Современный этап в развитии космологии характеризуется интенсивным исследованием проблемы начала космологического расширения, когда плотности материи и энергии частиц были огромными. Руководящими идеями являются новые открытия в физике взаимодействия элементарных частиц при очень больших энергиях. При этом рассматривается глобальная эволюция Вселенной. Сегодня эволюция Вселенной всесторонне обосновывается многочисленными астрофизическими наблюдениями, имеющими под собой прочный теоретический базис всей физики.

Даже схематичная и общая характеристика идеи возникновения всего (Вселенной) из ничего, или из вакуума, вызывает у человека немало удивления. Но этим дело не ограничилось. По мере того как ученые проникали в детали этого процесса, перед ними открывались все более удивительные вещи. Первая из них связана с так называемым фундаментальными постоянными, которые нередко называют мировыми константами. Принято отличать простые постоянные величины от фундаментальных универсальных постоянных. Например, Земля имеет постоянную массу, но существуют другие планеты, масса которых существенно отлична от земной. Значит, масса планеты не является универсальной постоянной. Тогда как масса электрона или масса протона всюду во Вселенной одинакова, это – универсальные постоянные. Общее число фундаментальных универсальных постоянных невелико (заряд протона, постоянная Планка, скорость света, гравитационная постоянная Ньютона и т.д.). Но оказывается, что для довольно полного описания природы требуется совсем немного таких параметров. Причем, они чуть ли не однозначно определяют строение и свойства физических объектов Вселенной. А поскольку эти постоянные возникли на ранних этапах Вселенной, когда объектов даже не существовало, то мы очевидно имеем право утверждать, что универсальные постоянные предопределяют структуру нашей Вселенной. Этот вопрос приобретает еще большую остроту, если учесть, что мировые константы не изолированы, а очень тонко подстроены друг под друга и оказывают свое влияние на структуру и свойства Вселенной в разных сочетаниях и все вместе как согласованный ансамбль. Может ли возникнуть такое совпадение случайно?

Современная космология обнаруживает сопряженность, «взаимозависимость» Вселенной и человека, и фиксирует это обстоятельство в содержании антропного космологического принципа (АКП), согласно которому  Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование разумного мыслящего существа – наблюдателя (Б. Картер, Р. Дирак). Хотя существует широкое неприятие антропного принципа как ненаучной идеи, но без сколько-нибудь строгого физического и логического обоснования.

Изучая связь между мегаскопическими параметрами Вселенной и условиями появления в ней разума, ученые сделали вывод о том, что глобальные свойства нашей астрономической  Вселенной, включая появление в ней разумной жизни, обусловлены тонкой  подстройкой, соответствием ряда постоянных параметров: констант физических взаимодействий, значений масс электрона, протона, нейтрона, трехмерности физического пространства. Мегаскопические свойства  Метагалактики оказались связанными со свойствами микромира.

Антропный принцип космологии основывается на выявленной наукой тонкой согласованности фундаментальных постоянных из различных областей естествознания. Весьма незначительное отклонение в значениях каждой из них приводит к нарушению их целостной системы, что существенно меняет весь сценарий мироздания и делает невозможным существования в нем человека. Структура Вселенной, как показал анализ, оказывается весьма неустойчивой относительно численных значений этих констант. Так двухкратное увеличение массы электрона на ранних стадиях эволюции Вселенной превратило бы все вещество в ней в нейтроны, кардинальным образом изменив структуру мира и не оставив в нем места для человека. Поэтому факт существования человека во Вселенной свидетельствует, что ее строение обусловило появление разумного наблюдателя.

АКП, рассматривая человека как органическую и актуальную составную часть Вселенной, по-новому включает человека в течение материальных процессов природы и позволяет использовать сам факт существования человека в качестве эвристического принципа современной космологии. Задавая процедуру выбора среди различных вновь создаваемых неравновесных моделей Вселенной, отвергая стационарные модели, он выполняет роль своеобразного методологического запрета.  Методологическое значение АКП в системе современного естествознания просматривается  в его содержательном единстве с флуктуационной гипотезой Л.Больцмана, теорией самоорганизации Г.Хакена и теорией диссипативных структур И.Пригожина. Отражая тенденцию к космизации современной науки, АКП переводит синергетику на новый, космический уровень. Возможно, что само существование человека как наблюдателя закодировано в универсальных закономерностях самоорганизации эволюции,    проявляющихся через стохастические механизмы в процессе появления различных структур  -  от космических  до социальных.

Проблема существования и поиска жизни во Вселенной

Представления о том, что Вселенная обитаема, были широко распространены в древности. Можно назвать много имен античных мыслителей от Анаксагора и Демокрита до Лукреция Кара, придерживавшихся этих взглядов. Их аргументы были глубокими, хоть и носили умозрительный характер. Смысл их рассуждений сводился к следующему: поскольку мир образован из единой субстанции (либо воды, либо огня, либо атомов) и подчиняется общему логосу (закону), то в разных частях Вселенной, как и на Земле, должны с необходимостью возникнуть жизнь и разум. Аналогичной аргументации, хотя и в естественнонаучных терминах, в начале ХХ века придерживались К.Э. Циолковский, В.И. Вернадский, П. Тейяр де Шарден и др. Так, К.Э. Циолковский научно обосновал возможность межпланетных сообщений при помощи ракет, что спустя несколько десятилетий было воплощено в жизнь.

Начиная с 50–х годов ХХ столетия, на первый план выдвигается направление, связанное с поиском радиосигналов. Поскольку радиотелескопы уже в 50–х г.г. были способны фиксировать сигналы, посланные с межзвездных расстояний, то впервые в истории науки открылась возможность поставить поиск сигналов внеземных цивилизаций на опытную научную основу. Первые  работы по поиску радиосигналов были выполнены в 1960 году в США Ф. Дрейком, а затем В.С. Троицким в СССР. В 60–х годах ХХ столетия работы по поиску внеземных цивилизаций приобретают характер международных программ получивших название SETI и CETI. Это аббревиатура английских слов, где первая означает поиск внеземных цивилизаций, а вторая – связь  с ВЦ. Можно сказать, что с выдвижением этих международных программ проблема существования и поиска жизни во Вселенной стала научной дисциплиной, включающей как теоретические, так и экспериментальные исследования. К середине 80–х годов в СССР, США и некоторых других странах было выполнено несколько десятков программ экспериментальных поисковых работ по обнаружению сигналов разных диапазонных частот электромагнитных волн.  Как отмечал В.С. Троицкий, в настоящее время вся совокупность наук позволяет сделать «неопровержимый вывод о возможности и большой вероятности существования жизни, в том числе разумной, в  подходящих для этого местах Вселенной, в частности в нашей Галактике». Физика и астрономия установили факт тождественности физических законов во всей видимой части Вселенной. Астрономия показала, что Солнце и наша Галактика (Млечный Путь) по различным параметрам являются «средними», рядовыми объектами Вселенной среди множества себе подобных. Этот вывод получен современными учеными, но его логика эквивалентна рассуждениям античных мыслителей, поэтому, у нас нет оснований пренебрегать взглядами древних мыслителей.

К тому же, для того чтобы возникла жизнь, необходимы определенные атомы. Все живое состоит в основном из водорода, кислорода, азота, углерода и незначительного количества более тяжелых элементов от фосфора и кальция до железа. Эти элементы, как сейчас установлено, возникли в недрах звезд первого поколения. По завершении эволюции звезды следовал  ее взрыв, при этом ее оболочка срывалась и  разбрасывалась в окружающее пространство. Из этого звездного пепла затем образовывались звезды второго поколения вместе с их планетами, которые содержали необходимые химические элементы и многие низкомолекулярные соединения.

Сложные органические молекулы на образовавшихся планетах могли возникнуть в ходе последующего теплового процесса. Суть этого процесса – в разогреве недр планеты вследствие радиоактивного распада урана, тория и калия –40 и в выносе на поверхность планеты расплавленных масс. Взаимодействие с водой низкомолекулярных полимеров могло привести к образованию сложных органических соединений, послуживших основой для эволюции открытых каталитических систем с последующим образованием простейших живых организмов.

В последние десятилетия астрономы обнаружили в туманностях до 50 различных, в том числе органических соединений. Были обнаружены соединения, являющиеся основой белков живых организмов. Ученые полагают, что в этих туманностях идет интенсивное звездообразование и, возможно, образуются планеты, содержащие низкомолекулярные соединения, которые не обязательно должны разрушиться в ходе конденсации планет.

Космология достаточно надежно установила пути эволюционного синтеза вещества во Вселенной от нуклеосинтеза тяжелых атомов до образования низкомолекулярных и высокомолекулярных органических соединений. Но с астрофизической точки зрения все еще не ясен переход от неживых органических соединений к живым, способных воспроизводиться по определенному генетическому коду. Хотя отдельные отрезки эволюционного пути материи Вселенной еще не ясны, общая цепь прогрессивной эволюции прояснилась и по современным представлениям выглядит следующим образом:

  1.  Атомные ядра.
  2.  Атомы.
  3.  Низкомолекулярные соединения
  4.  Высокомолекулярные соединения
  5.  Надмолекулярные соединения (начало жизни).
  6.  Прокариоты (организмы с неоформленным ядром).
  7.  Эукариотические формы (организмы, имеющие полноценное ядро).
  8.  Одноклеточные организмы.
  9.  Колониальные формы существования одноклеточных.

10.Многоклеточные организмы.

В.С. Троицкий суммировал научные данные, свидетельствующие  об эволюции вещества во Вселенной, что, по всей видимости, открывает возможность существования внеземных цивилизаций:

  •  Тождественность материи, физических и химических законов во Вселенной.
  •  Ординарность Солнца и Галактики. Большое число солнцеподобных звезд в Галактике и подобных галактик во Вселенной.
  •  Обилие двойных звезд, косвенные изменения которых указывают на возможность существования внесолнечных планет.
  •  Обилие низкомолекулярных соединений, обнаруженных в Галактике и других галактиках.
  •  Открытие химической эволюции Вселенной.
  •  Существование биологической эволюции на планете Земля, эволюционное возникновение нашей цивилизации.

В.С. Троицкий не приемлет вывода об уникальности человеческой цивилизации. Он сформулировал гипотезу одноразового взрывного происхождения жизни во Вселенной в определенной фазе ее эволюции на подходящих планетах: жизнь – это высшая форма организации материи, и скорее всего она возникла однократно как закономерный этап эволюции Вселенной на сложившихся к тому времени планетах, и позднее она спонтанно не возникала. Из сказанного следует, что жизнь возникла примерно 4 млрд. лет назад. Это значит, что во Вселенной нет слишком большой разницы между технологическими цивилизациями. Может даже оказаться, что земная цивилизация первой вышла на технологический уровень, и мы временно одиноки.

В.Ф. Шварцман также не приемлет вывода об уникальности земной жизни. Он высказал мнение, согласно которому сигналы внеземных цивилизаций, возможно, нами уже принимаются, но «мощность» культурной традиции, в рамках которой они интерпретируются, пока не достаточна для того, чтобы осознать их искусственную природу. Наука, отмечает автор, наиболее развитая, но не единственная форма человеческого знания. Осознание, каких-либо космических сигналов как целенаправленных передач возможно лишь при использовании всей человеческой культуры, а не только науки.

Несмотря на масштабность поисков внеземных цивилизаций, эти работы пока не принесли успешных результатов. Еще в конце 70-х– начале 80-х г.г. ученые разных стран вынуждены были констатировать, что «космос молчит». Так в настоящее время резюмируется отсутствие фактических свидетельств существования ВЦ, – свидетельств, находящихся выше порога наблюдательных возможностей, достигнутых земной цивилизацией. Многие авторы полагают, что вывод о молчании космоса может быть истолкован различными способами:

  •  Во–первых, либо неверны наши теоретические предположения о внеземных цивилизациях и их возможностях;
  •  Во–вторых, либо недостаточны наблюдательные данные;
  •  В–третьих, не верна теория и внеземных цивилизаций нет вообще, а земля уникальна и цивилизация единственная на ней во всей Галактике.

Таким образом, «молчание космоса» не снимает проблемы существования и поиска жизни во Вселенной. Проделанное переосмысление теоретических посылок и методических приемов подготовило фундамент для дальнейшего продвижения исследований на качественно новом теоретическом и эмпирическом уровне.

Контрольные вопросы

1. Что выражает понятие «Вселенная»

2. Что изучает  современная космология как междисциплинарная  наука  и когда она возникла

  1.  Каковы современные космологические модели  Вселенной
  2.  В чем суть и содержание концепции Большого взрыва  
  3.  Что означает понятие «мировые константы» (универсальные постоянные) и их роль в структуре Вселенной
  4.  В чем смысл антропного космологического принципа и его методологическое значение для науки
  5.  Каковы представления современной науки  об астрофизических условиях формирования жизни, разума и цивилизаций
  6.  В чем суть идей и гипотез  Троицкого В.С. и Шварцмана В.Ф. по проблеме существования и поиска жизни во Вселенной
  7.  А как бы Вы истолковали «молчание космоса», Ваши аргументы  


Тема 5. КОНЦЕПЦИИ САМООРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ: СИНЕРГЕТИКА И КИБЕРНЕТИКА

Лекция 10. Синергетическая парадигма в современном естествознании

Основные понятия, включенные в систему  тренинг-тестирования:

идея развития; истоки идеи самоорганизации систем; понятие самоорганизации; критическое состояние; живая система; основные направления теории самоорганизации; синергетика; лазер; открытость; существенная неравновесность; скачок;  флуктуации; точка бифуркации; аттрактор; синергетическая парадигма; эволюционный нелинейный процесс.

Современные физические концепции строения материи приписывают ей свойства динамизма, развития, эволюционный характер. Научному мировоззрению, по крайней мере, с XIX века была присуща идея развития. Но после открытия Кельвином и Клаузиусом второго начала термодинамики господствовало достаточно пессимистическое представление, что базовым состоянием материи является состояние термодинамического равновесия (хаоса) - самого простого из всех возможных состояний системы, не обменивающейся энергией и веществом с окружающей средой. Господствующей тенденцией материи считалось стремление к разрушению спонтанно возникшей упорядоченности (в результате случайной маловероятной флуктуации) и возвращению к исходному хаосу. Следовательно, упорядоченное состояние вещества, которое наблюдается в доступной части Вселенной, возникло случайно, жизнь, как самая высокая из всех известных науке форм упорядоченности, тем более случайна и противоестественна. Это подтверждала, распространенная в 19 веке в космологии модель стационарной Вселенной. Что же заставило изменить этот, казалось бы, незыблемый взгляд на развитие, прийти к идее самоорганизации материи, которая внедрилась в научное мировоззрение во второй половине ХХ века и коренным образом изменила старые взгляды на материю и процессы ее развития?

Истоки идеи самоорганизации систем. Эта идея порождена увеличением числа исследований в различных областях естествознания, посвященных кооперативным эффектам в открытых неравновесных системах. Первоначально в 60–х годах ХХ столетия такие исследования проводились независимо в разных дисциплинах, позже (в 70–х годах) они стали предметом сравнения, и в них обнаружилось много общего.  Необходимо отметить, что в научной литературе одни авторы используют термин «самоорганизация», другие «синергетика». К концепции самоорганизации через разработку термодинамики открытых систем пришел бельгийский ученый Илья Пригожин (р.1927 г.). А термин «синергетика» ввел немецкий физик Герман Хакен (р. 1927 г.). Слово «синергетика» древнегреческого происхождения, означает «сотрудничество, совместное действие». Лингвистический смысл слов различен, но концептуальных расхождений между этими научными направлениями нет. Как синергетика, так и теория самоорганизации исследуют процессы самоорганизации и самодезорганизации в открытых системах физической, химической, биологической, экологической, социальной и другой природы. Сегодня наука считает все известные системы от самых малых (элементарные частицы), до самых больших (Вселенная) – открытыми, обменивающимися энергией,  (или) веществом и (либо) информацией с окружающей средой и находящимися, как правило, в состоянии, далеком от термодинамического равновесия. А развитие таких систем, как стало известно, протекает путем образования нарастающей упорядоченности. На такой основе возникло представление о самоорганизации вещественных систем.  В широком плане понятие самоорганизации отражает фундаментальный принцип природы, лежащий в основе наблюдаемого развития от менее сложных к более сложным и упорядоченным формам организации вещества. Но у этого понятия есть и более узкое значение, непосредственно характеризующее способ реализации перехода от простого к более сложному. В таком значении самоорганизацией называют природные скачкообразные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным.

Критическое состояние - это состояние крайней неустойчивости, достигаемое открытой неравновесной системой в ходе предшествующего периода плавного, эволюционного развития. Прежде чем привести примеры самоорганизации, необходимо уточнить, что же считать усложнением элементов и систем, их переходом от более простых к более сложным формам. Понятия “простой” и “сложный” всегда относительны, их смысл выявляется только при сопоставлении свойств родственных объектов. Так, протон сложен относительно кварков, но прост относительно атома водорода; атом сложен относительно протона и электрона, но прост относительно молекулы и т.д. При этом мы видим, что сложные объекты обладают новыми качествами, которых лишены исходные простые элементы, доставляющие их. Таким образом, природу можно представить как цепочку нарастающих по сложности элементов. Процессы объединения “простых” элементов с образованием “сложных” систем протекают лишь при выполнении определенных условий. Например, если температура (энергия) окружающей среды превышает энергию связи двух частиц, то они не смогут удерживаться вместе. При снижении температуры до значений, при которых энергия среды и энергия связи частиц окажутся равными, наступает критический момент, и дальнейшее снижение температуры делает возможным процесс фиксирования частиц (например, протона и электрона) в атоме водорода. Намного сложнее обстоит дело при соединении атомов в молекулы. Здесь также существуют пороговые значения параметров (температуры, плотности), называемые критическими значениями, которые отделяют область возможного образования от области, где этот процесс невозможен. Затем идут новые уровни сложности и упорядоченности вещества. Наиболее высокий уровень упорядоченности, известный науке - живая система. Считалось, что феномен жизни противоречит господствовавшим физическим представлениям о стремлении материи к хаосу. Жизнь представлялась упорядоченным и закономерным поведением материи, основанным не только на тенденции переходить от упорядоченности к неупорядоченности, но частично и на существовании упорядоченности, которая поддерживается все время. Эта проблема впервые была четко сформулирована в книге известного физика-теоретика Э. Шредингера “Что такое жизнь?”. Анализ, проделанный им, показывал, что феномен жизни разрушает постулат о единственной тенденции развития вещества - от случайно возникшей упорядоченности к неупорядоченности, рожденный классической термодинамикой. Живые системы оказались способны поддерживать упорядоченность вопреки “естественной” тенденции. После выхода книги Шредингера создалась любопытная ситуация: за живым веществом признавалась способность проявлять как тенденцию к разрушению упорядоченности, так и тенденцию к ее сохранению. А за неживой природой по-прежнему признавалась только одна тенденция - неизбежно разрушать любую упорядоченность, возникшую в результате случайных отклонений от равновесия. И лишь сравнительно недавно стало ясно, что тенденция к созиданию, к переходу от менее упорядоченного состояния к более упорядоченному, то есть самоорганизация, присуща неживой природе в той же мере, что и живой. Нужны лишь подходящие условия для ее проявления. Выяснилось, что все разномасштабные самоорганизующиеся системы, независимо от того, каким разделом науки они изучаются, будь то физика, химия, биология или социальные науки, имеют единый алгоритм перехода от менее сложных и менее упорядоченных к более сложным и более упорядоченным состояниям. Тем самым открывается возможность единого теоретического описания подобных процессов во времени и пространстве. Разработка теории самоорганизации началась в середине ХХ столетия и продолжается в настоящий момент, причем по нескольким, сходящимся направлениям:

  •  синергетика (Г. Хакен),
  •  термодинамика неравновесных процессов (И. Пригожин),
  •  концепция эволюции органических молекул (М. Эйген),
  •  концепция эволюции открытых каталитических систем (А.П. Руденко)
  •  теория катастроф (Р. Том).

Синергетика - по определению ее создателя – немецкого физика Г. Хакена - занимается изучением систем, состоящих из многих подсистем самой различной природы, таких как электроны, атомы, молекулы, клетки, нейтроны, механические элементы, фотоны, органы животных и даже люди... Это наука о самоорганизации простых систем, о превращении хаоса в порядок.

В синергетике возникновение упорядоченных сложных систем обусловлено рождением коллективных типов поведения под воздействием флуктуации, их конкуренцией и отбором того типа поведения, который оказывается способным выжить в условиях конкуренции. Как замечает сам Хакен, это приводит нас в определенном смысле, к своего рода обобщенному дарвинизму, действие которого распространяется не только на органический, но и на неорганический мир. Самоорганизация, по Г. Хакену, – это «спонтанное образование высокоупорядоченных структур из зародышей или даже из хаоса». Переход от неупорядоченного состояния  к упорядоченному происходит за счет совместного и синхронного действия многих подсистем (или элементов), образующих систему.

Г. Хакен выделил кооперативные (коллективные) процессы во всех самоорганизующихся системах. Первоначально сферой приложения синергетики Г. Хакена была квантовая электроника и радиофизика. Ярким примером самоорганизации может служить система, изученная им – лазер. Этот прибор создает высокоорганизованное оптическое излучение. Традиционные источники света - лампы накаливания, газоразрядные лампы - создают оптические излучения за счет процессов, подчиняющихся статистическим законам. Роль рабочего вещества в твердотельном лазере выполняет монокристалл (чаще всего рубин), в котором имеются активные атомы, возбужденные энергией, подведенной извне в процессе так называемой «накачки» энергии. Пока мощность накачанной энергии мала, атомы в кристалле возбуждаются несогласованно и излучают световые микроволны тоже разрозненно по времени и направлению. В этом случае лазер испускает рассеянный свет, как осветительная лампа. Но когда накачка энергией активного вещества лазера достигает порогового значения мощности, то все возбужденные в кристалле атомы –антенны внезапно начинают излучать свет синхронно и однонаправлено, и от сложения множества микроизлучений образуется один мощный поток света, лазерная установка переходит в режим генерации. То есть при генерации лазерного луча в атомной системе кристалла происходит самоорганизация. Это означает также, что лазер является системой, находящейся вдали от равновесия и что такая система может находится в устойчивом состоянии только за счет поступления извне энергии.

Другими примерами кооперативных эффектов могут быть: коллективно выстраивающиеся одинаковые ориентации элементарных магнитных моментов в ферродинамике; коллективно и согласованно самоорганизующиеся вихри внутри жидкости, порождающие видимую на макроскопическом уровне турбулентную структуру.

По Хакену, объект изучения синергетики, независимо от его природы, обязан удовлетворять следующим требованиям:

  •  открытость - обязательный обмен энергией и (или) веществом с окружающей средой;
  •  существенная неравновесность - достигается при определенных состояниях и при определенных значениях параметров, характеризующих систему, которые переводят ее в критическое состояние, сопровождаемое потерей устойчивости;
  •  выход из критического состояния скачком, в процессе типа фазового перехода, в качественно новое состояние с более высоким уровнем упорядоченности.

Скачок - это крайне нелинейный процесс, при котором малые изменения параметров системы (обычно они называются управляющими параметрами) вызывают очень сильные изменения состояния системы, ее переход в новое качество.

Например, при снижении температуры воды до определенного значения она скачком превращается в лед. Около критической точки перехода достаточно изменить температуру воды (управляющий параметр) на доли градуса, чтобы вызвать ее практически мгновенное превращение в твердое тело.

Подобные же процессы есть в химии - смешивание жидкостей разных цветов, когда попеременно получается жидкость то красного, то синего цвета (реакция Белоусова–Жеботинского); в биологии - мышечные сокращения, электрические колебания в коре головного мозга, явление морфогенеза (отдельные клетки бывают только недифференцированными, специализация развивается в соответствующем окружении других клеток), динамика популяций (временные колебания численности видов) и т.д.

Самоорганизующиеся системы обретают присущие им структуры или функции без какого бы то ни было вмешательства извне. Обычно эти системы состоят из большого числа подсистем. При изменении определенных условий, которые называются управляющими параметрами, в системе образуются качественно новые структуры. Эти системы обладают способностью переходить из однородного, недифференцированного состояния покоя в неоднородное, но хорошо упорядоченное состояние или в одно из нескольких возможных состояний. Этими системами можно управлять, изменяя действующие на них внешние факторы. Поток энергии или вещества уводит физическую, химическую, биологическую или социальную систему далеко от состояния термодинамического равновесия. Изменяя температуру, уровень радиации, давление и т.д., мы можем управлять системами извне.

Самоорганизующиеся системы способны сохранять внутреннюю устойчивость при воздействии внешней среды, они находят способы самосохранения, чтобы не разрушаться и даже улучшать свою структуру.

Таким образом, сама логика научного развития, включая новые экспериментальные данные, потребовала в 50–60–х годах ХХ столетия перейти от рассмотрения слабонеравновесных к изучению сильнонеравновесных систем, от стационарных неравновесных состояний к исследованию неустойчивых неравновесных состояний.

Механизм протекания процессов самоорганизации   (по И. Пригожину)

В начале 70–х годов И. Пригожину удалось разработать новую концепцию самоорганизации химических и физических систем. Источником самоорганизации Пригожин считал случайные неоднородности, либо флуктуации (отклонения среды от положения нормали), которые до некоторых пор гасятся силами внутренней инерции. Далее случайные микрофлуктуации перерастают в состояние хаоса. Но когда в систему с хаотическим состоянием поступает из среды достаточно большое количество свежей энергии, то из хаоса рождаются крупномасштабные флуктуации макроскопического уровня. Эти макроскопические флуктуации представляют собой коллективные формы поведения множества микрочастиц, которые назвали модами. Между модами (конфигурациями) возникает конкуренция  и происходит отбор наиболее устойчивых из них.

Вот как И. Пригожин обрисовывает в общем виде и кратко путь эволюции системы от исходного состояния через хаос к состоянию новой организованности. В замкнутую изолированную систему энергия или вещество вводятся извне дозировано, чтобы исходное состояние в ней не выходило за рамки заданных границ (к примеру, русская печь, костер и т.д.). В открытой нелинейной системе нет таких ограничений. Здесь вещество и энергия среды могут поступать в нее произвольно, поэтому такая система может выходить из состояния равновесия и стать неравновесной. По мере дальнейшего притока вещества и энергии она с ускорением (нелинейно, неоднонаправленно) уходит все дальше от положения равновесия, становясь, все более неравновесной и нерегулируемой.  Организация состояния такой системы все больше расшатывается, пока, наконец, вовсе не разрушится и процесс не станет хаотичным. Таким образом, на первой стадии своей эволюции неравновесный процесс переходит от состояния порядка к хаосу.

Состояние максимальной хаотичности неравновесного процесса называют точкой бифуркации (от лат.bifurkus – раздвоенный). Благодаря хаотичности дальнейшее развертывание неравновесного процесса имеет не один путь движения, а множество возможных путей из зоны ветвления, то есть из точки бифуркации. Состояние бифуркации можно уподобить положению шарика на выпуклой поверхности, типа сферической, которое является неустойчивым. Любое влияние может вывести шарик из неустойчивого состояния, и он начнет скатываться сверху вниз. По какой траектории он будет катиться из точки бифуркации – угадать точно невозможно. Это – случайный процесс.

Но как только траектория движения сверху вниз определится, так направление движения начнет подчиняться необходимости. Теперь необходимость предопределяет, каким финалом завершится нелинейный процесс. Отрезок эволюционного пути от точки бифуркации до необходимого финала называют аттрактором (от лат. attrahere – притягиваю). Это значит, что конечный пункт развертывания нелинейного процесса, или финал, как бы притягивают к себе, то есть, предопределяют траекторию нелинейного процесса (движения шарика) от точки бифуркации. Аттрактор уподобляется некой воронке, или конусу, который своим раструбом обращен к зоне ветвления, а своим узким горлышком – к конечному результату. Это значит, что шарик, находящийся на выпуклой поверхности, может попасть в раструб воронки не из одной–единственной точки, а из ряда смежных положений зоны ветвления. По мере движения по аттрактору множество возможных вариантов движения сокращается и, в конечном счете, процесс с необходимостью завершается единственным результатом. Если в настоящий момент ввести дополнительную энергию извне в систему, то в хаотичном состоянии начнет зарождаться новая организация. Когда величина вводимой энергии достигает некоторого критического значения, то система внезапно (скачком) переходит из хаотического состояния в новое устойчивое (организованное) состояние.

Развертывание нелинейного процесса от точки бифуркации до выбора аттрактора – это  начало второй части эволюционного нелинейного процесса, в котором случайность и неслучайность (предопределенность) скомпенсированы, взаимно дополняют друг друга. В свете новой концепции иначе, чем раньше, решается вопрос о соотношении случайного и закономерного в развитии. Эволюционные этапы весьма жестко детерминированы, поведение системы здесь предсказуемо и даже управляемо, если имеются необходимые управленческие средства. В критических же точках (точках бифуркаций), достигаемых системой на завершающих стадиях эволюционного процесса, господствует случайность. В таких точках нельзя предугадать то новое устойчивое состояние, в которое система перейдет в ходе скачка. А следующий эволюционный этап стартует именно от случайного перехода системы на новый уровень. Точка бифуркации образно предстает в виде перекрестка с несколькими ответвлениями пути, и на нем, как в сказке, выбор пути означает и выбор судьбы.

Синергетические процессы в предбиологических системах   (по М. Эйгену).

Еще одним независимым источником идей синергетики стали работы немецкого ученого М. Эйгена, специалиста в области молекулярной биологии. Он показал, что при благоприятных условиях среды сложные органические молекулы способны к самовоспроизводству и усложнению организации на предбиологическом уровне. При этом, как полагает  М. Эйген, с усложнением организации органических молекул начинает действовать дарвиновский принцип естественного отбора. Строго говоря, концепция эволюции органических молекул М. Эйгена не укладывается в парадигму синергетики, а существенно выходит за ее рамки. Поэтому М. Эйген широко пользуется понятием информации, что вполне правомерно, так как структуры нового уровня организации возможны лишь на базе новой информации, которая, как и энергия, может черпаться только извне.  

Синергетика выступает сегодня как междисциплинарное научное направление, ориентированное на поиск общих законов эволюции и механизмов развития природного и социального мира. Синергетическая парадигма, широко внедрившаяся в науку и культуру, задает новое мировидение, отвергая однолинейный плоский детерминизм, показывая, что нет мира однозначного определения, а есть многозначная ветвящаяся древовидная крона возможных путей  развития Космоса, биосферы и истории.

Важное философско-методологическое и мировоззренческое значение для естественнонаучной и гуманитарной культуры имеют ключевые идеи синергетики о том, что:

1 - сложноорганизованным системам нельзя навязывать пути их развития;  

2 - для них, как правило, существуют несколько альтернативных путей развития, а значит возможность выбора наиболее оптимальных из них;

3 - хаос может выступать в качестве созидающего начала, конструктивного механизма эволюции;

4 -  в особых состояниях неустойчивой социальной среды действия каждого отдельного человека могут влиять на макросоциальные процессы;

5 -  зная тенденции самоорганизации системы, можно миновать многие зигзаги эволюции, ускорить ее;

6 -  многое в развитии мира  свершается « вдруг», как бы непроизвольно, подобно мутациям в биологической эволюции.

Отметим, что формирование синергетики как общенаучного направления не завершено и еще продолжается. До сих пор не получил адекватного решения главный вопрос – об источниках самоорганизации. А без этого само понятие самоорганизации остается недостаточно осмысленным и условным, имеющим лишь рабочее значение.  Но, несмотря на это, у синергетики есть будущее, при чем, по словам Г. Хакена, «для нахождения общих принципов, управляющих самоорганизацией, необходимо кооперирование многих различных дисциплин».

Контрольные вопросы

 

  1.  Что изучает синергетика ?
  2.  Каковы истоки идеи самоорганизации систем ?
  3.  В чем методологическое  содержание понятия самоорганизации ?
  4.  В каких направлениях разрабатывается теория самоорганизации ?
  5.  Что выражают основные понятия синергетики: флуктуации, точки бифуркации, аттракторы ?
  6.  Что такое критическое состояние «системы» ?
  7.  Какие ключевые идеи составляют сущность синергетической парадигмы в современной науке и культуре ?


Лекция 11. Кибернетика: концептуально-понятийная характеристика

Основные понятия, включенные в систему  тренинг-тестирования:

кибернетика; управление;  понятие «поведение» в кибернетике; активное поведение; пассивное поведение;  целенаправленность, обратная связь; гомеостаз; кибернетическая концепция гомеостаза; информация по определению Н. Винера; энтропия; негэнтропия; инфодинамика.

 

Процессы саморегуляции исследуются еще одной научной областью, развивающейся в русле системных исследований – это кибернетика.

Необходимо отметить, что между синергетикой и кибернетикой как современными направлениями развития знания о самоорганизующихся  системах существует принципиальная разница:

  •  кибернетика изучает самоорганизацию и саморегуляцию в равновесных системах, тогда как синергетика исследует процессы самоорганизации в существенно неравновесных системах;
  •  в синергетике изучаются механизмы возникновения состояния новых структур и форм, а не поддержание исходных состояний, что характерно для кибернетики.

Разработка базовых понятий кибернетики осуществлялась в середине ХХ века трудами многих ученых. Основателем кибернетики принято считать американского математика Норберта Винера (1894 –1964).  Существенный вклад в кибернетику внесли: американский биолог А. Розенблют, американский математик К. Шеннон, английский математик А. Тьюринг, английский биолог и кибернетик У. Эшби, российские ученые: А.Н. Колмогоров, А.А. Ляпунов, В.М. Глушков и другие.

Понятие кибернетики происходит от древнегреческого слова «кибернес» – «искусство управления» или «рулевой».

По определению Н. Винера, кибернетика – наука об управлении и связи в животном и машине. Понятие управления здесь употреблено в широком смысле, поскольку оно относится в равной мере к техническим, биологическим и социальным системам.

В.М. Глушков полагал, что кибернетика выступает как наука об общих законах преобразования информации и управляющих системах.

Кибернетика является интегральной наукой, возникшей на стыке ряда специальных дисциплин – теории автоматов, техники связи, математической логики, теории информации и других. Основной корпус кибернетического знания неоднороден и включает в себя:

  •  теоретическую кибернетику;
  •  техническую кибернетику;
  •  прикладную кибернетику.

Многогранен и объект кибернетического исследования, поскольку эта наука изучает процессы управления в живых, неживых (технических) и социальных системах. Для учебного курса концепций современного естествознания более важна теоретическая составляющая кибернетики, ее исходные принципы и понятия, посредством которых кибернетика оказала существенное влияние на естественные, технические и гуманитарные науки. Кибернетические понятия управления, обратной связи и другие приобрели общенаучный статус и сегодня выступают неотъемлемым компонентом методологического инструментария современного естествознания.  

Исходными понятиями кибернетики являются: управление и информация.

Управление есть процесс информационного воздействия управляющего устройства на исполнительное. Конкретная природа управляющих и исполнительных систем  может быть различной, но принципиальная схема процессов управления оказывается одинаковой.

Примеры управления в системах различной природы:

  •  термостат  (техническая система) – прибор для поддержания постоянной температуры. В простейшем случае его можно представить в виде духовки с электрическим терморегулятором, в которой терморегулятор генерирует сигнал об изменениях температуры внутри системы. Этот сигнал по цепи обратной связи поступает на реостат и координирует силу тока в цепи нагревателя в зависимости от потребностей в увеличении, либо уменьшении тепла, таким образом температура в духовке всегда поддерживается на заданном уровне.
  •  поддержание достаточного уровня концентрации глюкозы в крови (живая система) – цепочка биохимических превращений гликогена («животный крахмал», основной запасной углевод животных и человека, содержащийся в печени) в глюкозу, находящаяся под контролем адреналина (гормон надпочечников) и инсулина (гормон поджелудочной железы).
  •  движение финансовых средств в государстве (социальная система) –  механизм данного контроля сложен и осуществляется  системой различных организаций (банковские структуры, налоговая инспекция, судебная система и т.д. на основании действующего финансового законодательства).

В процессах управления управляющее устройство играет ключевую роль. Поэтому понятие управляющей системы имеет значение не только в кибернетике, но и в других науках. К примеру, в ЭВМ оно определяет порядок выполнения операций (команд) и координирует работу всех узлов ЭВМ. Конкретная природа управляющего устройства может быть разной, но для всех случаев кибернетика устанавливает общую функциональную структуру.

Любое управляющее устройство должно иметь:

  •  Чувствительный элемент (входное устройство), с его помощью  воспринимаются сведения (информация);
  •  Механизм преобразования информации, полученной от чувствительного элемента;
  •  Механизм передачи преобразованной информации от управляющего устройства к исполнительному устройству;
  •  Выходное устройство, для осуществления механизма передачи преобразованной информации;
  •  Запоминающее устройство (имеется в кибернетических системах), предназначенное для хранения программы и исходных данных.

Понятие «управление» в кибернетике в его первоначальном смысле характеризовалось следующими тремя основными признаками: 1. Автоматические действия системы; 2. Действия системы в соответствии с определенной целью; 3. Наличие обратной связи. В последние годы кибернетические представления управления подверглись усложнению и обобщению. 

Во-первых, само управление рассматривается уже не просто как автоматическое действие, а как управленческая деятельность, которая лишь частично может быть автоматизирована. Управление нельзя сводить только к информационным процессам, в конечном счете, предполагающим его автоматизацию.

Во-вторых, управленческая деятельность понимается как осознанная, а ее цель – не конечное состояние данного преобразования, а его представление, образ, который формируется до реализации цели. Управление представляет собой целенаправленный процесс, результатом которого является переход объекта из одного состояния в другое.

В-третьих, ситуация управления имеет одну важную особенность: управление – это воздействие одной деятельности на другую, т.е. объектом управленческой деятельности является другая деятельность, подлежащая управлению (к примеру, производственная, хозяйственная, научная и др.) Управление – это корректировка деятельности, подлежащей управлению, в соответствии с целью и осознанием (руководителем) всей деятельности и образа действия управляемого индивида. Большое значение приобретает не только осознание, но и корректировка собственных действий управляющим индивидом (или соответствующим социальным институтом).

В-четвертых, усложнено понятие обратной связи. Это не просто обратное физическое воздействие, сущность ее заключается в том, что от объекта управления к управляющим органам по особым каналам связи передается информация о фактическом положении дел, прежде всего об отклонениях от намеченных планов, которая используется управляющими органами для выработки управляющих воздействий. Иначе говоря, деятельность такой системы регулируется результатами деятельности этой же системы. Результат деятельности не может полностью совпадать с поставленной заранее идеальной целью. Несовпадение цели и результата деятельности и является основой регуляционного механизма обратной связи.

Метод кибернетического исследования является поведенческим,  по схеме «стимул –реакция», которую кибернетика заимствует из психологии бихевиоризма и обобщает через понятия «вход- выход». Это означает, что в кибернетике используется поведенческое рассмотрение объекта, а не структурно-функциональное. Здесь объект управления уподобляется некоему «черному ящику» в том смысле, что мы ничего не знаем о его содержимом. Известно лишь, какая серия сигналов подается на вход исполнительного устройства, а также его реакция, или поведение на выходе. Тогда как  при структурно-функциональном подходе главное внимание уделяется изучению внутренней организации объекта, а не его поведению.  

Под поведением в кибернетике понимается любое изменение отношения объекта управления к окружающей среде. Поведение может быть:

  •  Активным, в том случае, когда объект управления является источником энергии своих действий. Активное поведение подразделяют на:
  •  нецеленаправленное (случайное)
  •  целенаправленное
  •  Пассивным, если же реакция объекта управления совершается за счет энергии, поступившей на входе извне.

Целенаправленность означает, что поведение определяется заранее заданным (или известным) результатом, то есть конечным состоянием. Совершая произвольное действие, человек произвольно выбирает специфическую цель, но не специфическое движение. Н. Винер отмечал, что, решив взять стакан с водой и поднести его ко рту, мы не приказываем отдельным мышцам сократиться в определенной последовательности, мы просто задаемся целью и действие происходит автоматически. Хотя многие виды устройств функционируют нецеленаправленно, к примеру, часы, характеризующиеся регулярным, но нецелеустремленным поведением, так как в их механизм не заложена никакая цель.

Активное  целесообразное поведение подразделяют на два вида – с обратной связью (ОС) и без неё. При наличии ОС  сигнал с выхода исполнительного устройства, несущий информацию о поведении объекта управления, подается обратно на вход управляющего устройства, чтобы контролировать и регулировать поведение исполнительного устройства, корректируя его в соответствии с целью. Понятие обратной связи (положительной и отрицательной) также широко используется в разных видах науки и практики.   

Важным для кибернетики является понятие гомеостаза. Гомеостаз – это процесс саморегуляции систем любой природы относительно заданного состояния на основе обратных связей, обеспечивающий динамическое равновесие системы, называемой гомеостатом.  Это слово происходит от древнегреческого «гомеостазис», что означает  «одинаковое состояние». Термин был предложен американским биологом У. Кенноном в 1929 г. Позднее в 1948 г. английский биолог У. Эшби провел детальное исследование и разработал концепцию устойчивости динамических равновесных систем, которая применима к системам любой природы. Так возникла кибернетическая концепция гомеостаза.

Наиболее сложными и недостаточно разработанными понятиями кибернетики являются понятия информации и искусственного интеллекта. В самом общем смысле информацию идентифицируют с человеческим знанием. Говорят, что сообщение дает нам знание или информацию. Что в таком случае понимать под знанием? В статистической (математической) теории информации К. Шеннона сообщение рассматривается не как осмысленное знание о фактах действительности, а лишь как некоторая последовательность знаков, например, букв алфавита. Для исчисления количества информации важно лишь одно – знаем мы или не знаем, из какого числа и сочетания знаков образовано ожидаемое сообщение. В качестве  основного условия выдвигается разделение знаковой (синтаксической) и смысловой (семантической) сторон сообщения при полном абстрагировании от семантики (смысла слова). Для случая с телеграфным аппаратом, не воспринимающим смысла слов, достаточна лишь последовательность цифровых кодов букв, посылаемых по линии связи. А поскольку общая теория информации включает в себя и телеграфную связь, то для такой теории представление сообщений только в синтаксической форме вполне оправдано.

Однако это противоречит представлениям о человеческой коммуникации посредством естественного языка. Здесь логический смысл играет ведущую роль, и вообще семантическая организация существенно определяет синтаксический строй высказывания. Даже логический строй не исчерпывает всего качества мышления, поскольку он зависит и от эмоциональных оценок, и от образных составляющих, и от воли говорящего. Таким образом, полное отвлечение от качественной стороны информации – существенный пробел математической теории исчисления количества информации, так как качество вообще не сводимо к количеству, и одним количеством «бит» не выразить качественной стороны (природы) информации.

Вопрос о том, как можно получить качественную характеристику информации широко обсуждался в кибернетике в 60–70–х годах ХХ столетия. Одним из традиционных подходов является термодинамический. В термодинамическом подходе информация противопоставляется энтропии (мере хаоса в системе) и выступает как мера упорядоченности системы. Из этого утверждения можно сделать вывод о том,  что чем выше степень организованности системы, тем выше ее информационная насыщенность. Н. Винер определил информацию как меру организации состояния и групп состояний.  

Поскольку энтропия  как мера дезорганизации материальных систем – это отрицательная характеристика, то ею неудобно пользоваться для описания эволюции в природе. Поэтому в 50-х годах ХХ столетия французский физик-теоретик Л. Бриллюэн  ввел  противоположное понятие – негэнтропии  как меры организованности или упорядоченности и дал обоснование негэнтропийного принципа в определении  информации. В сущности он отождествил информацию с негэнтропией. Следовательно природу информации и энтропии выражает их противоположная связь с организацией материальных систем.

В настоящий момент неясен процесс перехода информации в свою связанную форму - негэнтропию. Недостаточно изучены критерии и методы оценки количества и качества информации, особенно в общественных системах. Наиболее общими закономерностями в процессах передачи, превращения, обработки и хранения информации (или ее связанного вида: негэнтропии (ОНГ)) занимается новая наука - инфодинамика. Исходные положения инфодинамики следующие:

  1.  Универсум состоит из иерархически и интерактивно взаимосвязанных систем. Их пределы, структура и функции разнообразны, но все они существуют объективно.
  2.  Каждая система обязательно содержит вещество (массу), энергию и негэнтропию. Можно рассчитать их эквивалентное суммарное количество и соотношение преобладающих форм.
  3.  Информацией является любая связь между системами, в результате которой увеличивается негэнтропия хотя бы одной из этих систем.
  4.  Сознание, мысли, наука и другие результаты умственной деятельности человека и общества являются вторичной реальностью т.е. приближенными моделями реального мира. Однако и они являются объективно существующими информационными системами.
  5.   Не существует абсолютной информации. Есть многомерная информация относительно цели и события в системе, содержащаяся в другом событии или объекте. Системы взаимодействуют между собой путем передачи массы, энергии, ОЭ и ОНГ. В процессе обмена как масса и энергия, так и ОНГ могут концентрироваться или рассеиваться. В процессе инфообмена информацией считается только такая связь между системами, в результате которой повышается количество ОНГ хотя бы одной системы. В остальных случаях мы имеем дело с рассеянием информации, массы или энергии, или просто шумом.

Связанная форма информации - ОНГ содержится в каждой системе вместе с массой и энергией. Однако ее определение, также как и выяснение процессов ее превращения и переходов часто представляет большие трудности.

По вопросу упорядоченности, энтропии поля высказаны различные мнения. С одной стороны утверждается, что поля обладают бесконечной энтропией, разнообразием, беспорядком. С другой стороны считалось, что объединенное суперполе имеет нулевую энтропию, что оно обладает абсолютной упорядоченностью, бесконечным ОНГ, энергией. В действительности, как и все системы, любое поле имеет как ОЭ, так и ОНГ. Чем больше поле локально возбуждается, вибрирует с образованием волн и материальных частиц, тем больше оно содержит ОНГ. Конечно, в поле значительно труднее определить характерные для системы признаки: элементы, их взаимоотношения и целостность. Однако, и здесь признаки системной дифференциации элементов в любом случае существуют. В качестве первичных элементов поля как системы выделяются кванты. Выяснено, что квантовое дискретное строение имеют не только электромагнитные, но и гравитационные волны и даже пространство и время. Система может быть комбинирована из различных полей, с квантами различного энергосодержания и разной степенью их когерентности. Исследование квантовой структуры полей дает возможность выяснить содержание в них связанной информации (ОНГ).

Наиболее содержательная качественная характеристика информации выработана  с общенаучных позиций на основе категорий разнообразия,  отражения и взаимодействия. Информация в самом общем ее понимании представляет собой  меру неоднородности распределения материи и энергии в пространстве и времени, меру изменений, которыми сопровождаются все протекающие в мире процессы.

Контрольные вопросы

  1.  В чем состоит  принципиальная разница между синергетикой и кибернетикой  в изучении самоорганизующихся систем ?
  2.  Что составляет предмет теоретической кибернетики ?
  3.  Каковы исходные понятия и принципы кибернетики ?
  4.  В чем смысл кибернетической концепции поведения и гомеостаза?
  5.  Что такое информация как понятие кибернетики и как она соотносится с энтропией и негэнтропией ?
  6.  Какие исходные положения заключает в себе новая наука – инфодинамика ?
  7.  Как определяется понятие информации с общенаучных, философских позиций ?


Тема 6. СОВРЕМЕННЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ

Лекция 12. Современная химическая картина мира и ее эволюция 

Основные понятия, включенные в систему  тренинг-тестирования:

химия; алхимия; химический элемент; учение о составе вещества; периодический закон Менделеева; структурная химия; химические процессы; эволюционная химия; биокатализ; химическая картина мира; химические основы жизни; витилизм; органоген №1; динамическая биохимия; состав и структура биополимерных молекул; понятие "самоорганизация"; субстратный подход; функциональный подход.

Химией называют науку о химических элементах и их соединениях. Любое вещество состоит из химических элементов и их соединений. Свойства вещества определяются:

  •  его элементным и молекулярным составом;
  •  структурой его молекул;
  •  термодинамическими и кинетическими условиями, в которых вещество находится в процессе химической реакции;
  •   уровнем химической организации вещества.

История развития химических концепций начинается с древних времен. Демокрит, Эпикур и другие представители древней натурфилософии высказывали гениальные мысли о том, что все тела состоят из атомов различной величины и разной формы, что и обусловливает их качественное различие. Аристотель и Эмпедокл объясняли все видимое разнообразие тел природы с антиатомистических позиций: они считали, что в телах сочетаются различные элементы-стихии или элементы-свойства: тепло и холод, сухость и влажность. Подобное учение об элементах-свойствах было развито в алхимии. Однако ни идеи Демокрита об атомах, ни представления Эмпедокла об элементах-стихиях не нашли применения ни в металлургии, ни в стеклоделии, ни в гончарном ремесле.

Первый по-настоящему действенный способ определения свойств вещества был предложен во второй половине XVII в. английским ученым Р. Бойлем (1627- 1691). Результаты экспериментальных исследований Р. Бойля показали, что качества и свойства тел зависят от того, из каких материальных элементов они состоят. Возникшее таким образом учение о составе вещества существует и сегодня и продолжает развиваться на качественно новом уровне. Учение о составе  вещества занимало монопольное положение вплоть до 30-40-х годов Х1Х века. К тому времени мануфактурная стадия производства с ручной техникой и ограниченным ассортиментом сырья сменялась фабричной стадией с машинной техникой и широкой сырьевой базой. В химическом производстве стала преобладать переработка огромных масс веществ растительного и животного происхождения, качественные разнообразия которых потрясающе велики - сотни тысяч химических соединений, а состав крайне однообразен - лишь несколько элементов-органогенов: углерод, водород, кислород, сера, фосфор. Объяснения необычайно широкому разнообразию органических соединений при столь однообразном их элементном составе стали искать не только в их составе, но и в структуре молекул.

О формировании химической картины мира можно говорить с того момента, как Д.И. Менделеев доказал, что химические элементы можно выстроить в систему в зависимости от атомной массы (атомного веса, как именовал его сам Менделеев) элемента и на основании этого предположения разработал периодический закон химических элементов (1969). Более поздние исследования показали, что место элемента в периодической системе определяется не просто порядковым номером, а зарядом атомного ядра. Это означает, что не атомная масса, а именно заряд ядра обеспечивает индивидуальность химического элемента. В этой связи можно утверждать, что химический элемент - это совокупность атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра.

В 1860 г. выдающимся русским химиком А.М. Бутлеровым (1828-1886) была создана теория химического строения вещества -  возник более высокий уровень развития химических знаний - структурная химия.

Период становления структурной химии иногда называют, "триумфальным маршем органического синтеза". В этот период зарождалась технология органических веществ. Были получены всевозможные красители для тканей, препараты для фармации, искусственный шелк и т.п. Интенсивное развитие автомобильной промышленности, авиации, энергетики и приборостроения в первой половине XX в. выдвинуло новые требования к производству материалов. Необходимо было получать высокооктановое моторное топливо, специальные синтетические каучуки, пластмассы, высокостойкие изоляторы, жаропрочные органические и неорганические полимеры, полупроводники. Для получения таких материалов концепций о составе и структуре вещества было недостаточно.

Под влиянием новых требований производства возникло учение о химических процессах, в котором учитывалось изменение свойств вещества под влиянием температуры, давления, растворителей и других факторов. Такое учение способствовало организации многотоннажного производства синтетических материалов, заменяющих дерево и металл в строительных работах, пищевое сырье в производстве олифы, лаков, моющих средств и смазочных материалов. Производство искусственных волокон, каучуков, этилового спирта и многих растворителей стало базироваться на нефтяном сырье, а производство азотных удобрений - на основе азота воздуха. Появилась технология нефтехимических производств с ее поточными системами, обеспечивающими непрерывные высокопроизводительные процессы.

В 1960- 1970 гг. появился следующий, более высокий, уровень химических знаний - эволюционная химия. В основе ее лежит принцип самоорганизации химических систем, т.е. принцип применения химического опыта высокоорганизованной живой природы. Если биологи к тому времени широко использовали эволюционную теорию Дарвина, то химики не проявляли активного интереса к происхождению видов, составляющему сущность эволюционной теории. Не без оснований считалось, что получение любого нового химического вещества всегда было делом рук и достоянием разума человека: молекулы нового химического соединения консервировались по законам структурной химии из атомов и атомных групп, как здание строится из кирпичей или блоков. Живые же организмы подобным образом собрать нельзя. Но, несмотря на это, назревали эволюционные проблемы и для химических объектов, связанные с самопроизвольным (без участия человека) синтезом новых химических соединений - более сложных и высокоорганизованных продуктов по сравнению с исходными веществами. В этой связи эволюционную химию считают предтечей биологии - наукой о самоорганизации и саморазвитии химических систем.

Истоки эволюционной химии уходят в далекое прошлое. Они связаны с давнишней мечтой химиков - освоить опыт лаборатории живого организма и понять, как из неорганической материи возникает органическая, а вместе с нею и жизнь. Первым ученым, осознавшим важность исключительно высокой упорядоченности, организованности и эффективности процессов в живых организмах, был один из основателей органической химии, шведский ученый Якоб Берцелиус (1779- 1848). Именно он впервые установил, что основой лаборатории живого организма является катализ, а точнее, биокатализ. Идеально совершенные превращения посредством катализа способна производить лаборатория живого организма - так считали немецкий ученый Ю. Либих (1803-1873), французский естествоиспытатель М. Бертло (1827- 1907) и многие другие химики XIX в.

Химический анализ живой природы остается актуальным и по сей день. Предполагается, что, используя принципы химии организмов, можно построить совершенно новую химию, основанную на необычном управлении химическими процессами. Будут созданы аналогичные катализаторы, далеко превосходящие промышленные аналоги последнего времени. Тогда станет возможным преобразование солнечной энергии с большим коэффициентом полезного действия в другие виды энергии: химическую, электрическую, тепловую. Возможно, сочетание биохимической энергетики с синтезом полимерных материалов приведет к созданию такой макромолекулы, которая подобно нашим мышцам будет способна превратить химическую энергию в механическую. Интенсивные исследования последнего времени направлены на выяснение как материального состава растительных и животных тканей, так и химических процессов, происходящих в организме. Такие по содержанию исследования проводят и химики-органики, и биохимики, и даже медики. При этом, решая одни и те же задачи, они ставят разные цели. Химиков-органиков интересуют перспективы создания более сложных веществ путем конструирования их молекул для реализации возможностей синтеза аналогов органических соединений, образующихся в живых организмах. Биологи преследуют цель изучения субстратной и функциональной основ жизнедеятельности организмов. Медики стремятся выяснить границы между нормой и патологией в организмах. Объединяет все эти исследования идея о ведущей роли ферментов или, в более широком смысле, биорегуляторов в процессе жизнедеятельности. Эта идея, впервые предложенная великим французским естествоиспытателем Луи Пастером (1822- 1895), остается основополагающей и по сей день при изучении химии живой природы в рамках динамической биохимии, основной предмет которой - химические процессы, происходящие в живом организме. В то же время изучением молекулярного состава и структуры ткани живого и неживого организма занимается статическая биохимия.

Динамическая биохимия родилась на рубеже XVIII и XIX столетий, когда начали различать процессы дыхания и брожения, ассимиляции и диссимиляции как некие превращения живого вещества. История исследования брожения включает не только определенные этапы познания действительности, но и трудности проникновения в тайны живого: веру в жизненную силу, надежды Берцелиуса на особые функции катализа в жизнедеятельности организмов, упрощенные представления "чистых химиков" - Либиха и Бертло о брожении как действии обычных химических сил, гениальные предвидения Пастера о различиях между бесклеточным брожением и ферментом живой деятельности дрожжевых клеток и, наконец, открытие белковой основы ферментов и их глубокой дифференциации, а вслед за этим, участия на различных стадиях брожения различных ферментов. Исследование брожения составляет основной предмет ферментологии - стержневой отрасли знаний о процессах жизнедеятельности. На протяжении весьма длительной истории исследования процесс биокатализа рассматривался с двух разных точек зрения:

  •  одной из них, условно названной химической, придерживались Ю. Либих и М. Бертло;
  •  другой - биологической - Л. Пастер.

В химической концепции весь биокатализ сводился к обычному химическому катализу. Несмотря на упрощенный подход в рамках этой концепции были установлены важные положения: аналогия между биокатализом и катализом, между ферментами и катализаторами; наличие в ферментах двух неравноценных компонентов - активных центров и носителей; заключение о важной роли ионов переходных металлов и активных центров многих ферментов; вывод о распространении на биокатализ законов химической кинетики; сведение в отдельных случаях биокатализа к катализу неорганическими агентами.

В начале развития биологическая концепция не располагала столь обширными экспериментальными подтверждениями. Ее основной опорой были труды Л. Пастера и, в частности, его прямые наблюдения за деятельностью молочнокислых бактерий, которые позволили выявить брожение и способность микроорганизмов получать необходимую им энергию для жизнедеятельности путем брожения. Из своих наблюдений Пастер сделал вывод об особом уровне материальной организации ферментов. Однако все его доводы, если и были не опровергнуты, то, по крайней мере, отодвинуты на задний план после открытия внеклеточного брожения, а позиция Пастера была объявлена виталистической, признающей наличие в организмах нематериальной, сверхъестественной силы. Однако с течением времени концепция Пастера победила. О перспективности данной концепции свидетельствуют современные эволюционный катализ и молекулярная биология. С одной стороны, установлено, что состав и структура биополимерных молекул представляют собой единый набор для всех живых существ, вполне доступный для исследования физических и химических свойств - одни и те же физические и химические законы управляют как абиогенными процессами, так и процессами жизнедеятельности.

С другой стороны, доказана исключительная специфичность живого, проявляющаяся не только в высших уровнях организации клетки, но и в поведении фрагментов живых систем на молекулярном уровне, на котором отражаются закономерности других уровней.

Специфичность молекулярного уровня живого заключается в существенном различии принципов действия катализаторов и ферментов, в различии механизмов образования полимеров и биополимеров, структура которых определяется только генетическим кодом и, наконец, в своем необычном факте: многие химические реакции окисления-восстановления в живой клетке могут происходить без непосредственного контакта между реагирующими молекулами. А это означает, что в живых системах могут происходить такие химические превращения, которые не обнаруживались в неживом мире.

 

Химические основы жизни.

Напомним, что понятие "самоорганизация" означает упорядоченность существования материальных динамических, т. е. качественно изменяющихся систем. В отличие от понятия "организация" оно отражает особенности существования динамических систем, которые сопровождаются их восхождением на все более высокие уровни сложности и системной упорядоченности, или материальной организации.

Существуют два подхода к проблеме самоорганизации предбиологических систем, которые все чаще обсуждаются в естественнонаучной и философской литературе:

  •  субстратный;
  •  функциональный. 

К субстратному подходу относят теорию происхождения жизни с вполне определенными особенностями вещественной основы биологических систем, т. е. со строго определенным составом элементов-органогенов и не менее определенной структурой входящих в живой организм химических соединений. Рациональный результат субстратного подхода к проблеме биогенеза - накопленная информация об отборе химических элементов и структур.

В настоящее время известно более ста химических элементов. Большинство из них попадает в те или иные живые организмы и, так или иначе, участвует в их жизнедеятельности.

Основу живых систем составляют только шесть элементов, давно получивших наименование органогенов:углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера (их общая весовая доля в организмах составляет 97,4%).

За ними следуют 12 элементов, входящих в состав многих физиологически важных компонентов биосистем: натрий, калий, кальций, магний, железо, кремний, алюминий, хлор, медь, цинк, кобальт (их весовая доля в организмах примерно 1,6%).

Можно назвать еще 20 элементов, участвующих в построении и функционировании отдельных узкоспецифических биосистем (например, водорослей, состав которых определяется в известной мере питательной средой). Их доля в организмах составляет около 1%. Участие всех остальных элементов в построении биосистем практически не зафиксировано.

Картина химического мира весьма отчетливо свидетельствует об отборе элементов. К настоящему времени известно около 8 млн. химических соединений. Из них подавляющее большинство (около 96%) - органические соединения, основной строительный материал которых - все те же 6-18 элементов. И как ни парадоксально, из всех остальных 95- 99 химических элементов природа (по крайней мере, на Земле) создала лишь около 300 тыс. неорганических соединений.

Столь резкая диспропорция между едва обозримым множеством органических соединений и каким-то минимумом составляющих их органогенов так же, как и исключительно дифференцированный отбор того же минимума элементов для построения живых систем, нельзя всецело объяснить факторами различной распространенности элементов в космосе и на Земле. В космосе наиболее широко распространены лишь два элемента - водород и гелий, все остальные элементы можно рассматривать только как дополнение к ним.

На Земле наиболее распространены: железо, кислород, кремнии, магний, алюминий, кальций, натрий, калий, никель, тогда как углерод занимает лишь 16-е место. В атмосфере Земли углерода не более 0,01 весового процента, в океанах - около 0,002, в литосфере - 0,1. Углерод в литосфере Земли распространен в 276 раз меньше, чем кремний, в 88 раз меньше, чем алюминий, и даже в 6 раз меньше, чем относительно редкий титан. Из органогенов наиболее распространены лишь кислород и водород. Распространенность же углерода, азота, фосфора и серы в поверхностных слоях Земли примерно одинакова и, в общем, невелика - всего около 0,24 весовых процента. Следовательно, геохимические условия не играют сколько-нибудь  существенной роли в отборе химических элементов при формировании  органических систем, а тем более биосистем. Определяющими факторами здесь выступают требования соответствия между строительным материалом и объектами с высокоорганизованной структурой.

С химической точки зрения такие требования сводятся к отбору элементов, способных к образованию, во-первых, достаточно прочных и, следовательно, энергоемких химических связей и, во-вторых, связей лабильных, т. е. легко подвергающихся гомолизу, гетеролизу или циклическому перераспределению. Вот почему углерод выделен из многих других элементов как органоген № 1:

  •  Этот элемент отвечает всем требованиям  химической лабильности;

  •  Он, как никакой другой элемент, способен вмещать и удерживать внутри себя самые редкие химические противоположности, реализовать их единство, выступать в качестве носителя внутреннего противоречия;

  •  Атомы углерода в одном и том же соединении способны выполнять роль и акцептора, и донора электронов. Они образуют почти все типы связей, какие знает химия.

Подобно тому, как из всех химических элементов только шесть органогенов да 10-15 других элементов отобраны природой, чтобы составить основу биосистем, так же в результате эволюции шел тщательный отбор и химических соединений. Из миллионов органических соединений в построении живого организма участвуют лишь несколько сотен; из 100 известных аминокислот в состав белков входит только 20; лишь по четыре нуклеотида ДНК и РНК лежат в основе всех сложных полимерных нуклеиновых кислот, ответственных за наследственность и регуляцию белкового синтеза в любых живых организмах. Удивительно, что из такого узкого круга отобранных природой органических веществ составлен трудно обозримый, многообразный мир животных и растений. Полагают, что когда период химической подготовки - период интенсивных и разнообразных превращений  сменился периодом биологической эволюции, химическая эволюция словно застыла. Теперь находят массу доказательств того, что аминокислотный состав гемоглобина самых низших позвоночных и человека практически один и тот же; более или менее одинаковыми остаются у разных видов растений состав ферментативных средств, состав веществ, накапливаемых впрок, и т. д.

Каким образом проводилась та химическая подготовка, в результате которой из минимума химических элементов и минимума химических соединений образовался сложнейший высокоорганизованный комплекс - биосистема? Химику важно это понять для того, чтобы научиться у природы так легко и просто приспосабливать для своих нужд «менее организованные материалы», например: синтезировать сахар, получать стереоспецифические соединения и т. п.

В ходе эволюции отбирались те структуры, которые способствовали резкому повышению активности и селективности действия каталитических групп. К примеру, фрагмент эволюционных систем - развитая полимерная структура типа РНК и ДНК, выполняющая важные  функции передачи наследственной информации.

Заслуживает внимания ряд выводов, полученных самыми различными путями и в  различных областях науки (геологии, геохимии, космохимии, биохимии, термодинамике, химической кинетике).  На ранних стадиях химической эволюции мира катализ вообще отсутствовал. Условия высоких температур (выше 5000°К), электрических разрядов и радиации препятствовали образованию конденсированного состояния. Первые проявления катализа начинались при смягчении условий (при температуре ниже 5000° К) и образовании первичных твердых тел. Роль катализатора возрастала по мере того, как физические условия (главным образом температура) приближались к земным. Но роль катализа вплоть до образования более или менее сложных органических молекул оставалась несущественной. Появление таких относительно несложных систем, как аминокислоты и первичные сахара, было своеобразной некаталитической подготовкой старта для большого катализа. Роль катализа в развитии химических систем после достижения стартового состояния, т. е. известного количественного минимума органических и неорганических соединений, начала возрастать сравнительно быстро. Отбор активных соединений происходил в природе из тех продуктов, которые получались относительно большим числом химических способов и обладали широким каталитическим спектром.

Отличительная черта второго - функционального подхода – к проблеме предбиологической эволюции состоит в сосредоточении внимания на исследовании процессов самоорганизации материальных систем, на выявлении законов, которым подчиняются такие процессы. Среди естествоиспытателей такого подхода придерживаются преимущественно физики и математики, рассматривающие эволюционные процессы с позиций кибернетики. Крайняя точка зрения - утверждение о полном безразличии к материалу эволюционных систем: живые  системы, вплоть до интеллекта, могут быть смоделированы даже из металлических систем.

Контрольные вопросы

 

  1.  Что изучает химия как наука
  2.  От чего зависят свойства вещества
  3.  Какое открытие положило начало формированию научной химической картины мира
  4.  Что выражает периодический закон  Д.И. Менделеева
  5.  Как определяется понятие «химический элемент»
  6.  Когда возникла структурная химия
  7.  Какие химические процессы исследует эволюционная химия
  8.  Каковы химические основы жизни с позиций современной биохимии
  9.   Какой химический элемент выделен как органоген № 1
  10.   В чём различие субстратного и функционального подхода к проблеме самоорганизации предбиологических систем


Тема 7. БИОЛОГИЧЕСКИЕ КОНЦЕПЦИИ

Лекция 13. Биология, ее исторические типы и место в структуре естествознания. Современные концепции эволюции живой природы и сущности жизни

Основные понятия, включенные в систему  тренинг-тестирования:

биология; традиционная биология; бинарная номенклатура; числовая таксономия; «эволюция»; эволюционная биология;  принцип естественного отбора; синтетическая теория эволюции; теория Ч. Дарвина; недарвиновские теории эволюции; биосфера; сущность и определение жизни; теория креационизма; теория самопроизвольного зарождения; теория стационарного состояния; теория панспермии; теория биохимической эволюции.

В современном представлении биология - совокупность наук о живой природе, об огромном многообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Биология устанавливает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех её проявлениях (обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, приспособляемость, рост, раздражимость, подвижность и др.).

Первые систематические попытки познания живой природы были сделаны еще в древности,  врачами античности Гиппократом (ок.460 - ок. 370) и Галеном (ок. 130-ок. 200),а также древнегреческим философом и ученым Аристотелем (384-322 до н. э).

На начальном этапе развития биология носила описательный характер, и позднее, она была названа традиционной биологией. Объект изучения ее - живая природа в ее естественном состоянии и целостности. К первым и наиболее значительным достижениям традиционной биологии относятся классификации многообразного растительного и животного мира. Многие принципы классификации были заложены еще в средние века и актуальны по сей день.

Значительный вклад в традиционную биологию внес шведский естествоиспытатель Карл Линней (1707- 1778). Он создал систему классификации растительного и животного мира и построил наиболее удачную классификацию растений и животных, подробно описав около 1500 растений. Классификация производилась по определенным признакам, отражающим закономерности, наблюдаемые в живой природе. По таким признакам растения объединялись в группы, называемые таксонами. Введенная Линнеем бинарная номенклатура для обозначения рода и вида дошла до наших дней почти неизменной.

Французский ботаник Мишель Адансон (1727- 1806) предложил принцип классификации растений по сходству максимального числа признаков с применением математических методов. Этот принцип лежит в основе числовой таксономии, весьма эффективной при объединении организмов в родственные группы. В последнее время в числовой таксономии применяются современные вычислительные средства.

Естественные системы (эволюционные, генеалогические) создаются, как правило, в рамках какой-либо концепции, включающей принцип нахождения генеалогического родства и установления преемственности происхождения. Таких концепций за всю историю традиционной биологии накопилось немало, так как во все времена биологи стремились понять и отобразить схематически эволюцию живого мира. Разнообразие концепций породило множество генеалогических древ, первое из которых предложил в 1866 г. немецкий биолог-эволюционист Эрнст Геккель (1834- 1919). Традиционная биология продолжает развиваться и в настоящее время. По сравнению с другими направлениями она обладает необходимым преимуществом: ее научный материал накапливается в результате непосредственного наблюдения объекта изучения - живой природы, воспринимаемой как единое целое во всем многообразии ее форм и проявлений. Благодаря такому преимуществу традиционная биология будет развиваться и в будущем.

Для живой природы постоянное развитие - наиболее важное и характерное свойство. В этой связи концепция развития в биологии представляет фундамент, на котором построена эволюционная биология. Понятие «эволюция» означает в биологии  процесс длительных и постепенных изменений, которые в конечном счете приводят к коренным качественным изменениям – возникновению новых биологических форм, видов, систем. Концепция эволюции имеет для биологической картины мира фундаментальное значение. Именно в биологии эта концепция стала основой развития разностороннего специализированного знания о живом.  Эволюционная биология как наука о развитии живой природы начиналась с материалистической теории эволюции органического мира Земли, основанной на воззрениях английского естествоиспытателя Чарльза Дарвина (1809- 1882).

Эволюция, по Дарвину, осуществляется в результате взаимодействия трех основных факторов: изменчивости, наследственности и естественного отбора.

  •  Изменчивость служит основой образования новых признаков и особенностей в строении и функциях организмов.
  •  Наследственность закрепляет эти признаки.
  •  Под действием естественного отбора устраняются организмы, не приспособленные к условиям существования.

Благодаря наследственной изменчивости и непрерывному действию естественного отбора организмы в процессе эволюции накапливают все новые приспособительные функции, что в конечном результате ведет к образованию новых видов. Таким образом, Дарвин установил движущие силы эволюции органического мира, объяснил процесс развития и становления биологических видов.

В то время, когда формировалось учение Дарвина, биология располагала весьма скромными знаниями о химическом составе организмов, о процессе обмена и о других, хорошо известных в настоящее время свойствах живой природы. Однако даже те знания не имели какого-нибудь существенного значения при создании эволюционного учения. Дарвин был истинным натуралистом и его теория - итог пристального, целенаправленного наблюдения над живой природой в самых различных ее проявлениях. А это означает, что эволюционное учение произрастало на благодатной почве традиционной биологии с ее ставшими к тому времени классическими методами наблюдений. Одних только целенаправленных наблюдений и системного подхода при анализе их результатов оказалось вполне достаточно для формирования важнейшего принципа - принципа естественного отбора. Этот принцип оказался настолько сильным, что накопленные в дальнейшем знания в традиционной биологии и даже в современной - физико-химической - биологии не смогли отвергнуть или даже как-то существенно изменить саму идею естественного отбора. В эволюционной биологии, возникшей во второй половине Х1Х века из объединения дарвинизма, палеонтологии, морфологии, физиологии, эмбриологии и систематики, принцип естественного отбора остается основополагающим и в настоящее время. Слабым местом в дарвинизме современные биологи считают представления о наследственности, которые были подвергнуты серьезной критике.

 Современный эволюционизм значительно отличается от дарвинизма в его начальном виде  - это   многогранное комплексное учение, получившее название синтетической теории эволюции, которая представляет синтез дарвиновской концепции естественного отбора с генетикой и экологией. К основным факторам эволюции в настоящее время относят не только выделенные Дарвиным естественный отбор, изменчивость и наследственность, но и мутационные процессы, популяционные волны численности и изоляцию. При этом  в качестве основного элемента эволюционного процесса сегодня рассматривается устойчивое изменение генотипа популяции, а не отдельной особи или вида.  

 Основные положения синтетической теории эволюции:

  •  Естественный отбор как следствие конкурентных отношений борьбы за существование является главным движущим фактором эволюции. Факторами видообразования являются также мутационные процессы (мутации разных видов), дрейфы генов (генетико-автоматические процессы) и различные формы изоляции.
  •  Эволюция протекает постепенно. Через отбор мелких случайных мутаций. Новые формы могут образовываться через крупные наследственные изменения (сальтации), а их жизненность определяется отбором.
  •  Исходным материалом для эволюции являются мутации различного типа, а сами эволюционные изменения случайны и не имеют определенного направления.
  •  Макроэволюция осуществляется через процессы микроэволюции и не имеет каких либо собственных механизмов возникновения новых форм жизни.

 

В процессе развития эволюционного учения возникли разные направления, в том числе и недарвиновские теории развития живой природы: неоламаркизм, генетический антидарвинизм как антиэволюционизм, теория номогенеза, пунктуализм и нейтралистская теория эволюции, отличающиеся от дарвиновского учения. Все эволюционные направления, так или иначе, базируются на последних достижениях смежных отраслей биологии и естествознания. Происходит, таким образом, своеобразный эволюционный синтез, приводящий к взаимному обогащению эволюционных теорий для микро-, макро- и мегаобъектов, которые представляют характерную особенность современного естествознания, заключающуюся, в общем, и в то же время едином подходе в многостороннем изучении единой природы в различных ее проявлениях. Возможно, в будущем возникнет единая теория жизни, объединяющая синтетическую теорию эволюции и недарвиновские концепции развития  живой природы.

Сущность и определение жизни

На обыденном уровне мы все интуитивно понимаем, что представляет собой живое, а что - мертвое. Однако при попытке определить сущность жизни, как на обыденном, так и на научном уровне, возникают большие трудности, так как сущность жизни и в том и в другом случае понимается и определяется различным образом.

Большинство ученых убеждены, что жизнь представляет собой особую форму существования материального мира. До конца 50-х годов в научной и философской литературе общепринятым было знаменитое определение Ф. Энгельса, которое утверждало, что жизнь есть способ существования белковых тел, состоящий в постоянном самообновлении химических составных частей этого тела на основе обмена веществ. Но к этому времени стало очевидным, что субстратная основа жизни не сводится только к белкам, а функциональная - к присущему им обмену веществ.

Интересны также определения жизни Э. Шредингера как апериодического кристалла, Г. Югая как космической организованности материи, а также определение, подчеркивающее энергетический аспект жизни - противостояние энтропийным процессам.

Есть аксиоматические определения жизни, называющие ее важнейшие черты. Таково определение А.И. Опарина. К этой группе относят и определение Б.М. Медникова, называющее жизнью активное, идущее с затратой энергии, поддержание и воспроизведение специфических структур, функционирование которых описывают следующие положения:

  •  живые организмы характеризуются наличием фенотипа и генотипа;
  •  генетические программы не возникают заново, а реплицируются матричным способом;
  •  в процессе репликации неизбежны ошибки на микроуровне, случайные и непредсказуемые изменения генетических программ (мутации);
  •  в ходе формирования фенотипа эти изменения многократно усиливаются, что делает возможным их селекцию со стороны факторов внешней среды.

Современная биология в вопросе о сущности живого все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом акцент делается на то, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни. Итак, что такое живое и чем оно отличается от неживого?

 

К числу свойств живого обычно относят следующие:

  •  живые организмы характеризуются сложной упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах;
  •  живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию;
  •  живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешнее раздражение - универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных;
  •  живые организмы не только изменяются, но и усложняются;
  •  все живое размножается. Способность к самовоспроизведению - один из самых главных признаков жизни, так как в этом проявляется действие механизма наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы;
  •  живые организмы передают потомкам заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах - единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако эта информация в процессе передачи несколько изменяется, искажается. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них;
  •  живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни.

В обобщенном и упрощенном варианте все отмеченное можно выразить в выводе, что все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются.

Однако строго научное разграничение живого и неживого встречает определенные трудности. Имеются как бы переходные формы от неживого к живому. Так, например, вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена веществ ферменты, и поэтому они могут расти и размножаться, лишь проникая в клетки другого организма и используя его ферментные системы. Поэтому, в зависимости от того, какой признак живого мы считаем самым важным, мы относим вирусы к живым системам или нет. Естественно, что в определении жизни должны быть зафиксированы все эти функциональные признаки. Поэтому можно предложить следующее определение:

Жизнь - высшая из природных форм движения материи, она характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения. Признаками жизни являются: противостояние энтропийным процессам, обмен веществ с окружающей средой, воспроизводство на основе генетического кода и молекулярная хиральность (однонаправленность).

Появление жизни на Земле. Для появления жизни на Земле прежде всего были необходимы следующие материальные основы - химические элементы-органогены и важнейший из них углерод, способный создавать разнообразные (несколько десятков миллионов), подвижные, низкоэлектропроводные, насыщенные водой, длинные скрученные цепеобразные структуры. Соединения углерода с водородом, кислородом, азотом, фосфором, серой, железом обладают хорошими каталитическими, строительными, энергетическими, информационными и иными свойствами.

Для появления жизни необходимы также определенные физические и химические условия (температура, давление, радиация, вода, соли и т.д.). Эти показатели не должны выходить за границы определенного диапазона значений, вне которых жизнь становится невозможной.

Современное естествознание располагает точными знаниями о самых различных процессах и явлениях нашего мира. Однако этих знаний оказывается недостаточно для достоверного описания появления жизни на Земле. Сегодня мы можем уверенно утверждать только, что развитие природы носит направленный характер, выражающийся в нарастании сложности и упорядоченности вещества и его структур во Вселенной. Жизнь - одна из самых высоких известных человеку форм упорядоченности вещества, которая может возникнуть только по достижении развивающейся Вселенной определенной стадии эволюции и только в таких ее локальных системах, где предыдущее развитие подготовило необходимые условия для столь высокого уровня упорядоченности вещества. В принципе такие условия могут возникнуть во многих локальных системах, на многих планетах, образовавшихся около звезд определенного типа. Но пока мы знаем только одно место во Вселенной, где есть жизнь,- это наша планета Земля.

Наша планета - “золотая середина” в Солнечной системе - наилучшим образом подходит для зарождения жизни. Возраст Земли предполагается равным 4,6 миллиардов лет, а первые осадочные породы, свидетельствующие о появлении крупных водоемов, заполненных жидкой водой, датируются возрастом 3,8 миллиарда лет, хотя некоторые ученые относят его еще дальше, считая равным 4 миллиардам лет. На Земле постепенно возникли атмосфера и гидросфера - моря, океаны и т.д. Возникли они за счет дегазации лав, выплавлявшихся из верхней мантии при интенсивном вулканизме. Несмотря на то, что объемы океанов и атмосферы все время росли, они и сегодня составляют ничтожную часть массы планеты. Океаны вместе с ледниками составляют одну четырех тысячную, а атмосфера - одну миллионную долю массы Земли. Мы имеем все основания полагать, что при дегазации вулканических лав на поверхность Земли поступали прежде всего пары воды и газообразные соединения углерода, серы, азота.

Вначале атмосфера была такой тонкой, что парниковый эффект был ничтожен. В таком случае средняя температура поверхности Земли была около 15°С. А при такой температуре все пары воды должны были конденсироваться, за счет этого и образовались океаны.

Первичная атмосфера не содержала свободного кислорода, поскольку его не содержали те газы, которые выбрасывались при извержении вулканов. Что касается воды первичного океана, то исследователи сходятся на том, что ее состав был близок к современному. Для этого есть немало доказательств. Но так же, как и в первичной атмосфере, в первичном океане свободного кислорода не было. Таким образом, свободный кислород, а значит, и химический состав современной атмосферы и свободный кислород океана не были первоначально заданы при рождении Земли как небесного тела, а являются результатом жизнедеятельности первичного живого вещества.

В начальный период формирования нашей планеты воды, пропитывающие земной грунт, непрерывно перемещали растворенные в них вещества из мест их образования в места накопления. Там формировались протобионты - системы органических веществ, способных взаимодействовать с окружающей средой, то есть расти и развиваться за счет поглощения из окружающей среды разнообразных богатых энергией веществ.

Далее образуются микросферы - шаровидные тела, возникающие при растворении и конденсации абиогенно полученных белковоподобных веществ.

В подтверждение возможности абиогенного синтеза были проведены следующие опыты. Воздействуя на смесь газов электрическими разрядами, имитирующими молнию, и ультрафиолетовым излучением, ученые получали сложные органические вещества, входящие в состав живых белков. Органические соединения, играющие большую роль в обмене веществ, были искусственно получены при облучении водных растворов углекислоты. Были искусственно синтезированы аминокислоты и простые нуклеиновые кислоты. Этими экспериментами было доказано, что абиогенное образование органических соединений во Вселенной могло происходить в результате взаимодействия тепловой энергии, ионизирующего и ультрафиолетового излучений и электрических разрядов.

Началом жизни на Земле принято считать появление нуклеиновых кислот, способных к воспроизводству белков. Переход от сложных органических веществ к простым живым организмам наукой пока не установлен. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую схему. В соответствии с ней между коацерватами (сгустками органических веществ) могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коацерватам стабильность. В результате включения в коацерват молекулы, способной к самовоспроизведению, могла возникнуть примитивная клетка, способная к росту.

Следующим шагом в организации живого должно было быть образование мембран, которые отграничивали смеси органических веществ от окружающей среды. С их появлением и получается клетка - “единица жизни”, главное структурное отличие живого от неживого. Все основные процессы, определяющие поведение живого организма, протекают в клетках. Тысячи химических реакций происходят одновременно для того, чтобы клетка могла получить необходимые питательные вещества, синтезировать специальные биомолекулы и удалить отходы.

Синтез белка осуществляется в цитоплазме клетки. Почти в каждой из клеток человека синтезируется свыше 10000 разных белков. Величина клеток - от микрометра до более одного метра (у нервных клеток, имеющих отростки). Клетки имеют разное назначение (нервные, мышечные и т.д.). Большинство из них обладает способностью восстанавливаться, но некоторые, например, нервные - не восстанавливаются.

Сегодня уже не вызывает сомнений, что В.И. Вернадский предположивший, что жизнь сразу возникла в виде примитивной биосферы, был прав - потому, что только разнообразие видов живых организмов могло обеспечить выполнение всех функций живого вещества в биосфере. Живое вещество - это вся совокупность живых организмов нашей планеты. Биосфера - внешняя геологическая оболочка Земли, образующая у ее поверхности пленочный слой. Это - системное образование, включающее в себя живое вещество планеты и среду его обитания, преобразованную им. Именно такое понимание биосферы было предложено В.И. Вернадским. Он же впервые нарисовал панораму исторического развития биосферы и показал роль живого вещества в процессе эволюции Земли, неотделимость эволюции биосферы от геологической истории планеты.

Вернадский доказал, что жизнь является мощнейшей геологической силой, вполне сравнимой как по энергетическим затратам, так и по внешним эффектам с такими геологическими процессами, как горообразование, извержение вулканов, землетрясения и т.д. Жизнь не просто существует в окружающей ее среде, но активно формирует эту среду, преобразуя ее “под себя”. Вернадский выделил биогеохимические функции жизни, отвечающие за это. Сегодня мы можем говорить, что весь лик современной Земли, все ее ландшафты, все осадочные породы, метаморфические породы (граниты, гнейсы, образовывающиеся из осадочных пород), запасы полезных ископаемых, современная атмосфера являются результатом деятельности живого вещества. Следы древнейших организмов обнаружены в кремнистых пластах Западной Австралии, возраст которых, а следовательно, и возраст останков жизни оценен в 3,2 - 3,5 миллиарда лет. Это минерализовавшиеся нитчатые и округлые микроорганизмы примерно десятка различных видов, напоминающие простейшие бактерии и микроводоросли. Организмы, видимо, имели внутренние структуры, в них присутствовали химические элементы, соединения которых были способны осуществлять фотосинтез. Обнаруженные древнейшие организмы бесконечно сложны по сравнению с самым сложным из известных органических соединений неживого (абиогенного) происхождения. Нет сомнений, что это не самые ранние формы жизни и что существовали их более древние предшественники. Истоки жизни уходят в тот “темный” первый миллиард лет существования Земли как планеты, который не оставил следов в ее геологической истории. Так, есть данные, что известный биогеохимический цикл углерода, связанный с фотосинтезом в биосфере, существенно стабилизировался более 3,8 миллиарда лет назад. А это позволяет считать, что фотоавтотрофная биосфера существовала на нашей планете не менее 4 миллиардов лет назад. Но по всем данным цитологии и молекулярной биологии, фотоавтотрофные организмы были вторичными в процессе эволюции живого вещества. Автотрофному способу питания живых организмов должен был предшествовать гетеротрофный (потребление в качестве пищи других организмов), как более простой. Автотрофные организмы, строящие свое тело за счет неорганических минеральных веществ, имеют более позднее происхождение. Древнейшая жизнь, вероятно, существовала в качестве гетеротрофных бактерий, получавших пищу и энергию от органического материала абиогенного происхождения, образовавшегося еще раньше, на космической стадии эволюции Земли. Исходя из этого, нетрудно себе представить, что начало жизни как таковой отодвигается еще дальше, за пределы каменной летописи земной коры, то есть более чем на 4 миллиарда лет назад.

Учитывая вышесказанное, нетрудно прийти к общему заключению о том, что жизнь на Земле существует примерно столько же времени, сколько существует сама планета. Именно это имел в виду Вернадский, когда говорил о вечности жизни на Земле.

Сущность концепции структурных уровней живой материи. Все объекты живой и неживой природы можно представить в виде определенных систем, обладающих конкретными особенностями и свойствами, характеризующими уровень их организации. С учетом уровня организации можно рассматривать иерархию структур организации материальных объектов живой и неживой природы. Такая иерархия структур начинается с элементарных частиц, представляющих собой первоначальный уровень организации материи, и заканчивается живыми организациями и сообществами - высшими уровнями организации.

На разную степень организации живой материи обращали внимание ученые разных времен. Еще в Х1Х столетии немецкий ботаник М. Шлейден утверждал о различном порядке организованности живых тел. К тому времени была создана клеточная теория живой материи. Немецкий биолог-эволюционист Э. Геккель считал протоплазму клетки неоднородной и состоящей из частиц, названных им пластидулами. По мнению английского философа Г. Спенсера (1820-1903), пластидулы не статичны, а находятся в состоянии постоянной функциональной активности, в связи с чем они были названы физиологическими единицами. Таким образом, утверждалась идея дискретности, т. е. делимости живой материи на составные части более низкой организации, которым приписывались вполне определенные функции.

Концепция структурных уровней живой материи включает представления системности и связанной с ней органической целостности живых организмов (теория систем, Л. фон Берталанфи). Однако история теории систем начиналась с механистического понимания организации живой материи, в соответствии с которым все высшее сводилось к низшему: процессы жизнедеятельности - к совокупности физико-химических реакций, а организация организма - к взаимодействию ее молекул, клеток, тканей, органов и т. п. Качественные особенности живых организмов отрицались. В то время один из представителей физиологического детерминизма, французский физиолог и патолог К. Бернар (1813- 1878), считал, что все структуры и процессы в многоклеточном организме определяются внутренними причинами, природа которых пока не расшифрована. Исторически сложилось так, что понятие "структурные уровни" ввели не биологи, а философы. Концепция структурных уровней впервые была предложена в 20-х годах ХХ столетия. В соответствии с данной концепцией структурные уровни различаются не только по классам сложности, но и по закономерностям функционирования. Кроме того, концепция включает иерархию структурных уровней, в которой каждый последующий уровень входит в предыдущий, образуя, таким образом, единое целое, где низший уровень содержится в самом высоком. Таким образом, понятие уровней организации сливается с органической целостностью. Концепция структурных уровней наиболее полно отражает объективную реальность, сложившуюся в ходе исторического развития живой природы. Выделяют основные (обозначим их римскими цифрами) и не основные (обозначим их буквами) уровни организации живого:

  1.  Молекулярно-генетический уровень
  2.  Онтогенетический: а) клеточный; б) тканевой; в) организменный.
  3.   Надорганизменный: а) популяционно-видовой; б)биоценотический  (биоценоз); в) биосферный.

Человек как природное существо и как биологический вид также входит в эту общую структуру организации живой материи. Иерархическая структура живой и неживой природы отражает целостную картину организации биосферы и уровень развития не только биологии, но и всего естествознания, с развитием которого будут уточняться естественнонаучные концепции, а вместе с ними непременно будет совершенствоваться иерархия структур живой и неживой природы.

Идея трансформации биосферы в ноосферу

По современным представлениям, появление научной мысли в биосфере в перспективе неизбежно полностью ее видоизменяет. В сочетании с трудовой деятельностью человека мысль становится неведомой до этого геологической силой, способной преобразовать вместе с биосферой весь поверхностный слой Земли. Носитель земного разума - человек - с нарастающим во времени темпом воздействует на биосферу, активно захватывая все занимаемое ею пространство, окультуривая флору и фауну, меняя облик земной поверхности. По убеждению В.И. Вернадского, преобразование биосферы грядет неизбежно и необратимо. Такая точка зрения была высказана в начале 30-х годов и со скептицизмом воспринята научным сообществом тех лет. Так во что же преобразуется биосфера и что такое преобразование несет человеку, являющемуся неотъемлемой составной частью этой же биосферы? В.И. Вернадский назвал трансформированную биосферу ноосферой.  Мысль появилась в биосфере через человека разумного,  но ее появление не случайно, к нему вела вся предшествовавшая эволюция биосферы на протяжении нескольких миллиардов лет. Возникновение мысли открыло новую эру в развитии биосферы. Мысль стала мощнейшим геологическим фактором: как только сформировалось научное проявление мысли, оно стало строить и направлять техническую работу человека, переделывающую биосферу. Такое воздействие научной мысли на биосферу выявилось не сразу после появления в ней человека. Вначале, на протяжении многих тысяч человеческих поколений, никаких заметных изменений в биосфере не наблюдалось, но исподволь шло развитие научной мысли и накопление сил. Постепенно, используя свое интеллектуальное превосходство над остальными представителями животного мира, человек охватил своей жизнью, своей культурой всю верхнюю оболочку планеты - в общем, всю биосферу, связанную с жизнью.

Основные концепции  происхождения  жизни. 

Существует несколько различных теорий возникновения жизни на Земле:

Теория креационизма - жизнь была создана сверхъестественным существом в определенное время и существует в неизменном виде.

Теория самопроизвольного зарождения - жизнь возникала неоднократно из неживого вещества спонтанно. Подобная идея была распространена в Древнем Китае, Вавилоне, Египте. В античности Аристотель придерживался схожих взглядов и изобразил все живые организмы в виде “лестницы природы”.

Теория стационарного состояния - жизнь существовала всегда, но откуда взялся первый организм ее малочисленные сторонники не рассматривают.

Теория панспермии - жизнь занесена на нашу планету из космоса и возникла где-то во Вселенной (Гельмгольц, Кельвин, В.И. Вернадский и многие другие).

Теория биохимической эволюции - жизнь возникла на нашей планете в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам (А. Опарин, идея эволюционизма развивалась Ч. Дарвиным). Современные трактовки эволюционного учения усложнены и основываются на идеях самоорганизации живой материи, ее системности, целостности и целенаправленности (гипотеза Геи-Земли, идея ко-эволюции общества и природы, живой, неживой и социальной форм движения материи).

Контрольные вопросы

1. Когда возникла биология как наука, каковы ее предпосылки ?.

2. Как определяется предмет биологического знания и его место в системе наук ?

3. Какую биологию называют традиционной ? С именами каких учёных она связана ?

4. На каких принципах основана эволюционная биология. Какие существуют концепции эволюции ?

5. В чём заключалась Дарвиновская революция в биологии ?

6. Какие фундаментальные свойства и функции живого выражают специфику жизни ?

7. Какой сценарий возникновения жизни на Земле признает современная научная биология ?

8. В чём сущность концепции структурных уровней живой природы?

9. Какие уровни организации живой материи выделяют в современной биологической картине мира ?

10. Какие концепции происхождения жизни существуют в настоящее время ?


Лекция 14. Человек как биосоциальное существо.  Его место и роль в социо-природном комплеске.

Основные понятия, включенные в систему  тренинг-тестирования:

биологическая природа человека; биосоциальность человека; ноосфера; научная мысль; «функциональные системы»; гелиобиология Чижевского; концепция этногенеза Гумилева; пассионарность.

Существенные различия человека и животных. С биологической точки зрения появление человека разумного как биологического вида - вполне ординарное и закономерное событие эволюции. Человек по своей сути есть существо биосоциальное. Он является частью природы и вместе с тем неразрывно связан с обществом. Биологическое и социальное в человеке слито воедино, и только в таком единстве существует человек. Биологическая природа человека – это его естественная предпосылка, условие существования; а социальность – сущность человека.

Как биологическое существо, человек принадлежит высшим млекопитающим, образуя особый вид homo sapiens. Биологическая природа человека проявляется в его анатомии, физиологии. Как биологический вид, человек обладает кровеносной, мышечной, нервной, костной и д.р. системами. Уступая животным в развитии отдельных органах, человек превосходит их по своим потенциальным возможностям. Его биологические свойства жёстко не запрограммированы, что даёт возможность приспособляться к различным условиям существования. Биологическое не существует у человека в чистом виде, оно социально обусловлено. Влияние социального испытывает на себе генетика человека, наследственность. Это проявляется, например, в акселерации детей, в сокращении рождаемости, детской смертности и др.

Человек - носитель разума, мысли - это особый феномен природы. Изменение биологического состояния, приведшее к пробуждению мысли, не просто соответствует критической точке, пройденной индивидом или даже видом. Будучи более обширным, это изменение затрагивает саму жизнь в ее органической целостности, и, следовательно, это знаменует собой трансформацию, затрагивающую состояние всей планеты.

На протяжении 1-2 млрд. лет в биосфере шел направленный процесс развития, и он никогда не поворачивал вспять. В ходе такого процесса сформировался мозг, материальная основа разума. Элементы разумного поведения проявляют высшие животные и некоторые птицы. Но полноценное проявление разума в биосфере присуще только человеку, так как лишь в его социальном сообществе сформировалась, а затем с ускорением во времени развивалась коллективная память, названная В.И. Вернадским научной мыслью.

Научная мысль - это созданный человеком разумным на определенной стадии его развития независимый от отдельной особи коллективный аппарат сбора, накопления, обобщения и хранения знания. И только человек в состоянии использовать этот аппарат для решения своих практических проблем. Научная мысль в сочетании с трудовой деятельностью человека стала великой геологической силой, способной преобразовать биосферу.

Преимущество человека перед другими высшими животными должно быть закреплено в материальном носителе разума - в мозге. Чем же мозг человека отличается, например, от мозга своих ближайших родственников - приматов? Как это ни покажется странным, но сравнительно недавно специалисты не могли обнаружить принципиальных различий в строении мозга человека и шимпанзе. Выделить такие отличия удалось только на новом уровне понимания строения и функционирования мозга, достигнутого в последние 30- 40 лет. Выяснено, что простейшей структурной единицей мозга служит не нервная клетка (нейрон), как считалось раньше, а структурный ансамбль таких клеток со сложными, но фиксированными разветвлениями взаимосвязей. Один ансамбль обычно управляет (или анализирует) одним процессом или одной функцией организма. Такие ансамбли получили название «функциональных систем» (Анохин П.К.).

Эволюция мозга, его усложнение идет не только и не столько за счет количественного роста нервных клеток, хотя такой рост имеет место, сколько за счет растущей организованности, упорядоченности как отдельных структурных ансамблей, так и центров, объединяющих отдельные функции в сложные поведенческие реакции. Структурные единицы развиваются в форме вертикальных колонок, включающих как клетки древних отделов мозга, расположенных в нижних пластах, так и клетки более молодых образований, располагающихся над этими пластами. Количественное увеличение ансамблей происходит главным образом путем перестройки старых отделов и использования освобождающихся нервных клеток, а качественные изменения инициируются усложнением связей, увеличением их числа и широтой охвата связями клеток всего структурного ансамбля.

Структурные ансамбли мозга человека и приматов, ведающие такими функциями, как зрение, слух, двигательные реакции ног и тела с многими другими, практически не различаются между собой. Существенные отличия выявлены в размерах и связях структурных ансамблей, ведающих у человека речью и двигательными реакциями рук, особенно кистей, чем определяется способность человека к трудовой деятельности. Выделяются у человека лобные доли, которые согласно сложившимся представлениям осуществляют интеграцию различных функций мозга в целенаправленные поведенческие реакции, а также участвуют в ассоциативных и обобщающих мыслительных процессах. У человека рекордная для животного мира относительная площадь лобных долей мозга, достигающая 25%. Комментарии здесь излишни.

Отметим еще одно характерное обстоятельство. Строение ансамблей нервных клеток, их связи в мозгу программируются генетическим аппаратом. Развитость речевых и двигательно-трудовых структурных ансамблей мозга человека наследуется детьми от родителей. Но наследуется не речь и не трудовые навыки как таковые, а лишь потенциальная возможность их последующего приобретения. Генетические возможности реализуются только при условии, что с раннего детства конкретный ребенок воспитывается и обучается в сообществе людей, в постоянном общении с ними. Редкие реальные случаи показывают, что человеческое дитя, силой обстоятельств вырванное из людского сообщества и выжившее в джунглях, вернувшись через много лет к людям, уже никогда в полной мере не сможет овладеть речью, приобрести достаточно сложные трудовые навыки, необходимые для сознательной деятельности. Генетический потенциал ограничен во времени жесткими возрастными рамками. Если сроки пропущены, потенциал гаснет, а человек остается на уровне того же примата.

В истории человечества немало примеров, показывающих, что не только отдельная личность, но и целые сообщества людей обязаны вести непрекращающуюся борьбу за овладение, сохранение и приумножение того, что выделяет людей из животного мира. Малейшее ослабление усилий или, что еще хуже, сознательное пробуждение в людях низменных начал в ущерб разуму с поразительной быстротой ведут к потере культурных завоеваний, к возрождению дикости и агрессивности даже в условиях технической развитости.

Человек в единой социоприродной системе. Сегодня основная масса ученых едина во мнении, что человек и человечество составляют часть живого вещества нашей планеты. Это означает, что люди также подвержены действию космических энергий и солнечной радиации. Так, человеческий организм, так же как организмы других животных, подстраивается под ритмы биогеосферы, прежде всего суточные (циркадные) и сезонные, связанные со сменой времен года.

Обмен веществ у человека протекает в наследуемом из поколения в поколение циркадном ритме. В настоящее время считается, что около сорока процессов в человеческом организме подчинено строгому циркадному ритму. Например, еще в 1931 году была установлена цикличность в функционировании печени человека. У людей, ведущих нормальный образ жизни и питающихся три раза в день, в первую половину дня печень выделяет наибольшее количество желчи, которая необходима для переваривания жиров и белков, расходуя запасенный ею гликоген и превращая его в простые разновидности сахара. Она отдает воду, образуя много мочевины, и накапливает жиры. Во второй половине дня печень начинает усваивать сахара, накапливая гликоген и воду. Объем ее клеток увеличивается в три раза На протяжении суток циклично колеблется содержание гемоглобина в крови, максимум его приходится на 11 - 13 часов, а минимум - на 16 - 18. Суточным колебаниям подвержено содержание в крови калия, магния, натрия, кальция, железа, ночью повышается количество солей магния и солей калия. Оба эти соединения гасят нервно-мышечную возбудимость. По суточному графику работает и вегетативная нервная система. Статистика утверждает, что даже рождение и смерть чаще случаются в темную часть суток, около полуночи.

Вся живая природа чутко реагирует на сезонные изменения окружающей температуры, интенсивность солнечного излучения - весной покрываются листвой деревья, осенью листва опадает, затухают обменные процессы, многие животные впадают в спячку и т.д. Человек не является исключением. На  протяжении года у него меняется интенсивность обмена, состав клеток тканей, причем эти колебания различны в разных  климатических поясах. Так, в южных районах (Сочи) содержание гемоглобина и количество эритроцитов, а также максимальное и минимальное давление крови в холодный период возрастают на 20 процентов по сравнению с теплым временем. В условиях севера наибольший процент гемоглобина  найден у большинства обследованных жителей в летние месяцы, а наименьший - зимой и в начале весны.

Циклы солнечной активности также оказывают свое влияние на жизнедеятельность человека. Так, обработав материал по вспышкам возвратного тифа в Европейской России  с 1883 по 1917 год, а также данные по холере в России с 1823 по 1923 год и данные по активности Солнца, А.Чижевский в концепции- гелиобиологии   пришел к выводу, что эти земные явления наступают синхронно с изменениями, происходящими в разных солнечных сферах. На основании построенных им графиков он еще в 1930-х годах предсказал, что в 1960 - 1962 годах произойдет эпидемическая вспышка холеры, что действительно произошло в странах Юго-Восточной Азии.

Можно обнаружить явную взаимосвязь человека с растительным и животным миром, в котором все жизненные циклы: заболевания, массовые перекочевки, периоды бурного размножения млекопитающих, насекомых, вирусов - протекают синхронно с одиннадцатилетними циклами солнечной активности, как и чередование грозовой и спокойной летней погоды, большего и меньшего производства растительной массы и т.д. Гематологи пришли к выводу, что в годы максимума солнечной активности норма свертывания крови у здоровых людей увеличивается вдвое, а так как компенсаторная деятельность, в частности способность крови не свертываться, у сердечно-сосудистых больных угнетена, то при увеличении солнечных пятен учащаются инфаркты, инсульты.

Приведенные факты позволяют нам говорить о влиянии космоса на физиологические процессы в отдельном человеческом организме. Но ведь одновременно человек является частью человечества, общественного организма, который также подвержен влиянию солнечной активности. Чижевский попытался установить взаимосвязь одиннадцатилетних солнечных циклов с насыщенностью историческими событиями разных периодов человеческой истории. В результате своего анализа он сделал вывод, что максимум общественной активности совпадает с максимумом солнечной активности. Средние точки течения цикла дают максимум массовой деятельности человечества, выражающийся в революциях, восстаниях, войнах, походах, переселениях, являются началами новых исторических эпох в истории человечества. В крайних точках течения цикла напряжение общечеловеческой деятельности военного или политического характера понижается до минимального предела, уступая место созидательной деятельности и сопровождаясь всеобщим упадком политического и военного энтузиазма, миром и спокойной творческой работой в области государственного строительства, науки и искусства.

Биосфера существовала до появления на Земле человека, может существовать и без него. Но человек без биосферы существовать не может. Сегодня очевидно, что биосфера Земли - сложнейшая система - находится в сильно неравновесном состоянии. Мы знаем также, что из таких состояний самоорганизующиеся системы, к числу которых принадлежит и биосфера, выходят скачком. Мы подходим к точке бифуркации, за которой лежат несколько возможных вариантов будущего. Среди них – возможность экологической катастрофы, полное исчезновение жизни на Земле или, по крайней мере существование жизни, но уже без человечества. Наиболее благоприятным выходом для человечества из этой ситуации является образование ноосферы. Идею о закономерном переходе биосферы в неосферу (сферу разума) выдвинул В.И. Вернадский. Под ноосферой понимается та область биосферы, которая преобразована человеческой деятельностью и процессы в которой могут быть в принципе управляемы разумом. Вернадский рассматривал человеческую деятельность как новую мощную преобразующую геологическую силу, как фактор который гигантски ускоряет преобразование биосферы. Он представлял ноосферу не в узконаучном, а в широком социально-культурном смысле. Присутствие разума в системе, находящейся в ситуации перехода, меняет эту ситуацию. Предотвратить переходный процесс в биосфере человек не в силах, но есть возможность свести к минимуму или совсем убрать те неблагоприятные флуктуации, которые подталкивают неустойчивую систему к нежелательным для человека вариантам перехода. Так, запрещение и полное уничтожение ядерного и химического оружия устранит флуктуацию, способную вызвать уничтожение биосферы в военном конфликте. Еще лучше, если будут достигнуты договоренности о сокращении и уничтожении обычных видов вооружений, а высвободившиеся ресурсы направлены на решение экологических проблем. Также очевидно, что экологические проблемы нужно решать каждый день совместными усилиями всех стран, народов, всех людей. Судя по всему, человечеству не обойтись без снижения потребления энергии, более экономичного ведения промышленного производства, сокращения добычи и расходования важнейших полезных ископаемых. Необходимо осознать демографические проблемы, изменить отношение к животному и растительному миру планеты. Все это невозможно без научного предвидения результатов любой природопреобразующей и социальной деятельности людей, а также без создания налаженной системы управления и контроля за проведением в жизнь разрабатываемых мероприятий.

Можно сказать, что в ситуации перехода посредством скачка человечество держит экзамен на разумность. От нас зависит наше будущее, каким оно будет и будет ли оно вообще. Другого пути нет. Осознание глобальной экологической опасности грозящей гибелью человечеству, заставило мировое сообщество искать новые пути выхода из создавшегося положения и привело к пониманию необходимости разработки концепции устойчивого развития.

Эта концепция была принята на конференции ООН по окружающей среде и развитию (1992 год, Рио-де-Жанейро), где была отмечена невозможность прогресса развивающихся стран по пути, который прошли развитые страны. Было признано, что эта модель развития завершится гибелью человечества. Поэтому была провозглашена необходимость перехода мирового сообщества на путь устойчивого развития, то есть развития общества на базе экологически целесообразного природопользования, обеспечивающего высокое качество жизни для людей целого ряда поколений.

Устойчивое развитие было выдвинуто как основная задача человечества на конец XX - начало XXI века. Эта модель развития предполагает:

1. Снижение материало- и энергоемкости производства, максимальное сокращение отходов, снижение оборота токсичных веществ и расширение использования возобновляемых ресурсов, включая источники энергии.

2. Переход к ценообразованию, учитывающему экологические критерии (цену ущерба окружающей среде) и стимулирующему использованию новых, экономически безопасных ресурсе- и энергосберегающих технологий в сочетании с системой налогов и штрафов.

3. Содействие устойчивому ведению сельского хозяйства и развитию сельских районов через повышение продуктивности сельскохозяйственных культур, улучшение питательных свойств растительной и животной продукции, использование комплексных методов борьбы с вредителями сельского хозяйства и т.д.

4. Передача индустриально развитыми странами передовые технологий развивающимся странам, в частности, новых технологий, созданных на основе генетических материалов, полученных из развивающихся стран.

5. Создание международных институтов, способных определить единую глобальную линию устойчивого развития, устанавливать единые для всех стран экологические стандарты, аккумулировать и перераспределять ресурсы в интересах всего сообщества, контролировать соблюдение всеми государствами единых правил экологического поведения.

Эти идеи о связи космоса, человека и биосферы, представленные концепциями Вернадского и Чижевского, легли в основу популярной сегодня гипотезы Л.Н. Гумилева о пассионарном толчке, рождающем к жизни новые этносы. Ключевым понятием концепции этногенеза Гумилева является понятие пассионарности, которое он определяет как повышенное стремление к действию. Появление этого признака у отдельного человека является мутацией, затрагивающей энергетические механизмы человеческого тела. Пассионарий (носитель пассионарности) становится способным воспринять из окружающей среды энергии больше, чем необходимо для его нормальной жизнедеятельности. Избыток же полученной энергии направляется им в любую область человеческой деятельности, выбор которой определяется конкретными историческими условиями и склонностями самого человека. Пассионарий может стать великим завоевателем (Александр Македонский, Наполеон и т.д.) или путешественником (Марко Поло, А. Пржевальский и т.д.), великим ученым (А. Эйнштейн, И. Гете и т.д.) или религиозным деятелем (Будда, Христос). Появление свойства пассионарности инициируется каким-то специфическим редким космическим излучением (пассионарные толчки происходят 2-3 раза за тысячелетие). Носители пассионарности появляются в зоне следа от этого излучения - полосы шириной 200 - 300 км, но длиной до половины окружности планеты. Если в зоне этого излучения окажутся несколько народов, живущих в разных ландшафтах, они могут стать зародышем нового этноса. Смена этносов и есть процесс всемирной истории, причина прогрессивных перемен в ней.

Контрольные вопросы

  1.  В чём заключаются существенные различия  человека и животных?
  2.  Каковы биологические качества человека ?
  3.  Что такое  циркадные ритмы  функционирования человеческого организма ?
  4.  Какое влияние оказывают циклы солнечной активности на жизнедеятельность человека и общества согласно концепции гелиобиологии  А. Чижевского ?
  5.  Как взаимосвязаны  биосфера и ноосфера в концепции В.И. Вернадского? Что понимается под ноосферой ?
  6.  В чём сущность  концепции  этногенеза Л.Н. Гумилёва ?
  7.  Что выражает понятие «пассионарности»  и каким образом появляются «пассионарии» в процессе этногенеза согласно Л.Н. Гумилёву ?


  . ПРИКЛАДНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Тема 8. КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.

Лекция 15. Естественнонаучные основы современных технологий. 

Основные понятия, включенные в систему тренинг-тестирования:

артефакт; этапы развития техники и технологии; научно-технический прогресс, научно-техническая революция;   наукоемкие технологии; современные биотехнологии; генные технологии; генная инженерия; клонирование; евгеника; биотика; естествознание и нравственность; перспективные материалы; керамические, композиционные, комбинированный, полимерный материал; наноэлектроника; микроэлектронные технологии, микропроцессор

Понятие техники и технологии. Техника как умение создавать и применять искусственные орудия труда существует с тех пор, как существуют люди. Еще в древней Греции использовалось понятие «технэ», которое обозначало мастерство, искусство как умение нечто сформировать, создать из естественного материала, преобразовать природное в человеческое. Техника в отличие от природы не является естественным образованием, она создается искусственно. Произведенный человеком предмет, процесс называется артефактом (в переводе с лат. – искусственно сделанный). Техника есть совокупность артефактов. Фундаментальное свойство техники - это принцип преобразования. Иными словами, техника есть то, при помощи чего человек преобразует природу, самого себя, общество. Понятие «технология»  выражает способ, алгоритм преобразования, то как именно он воздействует на объекты. Технологией называется совокупность операций по целенаправленному использованию техники. Эффективное использование техники требует ее включения в технологические цепи. Технология выступает как развитие техники, достижение ею стадии системности. Технологический этап в истории технического прогресса связан с возникновением  индустриальной цивилизации, комплексной автоматизацией и превращением техники в технологию.

В развитии техники и технологий материализуются и опредмечиваются  естественнонаучные знания о законах и явлениях природы. В своем техническом творчестве человек-изобретатель не просто копирует природу, а именно изобретает, то есть создает  такие артефакты, которые не имеют аналогов в природе, начиная с колеса и кончая лазером.

В истории техники и технологии выделяются следующие этапы развития: - техника ручного труда (инструменты), - техника машинного производства ( механизмы), - техника автоматизированного труда (автоматы), - техника компьютерная (робототехника), связанная с информационными технологиями.

Первоначально, на этапе ручного труда, техника имела в основном инструментальное значение: технические инструменты продолжали, расширяли возможности естественных органов человека, увеличивали его физическую мощь. На этапе машинизации техника становится самостоятельной силой, труд механизируется. Техника как бы отделяется от человека, который ее обслуживает и сам человек превращается в придаток машины, он дополняет ее возможности. На третьем этапе развития техники, в результате комплексного развития автоматизации и превращения техники в технологию, человек выступает  ее организатором, творцом и контролером. Здесь на первый план выходят уже не физические возможности человека, а сила его интеллекта, реализуемая посредством технологии. Происходит объединение науки и технологии. Следствием которого является научно-технологический прогресс, называемый часто научно-технологической революцией. Имеется в виду кардинальная перестройка всего технико-технологического базиса общества. Причем разрыв во времени  между следующими друг за другом технико-технологическими перестройками становится все меньше. Более того, идет параллельное развитие различных сторон научно-технологического прогресса. Если «революцию пара» от «революции электричества» отделяли сотни лет, то современные микроэлектроника, робототехника, информатика, энергетика, приборостроение, биотехнология в своем развитии дополняют друг друга, между ними вообще перестает существовать временной интервал. Подобное развитие техники стало возможным на основе  научных достижений современного естествознания. Они открыли возможности, немыслимые в рамках прежней технической мысли, радикально  изменили всю техническую сторону человеческой культуры.

Научно-технический прогресс как единое, взаимообусловленное, поступательное развитие науки и техники, производства  и сферы потребления берет свое начало в эпохе Нового времени, когда  дороги науки и техники стали перекрещиваться. До этого технический прогресс основывался на эмпирическом знании и опыте людей. Промышленная революция  ХУ111 века и возникновение машинного производства  стали реализацией европейского научного естествознания Нового времени. Они открыли новые, практически неограниченные возможности для технологического применения науки. С тех пор технологический прогресс во все большей степени определяется прогрессом естественных и технических наук. Наука и техника взаимно стимулируют развитие друг друга. Возникают специальные звенья научно-исследовательской деятельности, призванные доводить теоретические решения до технического воплощения: прикладные  исследования, опытно-конструкторские разработки, производственные исследования.

Современный этап научно-технического прогресса  связан с научно-технической революцией. Под ее воздействием  расширяется фронт научных дисциплин, ориентирующихся на развитие техники. В решении технических задач участвуют физики, химики, биологи, физиологи, психологи, лингвисты, логики, математики и др. Целые отрасли производства и новые типы технологий возникают вслед за новыми научными направлениями и открытиями: радиоэлектроника, атомная энергетика, химия синтетических материалов, производство ЭВМ, лазерные технологии и т.д.  

Сегодня  влияние техники и новых технологий распространяется на органическую и неорганическую природу, на самые различные сферы общественной жизни. В области неорганической материи – это строительная техника, физико-химическая техника и технологии, энергетическая техника, электротехника, теплотехника, компьютерные и информационные технологии и т.д. В области органической, живой природы – это техника и технологии сельского хозяйства, а также биотехнологии, позволяющие включать в предметное поле техники всю биологию. В последнее время особое внимание уделяется развитию современных социальных технологий, которые связаны с техникой как умением, искусством руководства людьми, государством, общественными отношениями, политическими процессами и т.п. В то же время существует  «техника» мышления,  речи, дискутирования, памяти («мнемотехника»), техника рисунка, живописи, вязания, игры на музыкальных инструментах  и т. д.   

Поэтому в современном понимании техника и технология  в широком их смысле представляют собой:

  •  область знания, выступающего в качестве связующего звена между практической деятельностью и теоретическим знанием;  
  •   область человеческой деятельности (включая все возможные средства и процедуры), направленную на изменение природы и общества в соответствии с потребностями человека;
  •  совокупность умений и навыков, составляющих профессиональные особенности того или иного вида человеческой деятельности; искусство и мастерство человека, занимающегося этой деятельностью.

Техника и технология выражают стремление человека к  преобразованию внутреннего и внешнего мира, природы для осуществления своих целей. А это требует знания и понимания процессов, происходящих в мире, в природе.

В последнее время пристальное внимание уделяется разработке большого спектра наукоемких технологий - это биотехнологии, информационные технологии, лазерные  и микроэлектонные технологии, - которым принадлежит революционизирующая роль на пути человечества от индустриальной (техногенной)  цивилизации к постиндустриальной как антропогенной, информационно-компьютерной. Рассмотрим естественнонаучные основы современных технологий.

Современные биотехнологии. Биотехнологии основаны на использовании живых организмов и биологических процессах в промышленном производстве. На базе биотехнологии освоено массовое производство искусственных белков, питательных и многих других веществ. Успешно развиваются микробиологический синтез ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и т.д. Представляет практический интерес синтез других биологически активных веществ – гормональных препаратов и соединений, стимулирующих иммунитет – с применением современных методов генной инженерии и естественных биологических материалов.

Для увеличения продуктов питания весьма важны искусственные вещества, содержащие белки, необходимые для жизнедеятельности живых организмов. Благодаря важнейшим достижениям биотехнологии в настоящее время производится в промышленных масштабах целая гамма искусственных питательных веществ, по многим свойствам превосходящих продукты естественного происхождения.

Современные методы биотехнологии позволяют превратить огромные количества отходов древесины, соломы и других остатков растительных продуктов в ценные питательные белки. Такие методы включают процесс гидролизации промежуточного продукта – целлюлозы – с последующей нейтрализацией образующейся глюкозы и введением солей. Полученный раствор глюкозы представляет собой питательный субстрат микроорганизмов– дрожжевых грибков. В результате жизнедеятельности микроорганизмов образуется светло–коричневый порошок – высоко качественный пищевой продукт, содержащий около 50% белка–сырца и различные витамины. Питательной средой для дрожжевых грибков могут служить и такие содержащие сахар растворы, как, например, паточная барда и сульфитный щелок, образующийся при производстве целлюлозы. Для получения пищевых дрожжей в бывшем СССР в 1980 г. было переработано около 3 миллионов тонн древесных отходов.

Определенные виды грибков могут превращать нефть, мазут, природный газ в пищевую биомассу, богатую белками. Из 100 т неочищенного мазута с помощью грибков можно получить 10 т дрожжевой биомассы, содержащей 5 т чистого белка и 90 т дизельного топлива. Такое же количество дрожжей может быть получено из 50 т сухой древесины или 30 тыс. м. кв. природного газа. Для производства данного количества белка потребовалось бы стадо коров из 1000 голов, а для их содержания нужны огромные площади пахотных земель.

Промышленное производство белков полностью автоматизировано, и скорость роста дрожжевых культур в тысячи раз выше, чем крупного рогатого скота. 1 т пищевых дрожжей позволяет произвести около 800 кг свинины, 1,5 – 2,5 т птицы или 15–30 тыс. яиц и сэкономить при этом до 5 т зерна.

Искусственные белковые питательные вещества – продукция бурно развивающейся микробиологической промышленности. Эпохальным событием микробиологии можно считать разработку в 1947 году промышленного производства пенициллина. Двумя годами позже в Японии на основе глутаминовой кислоты путем биосинтеза были впервые получены аминокислоты. Затем стали производится антибиотики, витаминно-белковые добавки к продуктам питания, препараты ферментов, ростовые вещества (например, гибберелин), бактериологические удобрения, средства защиты растений, к сожалению, стало возможным производство бактериологического оружия.

Биологам удалось расшифровать механизм рекомбинации ДНК в ходе синтеза ферментов, тем самым биотехнологи получили возможность производить многие ферменты при сравнительно их невысокой себестоимости. Открываются пути совершенствования технологии получения биокатализаторов, не существующих в природе. К примеру, кукурузный, пшеничный крахмал и сахар вполне пригодны для ферментации. Они легко превращаются в глюкозу, и далее в более сладкую продукцию – фруктозу. Известны микроорганизмы, перерабатывающие глюкозу во многие полезные химические продукты (метан, ацетон, уксусную кислоту, молочную и акриловую кислоты и т.д.). Для ферментации можно использовать относительно большой объем биомассы из отходов сельского и лесного производства.

Генные технологии. Основываются на методах молекулярной биологии и генетики, связаны с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Генные технологии, часто называемые генной инженерией, родились в начале 70–х годов ХХ столетия под названием  технологии рекомбинированных, ДНК. Основная операция генной технологии заключается в извлечении из клеток организма гена (кодирующего нужный продукт) или группы генов и соединение их с молекулами ДНК, способными проникать в клетки другого организма и размножаться в них. На начальной стадии развития генных технологий получен ряд биологически активных соединений – инсулин, интерферон и др. Современные генные технологии объединяют химию нуклеиновых кислот и белков, микробиологию, генетику, биохимию и открывают новые пути решения многих проблем биотехнологии, медицины и сельского хозяйства. Основная цель генных технологий –  видоизменить ДНК, закодировав ее для производства белка с заданными свойствами. Современные экспериментальные методы позволяют анализировать и идентифицировать фрагменты ДНК и генетически видоизмененной клетки, в которую введена нужная ДНК. С их помощью целенаправленно осуществляются химические операции над биологическими объектами, что и составляет основу генных технологий. Генные технологии привели к разработке мощных методов анализа  генов геномов, а они, в свою очередь, – к синтезу, т.е. к конструированию новых, генетически модифицированных микроорганизмов.

К 1996 году установлены нуклеиновые последовательности 11 различных микроорганизмов, начиная от самой маленькой автономно размножающейся микроплазмы, содержащей всего 580 тысяч нуклеиновых пар. Среди них – и промышленные штаммы, и те, геном которых особо интересен для науки, в частности для обнаружения ранее неизвестных принципов организации геномов и для понимания механизмов эволюции микробов. Промышленные микробиологи в свою очередь убеждены, что знание нуклеотидных последовательностей геномов промышленных штаммов позволит «программировать» их на то, чтобы они приносили большой доход.

Одним из самых современных и перспективных методов генной инженерии для получения новых микробных штаммов является генетическое копирование (клонирование). Уже в начале 70–х годов ХХ столетия ученые в лабораторных условиях начали получать и клонировать рекомбинантные молекулы ДНК, культивировать в пробирках клетки и ткани растений и животных, в последние годы достигнут огромный прогресс в клонировании  полноценных животных (даже способных приносить потомство) из соматических (т.е. неполовых) клеток. Особенно большой резонанс у мировой общественности получили работы шотландских ученых из Рослинского Университета, которым удалось из клетки молочной железы беременной овцы получить генетически точную ее копию. Клонированная овца по кличке Долли нормально развивалась и произвела на свет сначала одного, а затем еще трех нормальных ягнят. Вслед за этим появился ряд новых сообщений о воспроизведении генетических близнецов коров, мышей, коз, свиней, обезьяны из соматических клеток этих животных. В 2000 году появились сведения о клональном размножении потомства приматов путем деления зародыша. Американским исследователям удалось получить генетически идентичные эмбрионы обезьяны резус путем разделения бластомеров зародыша на стадии деления. Из эмбриона родилась вполне нормальная обезьянка Тетра – генетический близнец первоначально зачатой особи. Такой тип клонирования обеспечивает генетически идентичное потомство и в результате можно получить двойню, тройню и более генетических близнецов, а следовательно, есть возможность повторять сложные  научные эксперименты на абсолютно генетически идентичном материале, имплантируя последовательно зародыш одной и той же суррогатной матери можно изучить влияние ее организма на развитие плода. Разработанные методы клонирования животных пока еще далеки от совершенства. В процессе экспериментирования наблюдается высокая смертность и большой процент уродств новорожденных (из 226 опытов, проведенных в лаборатории Яна Вильмута в Рослинском институте, удачным оказался лишь один – на свет появилась овца Долли). Еще не ясны многие механизмы клонирования и развития животных из соматической клетки. Тем не менее, успех, достигнутый на данный момент, показал теоретическую возможность создания генетических копий даже человека из отдельной клетки, взятой из какого-либо органа. Многие ученые с энтузиазмом восприняли идею клонирования человека. Например, «отец» первого ребенка «из пробирки» Л. Эдвардс, заявил, что этот метод можно использовать для получения «запасных» органов, которые пересаживались бы больному человеку. Опрос общественного мнения в США 2000 года показал, что 7% американцев готовы подвергнуться клонированию. Вместе с тем, многие ученые и общественные деятели озабочены потенциальной опасностью (в том числе моральной) и, высказываются против клонирования человеческих особей. Существует и биологическая проблема. Известно, что в процессе культивирования клеток в пробирках и получения соматоклонов могут возникать различного рода мутации в геноме, вредные для организма. К тому же, как установлено, клональные особи имеют особенность быстрого старения и угнетения многих жизненных функций за короткий промежуток времени. Следовательно, клонирование людей может привести к возрастанию в человеческой популяции генетически неполноценных, в т.ч. психически больных людей. Кроме того, возникает целый ряд моральных, этических и даже юридических проблем, связанных с манипуляциями над эмбрионом человека.

Учитывая достижения генетической инженерии и реальную возможность создания генетически измененных не только животных, но и человека, 29–я сессия Генеральной Конференции ЮНЕСКО в 1997 году приняла «Всеобщую декларацию о геноме человека и правах человека». В статье 11–ой этого документа говорится, что не следует допускать практику, противоречащую достоинству человека, в т.ч. практику клонирования в целях воспроизводства человеческой особи, «цель прикладного использования результатов научных исследований по геному человека, в т.ч. в области биологии, генетики и медицины, должна заключаться в уменьшении страданий людей и в улучшении состояния здоровья отдельного человека и всех людей». Совет Европы так же внес дополнения в Европейскую конвенцию о правах человека и биомедицине, которая гласит: «Запретить всякое вмешательство, преследующее цель создать человеческую особь, идентичную другой – живой или мертвой». Таким образом, современные генно-инженерные исследования все больше затрагивают интересы общества, а этические проблемы науки становятся важным компонентом научной деятельности не только биомедиков, но и этиков, философов, политиков и т.д.

Интеграция биологического и социо-гуманитарного знания. Естествознание и нравственность. Связи между естествознанием и нравственностью многочисленны и двусторонни. Естествознание, как и вся наука в целом, оказывает сильное влияние на общественную мораль, испытывая на себе ее обратное воздействие. Общество не может не ограничивать научный поиск, если сам поиск или его результаты могут входить в противоречие с актуальными нормами нравственности или представлениями о гуманности. Вопрос, можно ли запрещать истину во имя спасения морали, ответа не имеет. Те, кто находят у истины приоритет перед моралью, основывают это на том соображении, что мораль относительна и изменчива, а истина абсолютна и вечна. Их оппоненты считают, что не всякие истины людям нужны. Немецкий философ А. Шопенгауэр (1788- 1860) однажды заметил: “Вы превозносите достоверность и точность математики, но зачем мне с достоверностью и точностью знать то, что мне знать не нужно?”

Так или иначе, ставятся под сомнение или ограничиваются некоторые виды этнографических исследований, эксперименты над человеческими зародышами и многое другое. До сих пор бунтуют противники вивисекции - операции на живом животном с целью изучения функций организма, действия на него различных веществ, разработки методов лечения и т.п. До сих пор спорят, нравственна ли пересадка органов.

Остается спорной правомерность евгеники - теории о наследственном здоровье человека и путях его улучшения. Прогрессивные ученые ставили перед евгеникой гуманные цели. Однако ее идеи использовались и для оправдания расизма. В современной науке многие проблемы евгеники, особенно борьба с наследственными заболеваниями, решаются в рамках генетики человека, в том числе и медицинской генетики.

Сказанное определяет лишь внешнюю, грубую форму воздействия морали на науку. В обществе, в котором преобладает рациональный, практический склад ума, и наука будет развиваться иначе, чем в обществе, где больше идеалистов и романтиков. Запрещающие барьеры при этом проходят в головах ученых, несущих в себе национальные или сословные следы.

Влияние науки на мораль в обществе огромно, однако в нем никогда не было единогласия в вопросе об оценке этого влияния. С одной стороны, расширение горизонтов знания, разрушение унизительных предрассудков, обеспечение доступа к науке и культуре широчайшим кругам населения - все это имеет положительный нравственный оттенок. С другой - главный полигон науки испокон века до наших дней - война. Многие видели в науке воплощение зла и школу безнравственности. Сторонники науки в прошлых веках надеялись, что она поможет решить и нравственные проблемы. Противники же считали, что она уводит от религии, от духовности, иссушает души, порождает цинизм. Но, кажется, уже окончательно понятно, что из науки и особенно из естествознания трудно извлечь выводы о том, как надо и как не надо поступать. Взаимосвязь и сочетание естествознания как науки о природе и морали как правил нравственности -  безусловно, сложный и многофакторный вопрос, в решении которого остается огромное поле деятельности. Ясно одно: естествознание вряд ли сможет претендовать на замещение морали.

Более двадцати лет назад в калифорнийском Стенфордском университете двум ученым впервые удалось заменить у бактерии ее наследственный материал на чужеродный, взятый у бактерии-донора. Этот метод переделки живой природы назвали генной инженерией. По разным направлениям распространялся стенфордский успех. Обратили на него внимание и в пищевой промышленности. Молочное, сыроваренное производства, выпечка хлеба, изготовление колбас, пивоварение и многое другое основано на жизнедеятельности микроорганизмов. Крупные пищевые концерны издавна имели лаборатории, где вели отбор, селекцию наиболее действенных производительных штаммов бактерий, придающих желательный вкус продукту. Лучшие разновидности невидимых тружеников фирма-хозяин строго засекречивала. Бактерии-мутанты, защищенные патентами, использовались для  того, чтобы получать самоконсервирующееся молоко, быстрые в приготовлении сыры, хороший хлеб, глюкозу, сиропы и многое другое. Ферменты - микроскопические белковые “топоры” для разрубания длинных молекул - были так усовершенствованы генной инженерией, что перевернули технологию производства многих продуктов. Так, в 1991 г. фирма “Магги”, известная своими бульонными кубиками, отказалась от старого способа их получения с участием соляной кислоты. В новой, более безопасной, технологии действуют высокоактивные ферменты. В США стали получать сахар из кукурузы и пшеницы. Особый микроб превращает это сырье в сироп, который затем поступает на рафинадный завод. Сироп обходится на треть дешевле, нежели из тростника, который поставляли в США Филиппины. По сведениям журнала “Шпигель”, сейчас в мире действуют более 3 тысяч лабораторий, работающих с генами. Биотехнологические фирмы рассчитывали к 2000 г. в 16 раз увеличить свои обороты. От генной инженерии можно ожидать и более масштабных, скажем, даже глобальных, результатов.

Но генная инженерия не ограничивается миром невидимых организмов. Она вторгается в наследственный материал растений и животных, прежде всего сельскохозяйственных. Например, картофель претерпел несколько полезных превращений. Получены клубни, не боящиеся падений, ударов - важное качество при транспортировке и хранении. Другой сорт - для стола, содержит мало крахмала, но много высокоценных протеинов. Третий сорт дает много крахмала.

Томаты, подвергнутые генетическим операциям, дали две разновидности. У одного вида из молекулы наследственности был удален ген, определяющий способность плода к быстрому загниванию. Новый помидор, уже хорошо созревший, можно хранить без холодильника до двадцати дней. Другая разновидность томатов содержит вдвое меньше воды. Это выгодно при транспортировке и переработке. С помощью генной инженерии получены не боящиеся заболеваний растения какао, стойкая к заморозкам клубника, кофейные зерна без кофеина. Пятьдесят сельскохозяйственных культур уже улучшены благодаря вмешательству человека в их наследственность. Достигнуты первые успехи и в животноводстве. Корректировка наследственности у свиньи позволила вывести новую породу животных, лишенных такого недостатка, как излишняя жирность, свинина становится диетическим мясом. Другое новшество: корова дает молоко, не скисающее в тот же или на следующий день, как обычно, потому что это молоко уже включает в себя консервирующие вещества, вырабатываемые самим организмом животного.

Лаборатории, занимающиеся генной инженерией, воодушевлены первыми удачами. Ученые уверены, что в недалеком времени они смогут передать сельскому хозяйству такое разнообразие растений и животных, улучшенных их методами, что можно будет удовлетворить все человечество продуктами питания. При этом речь идет не только о количестве, но и о качестве. Уже сегодняшние успехи генной инженерии убеждают, что люди в XXI в. не столкнутся с голодом. В конце 90-х годов ХХ столетия зашла речь о генетическом вмешательстве в структуры наследственной информации человека, его геном. Говорят не только о модификациях (изменениях) генома человека, но и о создании его точных копий ( методы клонирования животных и человека).  

Достижения биологии и медицины последних лет с  еще большей остротой поднимают вопрос о нравственных пределах познания живого. В связи с этим в 70-80-хх годах ХХ столетия возникает новое междисциплинарное направление биологическая этика (биоэтика), уделяющая внимание нравственным вопросам биологического познания. Это направление возникает на стыке естественнонаучных (биология, медицина, генетика, экология) и социогуманитарных дисциплин (философия, этика, право), в последние годы в решение биоэтических проблем вовлечена даже церковь. Принципиальной основой их понимания и решения должно служить гуманистическое измерение научно-технического прогресса, ибо «все прогрессы реакционны, если рушится человек».

 

Перспективные материалы и технологии

Обновление технической базы энергосистем и практически всех важнейших отраслей промышленности во многом связано с внедрением перспективных материалов и новейших технологий. В настоящее время во всем мире признаны перспективными керамические, композиционные, тонкопленочные и другие материалы.

Керамические материалы обладают чрезвычайно высокой твердостью и теплостойкостью. Используются они при изготовлении высокотвердых и термостойких деталей двигателей, инструмента, различного рода машин. Исследования на молекулярном уровне позволили установить, что небольшие структурные дефекты существенно влияют на прочность керамических изделий. Разработанные новые методы, основанные на управлении кинетикой реакций и формировании заданных молекулярных свойств, позволяют получить керамический материал с заданной структурой. Так, высокую степень однородности материала обеспечивает управляемый гидролиз металло-органических соединений. При выжигании полимерного скелета в металло-органическом полимере, скрученном в нить, образуется высоко термостойкий материал, подобный карбиду кремния. С помощью высокотемпературных реакций летучих соединений с последующим осаждением конечных продуктов на подложку заданной формы формируется однородное термостойкое покрытие. Такая технология применяется, например, при изготовлении деталей реактивного двигателя. Небольшое добавление примесей может вызвать значительное изменение свойств материала. Например, при небольшой добавке оксида циркония ZrO2 существенно повышается прочность керамического материала с оксидом алюминия. Синтез сверхпрочных волокон на основе графита, внедренного в органический полимер, привел к разработке нового вида материалов – композиционных материалов с улучшенными свойствами.

Технология изготовления такого материала основана на внедрении тонкого волокна, состоящего из графитовых углеродных цепей, минеральных или углеводородных полимерных нитей, в обычный высокомолекулярный полимер, например в эпоксидную смолу. Полученный таким образом композиционный материал по прочности не уступает лучшим маркам конструкционной стали. Благодаря сравнительно высокому показателю прочность/масса такие материалы находят широкое применение для изготовления деталей и узлов авиационной и космической техники, автомобилей, судов и т.п.

Благодаря исследованиям полимерного механизма взаимодействия поверхностных слоев, сопряженных на границе раздела между различными полимерами, удалось разработать комбинированный полимерный материал, называемый иногда полимерным сплавом, с высокими эксплуатационными свойствами. К таким материалам относится, например, нейлон, усиленный эластичным углеводородным полимером.

В последние десятилетия уделяется все больше внимания разработке новых тонкопленочных материалов. Тонкопленочные защитные, упрочняющие, полупрозрачные, диэлектрические, магнитные и т.п. покрытия, тонкопленочные элементы интегральных схем современной микро- и наноэлектроники – все это примеры применения тонкопленочных материалов. В зависимости от выполняемой функции толщина слоя осаждаемого материала может колебаться в пределах от нескольких ангстрем до нескольких десятков микрометров. К настоящему времени налажена технология формирования микроэлектронного элемента с размером до нескольких десятых долей микрометра. Для формирования тонкопленочных слоев и элементов применяются разные технологии: механическое и термическое напыление, гальваноосаждение, вакуумное ионно-плазменное осаждение и др.

Наряду с перспективной микроэлектронной технологией в настоящее время интенсивно внедряется биотехнология, основанная на видоизменении структуры молекулы ДНК (сшивание нитями ДНК и т.д.). В микроэлектронной технологии уменьшить элементы интегральных схем до нанометровых размеров – это только полдела. Нужно еще соединять их между собой и с микроэлектродами. В осуществлении такой операции могут помочь нуклеиновые кислоты, поскольку в них четко проявляется молекулярная самосборка. В лаборатории уже удалось нитями ДНК связать наночастицы из золота в трехмерную решетку. Кроме того, из отрезка ДНК построили мостик, связывающий два электрода, а затем его использовали как матрицу, на которую из раствора осаждали серебро, так что получился проводящий металлический провод диаметром 100 нм, что значительно меньше размера широко применяемых сейчас в микроэлектронике электропроводящих полос. Приведенный пример показывает, как удачно могут сочетаться совершенно разные биотехнология и зарождающаяся наноэлекронная технология.

Микроэлектронные технологии.  Микроэлектронные технологии оказали и будут оказывать огромное влияние на индустриальный мир и общество в целом. Наиболее широко известная продукция, изготавливаемая на основе микроэлектронной технологии микропроцессор, представляющий собой устройство обработки информации, выполненное в виде одной или нескольких больших интегральных схем. Эта удивительно сложная и функционально интегрированная электрическая цепь построена на небольшой пластине, называемой чипом. Некоторые современные микропроцессоры, в  том числе и отдельные чипы машинной памяти большой емкости, содержат миллионы транзисторов или других электронных компонентов, расположенных на кремниевой пластине площадью в несколько квадратных сантиметров.

Чипы изготавливаются из кремния высокой чистоты, в них целенаправленно имплантируют различные добавки для формирования элементов отдельных устройств, выполняющих вполне определенные функции: усиление, выпрямление или переключение сигналов, запоминание или воспроизведение информации. Решающую роль в изготовлении таких сложнейших систем играет тонкопленочная технология, включающая ряд последовательных операций

С помощью тонкопленочных органических слоев, чувствительных к излучению, в кремний избирательно вводятся легирующие примеси с образованием заданного рисунка электрической цепи. Легирование производится при высокой температуре, поэтому для защиты поверхности используется тонкая пленка диоксида кремния. Рисунок формируется с помощью органического материала фоторезиста, в котором химические изменения инициируются световым потоком. Такие изменения приводят к разрыву (или образованию) ковалентных связей в светочувствительных химических группах, закрепленных на полимерной структуре. В результате происходит локальное увеличение (или уменьшение) растворимости фоторезиста в заданном растворителе. При пропускании света через маску засвечиваются лишь определенные области фоторезиста, которые удаляются (или остаются) после промывания растворителем. Затем производят вытравливание рисунка с последующим удалением фоторезиста.

С применением излучения в видимой части спектра и специального высокочувствительного фоторезиста можно формировать рисунок электронной схемы с линейным размером 1-2 мкм. Однако при изготовлении элементов схемы, близких по размеру к длине волны света, равной 0,4 (для коротковолновой части спектра), начинают сказываться дифракционные эффекты. Их можно ослабить, пользуясь более коротковолновым излучением и чувствительными к нему резистивными материалами. Это означает, что дальнейший прогресс в микроэлектронике и ее трансформация в наноэлек-тронику возможны только с применением коротковолнового ультрафиолетового, рентгеновского излучения и даже электронных лучей, что, естественно, влечет за собой принципиальное техническое переоснащение сложного микроэлектронного технологического процесса.

Миниатюризация электронных устройств – характерная черта современной микроэлектроники. Миниатюрный размер электронного элемента современной схемы составляет около 1 мкм. Дальнейшее его уменьшение, как отмечалось, требует перехода к гораздо более сложной коротковолновой технологии. Возникает вопрос: нельзя ли найти другой путь решения данной проблемы? Один из таких путей предложен. Он основан на идее хранения и обработки информации с помощью отдельных молекул или молекулярных агрегатов, т.е. на идее создания молекулярного компьютера.

При трехмерной архитектуре применение молекулярных компонентов цепей с промежутком около 0,01 мкм обеспечило бы в миллионы раз большую плотность элементов, чем та, что реализуется в настоящее время. Такие цепи можно было создать из разнообразных молекул – от полностью синтетических электропроводящих полимеров до природных белков. Основные элементы памяти молекулярных компьютеров могли бы функционировать по принципу переменного заряда в полиэтилене или молекулярной ориентации в твердом теле. Молекулярный компьютер по своему устройству и функциям напоминает систему памяти, которой наделены многие живые существа. Создание молекулярного компьютера может показаться фантастической идеей. Но в свое время и полет на Луну, и расшифровка структуры ДНК, и многое другое было предметом научной фантастики.


 

IУ. ПРИЛОЖЕНИЕ (к теме 8) 

Молекулярный уровень биотехнологии. 

Живой организм часто сравнивают с химической фабрикой, которая перерабатывает поступающие исходные вещества в различные продукты, необходимые для поддержания жизнедеятельности. Что же производит такая фабрика? В первую очередь – другие подобные ей фабрики, а это означает, что происходит процесс воспроизводства. Для такого воспроизводства нужен носитель информации, содержащий алгоритмы операций и своеобразные инструкции для создания нового независимого организма со своим носителем информации.

Современный молекулярный уровень познания химического состава, структуры и функций молекул и макромолекул, принимающих участие в жизнедеятельности живого организма, позволяет однозначно утвердить, что функцию носителя информации выполняют молекулы ДНК. Структура их молекул такова, что они легко воспроизводятся при создании новых носителей информации.

Молекулы ДНК содержат всю информацию, необходимую для синтеза белков, которые можно представить условно в виде производственных мощностей новых организмов. Они управляют сложным процессом формирования и роста составных частей организма.

К разновидности белков относятся ферменты.. Выполняя роль высокоселективных катализаторов, ферменты принимают участие в химическом синтезе многих необходимых для организма веществ. Их высокая селективность обусловливается специфической структурой поверхности, благодаря которой распознаются и выбираются необходимые реагенты среди питательных веществ, из которых формируются промежуточные или конечные продукты для выполнения вполне определенных функций.

Биотехнология заключается в применении фабрик, созданных природой для производства требуемых продуктов. Иногда для такого производства нужна часть фабрики, но ее вначале нужно обнаружить, а потом задействовать. Подобного рода биотехнологии известны давно. На них основано производство уксуса, вина, крахмала и многих других продуктов. Современные биотехнологии позволяют решать более сложные задачи. Естествоиспытатели научились разрабатывать способы модификации природных носителей информации, благодаря которым природные фабрики способны производить новые полезные продукты. Для более глубокого понимания сущности таких способов целесообразно рассмотреть подробнее структуру и функции молекул ДНК.

Биокатализ

Способность рекомбинантной ДНК управлять синтезом ферментов расширяет область применений микроорганизмов в биотехнологии. Появляется возможность сравнительно недорого производить многие природные ферменты. Открываются пути совершенствования технологии получения биокатализаторов, не существующих в природе.

Успеху в биокатализе в значительной степени способствовал разработанный в недалеком прошлом метод иммобилизации ферментов, который заключается в удерживании фермента в неподвижном состоянии на твердой подложке. При иммобилизации фермент стабилизируется, в результате выход конечного продукта увеличивается. При этом упрощается и операция очистки конечного продукта.

Технология иммобилизации фермента позволяет, например, улучшить качество пенициллина. Под воздействием ферментов кукурузный крахмал превращается в глюкозу. С помощью иммобилизации фермента изомеразы некоторая часть глюкозы преобразуется в более сладкую продукцию — фруктозу. Например, в США ежегодно производится более 2 млн. т. кукурузной патоки с высоким содержанием фруктозы.

Иммобилизация не требует обязательного выделения определенного фермента. Клетка, содержащая нужный фермент, поддается операции иммобилизации. Например, иммобилизованные клетки дрожжей применяются при ферментации в массовом производстве этилового спирта.

Кукурузный, пшеничный крахмал и сахар вполне пригодны для ферментации. Они легко превращаются в глюкозу. Известны микроорганизмы, перерабатывающие глюкозу во многие полезные химические продукты. Однако такое растительное сырье потребляется преимущественно в качестве пищевых продуктов.

Для ферментации можно использовать относительно большой объем биомассы из отходов сельского и лесного хозяйств. Такая биомасса состоит в основном из лигноцеллюлозы (лигнин, целлюлоза и гемицеллюлоза). Лигнин — одеревеневшая часть растительных тканей сопротивляется биокаталитическому расщеплению и препятствует ферментации целлюлозных компонентов. Поэтому природную биомассу необходимо предварительно освободить от лигнина, который идет в отходы. Осуществление рациональной биокаталитической переработки биомассы в виде отходов сельского и лесного хозяйств требует дальнейших исследований, направленных, на разработку способов химической модификации исходных материалов.

Биологам удалось расшифровать механизм рекомбинации ДНК в ходе синтеза ферментов, тем самым биотехнгологи получили возможность производить многие ферменты при сравнительно их невысокой себестоимости. Открываются пути совершенствования технологии получения биокатализаторов, не существующих в природе. К примеру, кукурузный, пшеничный крахмал и сахар вполне пригодны для ферментации. Они легко превращаются в глюкозу, и далее в более сладкую продукцию – фруктозу. Известны микроорганизмы, перерабатывающие глюкозу во многие полезные химические продукты (метан, ацетон, уксусную кислоту, молочную и акриловую кислоты и т.д.). Для ферментации можно использовать относительно большой объем биомассы из отходов сельского и лесного производства.

Генные технологии

Основываются на методах молекулярной биологии и генетики, связаны с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Генные технологии, часто называемые генной инженерией, родились в начале 70–х годов ХХ столетия под названием  технологии рекомбинированных, ДНК. Генная инженерия включает методы молекулярной биологии и генетики, связанные с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Основная операция генной технологии заключается в извлечении из клеток организма гена (кодирующего нужный продукт) или группы генов и соединение их с молекулами ДНК, способными проникать в клетки другого организма и размножаться в них. На начальной стадии развития генных технологий получен ряд биологически активных соединений – инсулин, интерферон и др. Современные генные технологии объединяют химию нуклеиновых кислот и белков, микробиологию, генетику, биохимию и открывают новые пути решения многих проблем биотехнологии, медицины и сельского хозяйства. Основная цель генных технологий –  видоизменить ДНК, закодировав ее для производства белка с заданными свойствами. Современные экспериментальные методы позволяют анализировать и идентифицировать фрагменты ДНК и генетически видоизмененной клетки, в которую введена нужная ДНК. С их помощью целенаправленно осуществляются химические операции над биологическими объектами, что и составляет основу генных технологий. Генные технологии привели к разработке мощных методов анализа  генов геномов, а они, в свою очередь, – к синтезу, т.е. к конструированию новых, генетически модифицированных микроорганизмов.

К 1996 году установлены нуклеиновые последовательности 11 различных микроорганизмов, начиная от самой маленькой автономно размножающейся микроплазмы, содержащей всего 580 тысяч нуклеиновых пар. Среди них – и промышленные штаммы, и те, геном которых особо интересен для науки, в частности для обнаружения ранее неизвестных принципов организации геномов и для понимания механизмов эволюции микробов. Промышленные микробиологи в свою очередь убеждены, что знание нуклеотидных последовательностей геномов промышленных штаммов позволит «программировать» их на то, чтобы они приносили большой доход.

Многие вакцины, защищающие от вирусных инфекций, часто выделяют из природных источников. Действие вакцин сводится к стимулированию выработки организмом антител в качестве ответной реакции на вирусы, что повышает сопротивляемость организма данной вирусной инфекции. Введение при вакцинации активного вируса, вызывающего заболевание, сопряжено с определенным риском. Более безопасные вакцины можно создать с применением генной инженерии, позволяющей получить ДНК, кодирующий белок поверхностного слоя вируса. В таком случае иммунитет достигается введением белковой оболочки вируса, что исключает случайное заражение организма.

Химически приготовленные последовательности ДНК можно использовать для выявления генетических дефектов, свидетельствующих о предрасположенности организма к тому или иному заболеванию. Можно надеяться, что генетические болезни будут излечиваться путем замещения дефектных генов или введения генов, полученных методами генной инженерии. Следует ожидать, что технология рекомбинантных ДНК поможет выяснить природу регуляции генов в клетке.

Природные молекулы обладают биологической активностью и, следовательно, представляют интерес для медицины. Однако из-за сравнительно высокой стоимости или нежелательных побочных действий их не всегда можно применять для приготовления фармацевтических препаратов. Поэтому часто используют химически сходные молекулы или фрагменты природного вещества. Генная инженерия может помочь производить лекарственные препараты модифицированной формы для повышения их биологической активности. Например, модифицированный инсулиновый белок, производимый бактериями E.coli., позволил получить новый биологически активный гормон.

На базе современной биотехнологии синтезируются фармацевтические препараты, блокирующие биологическую активность той или иной природной биомолекулы. К настоящему времени разработаны биотехнологические приемы приготовления биомолекул для тестирования химически синтезированных соединений с целью разработки новых эффективных фармацевтических препаратов.

В современной медицине большое внимание уделяется разработке безопасных и эффективных методов введения лекарственных препаратов, а также созданию специальных устройств для замены оказавшихся неработоспособными органов. Проведение таких работ требует объединения усилий специалистов разной профессиональной ориентации: врачей, инженеров, биохимиков, физиков и др. Уже производятся и успешно внедряются электрокардиостимуляторы, клапаны сердца, искусственные сухожилия, сердечно-легочные и почечные диализаторы, искусственное сердце и др.

Разработка кровезаменителей привела к открытию перспективных соединений, таких, как фторуглеродные химические эмульсии и компоненты сыворотки, например альбумин. Синтезированные тонкие мембраны, используемые в качестве искусственной кожи, и культуры клеток эпителия обещают серьезные успехи в лечении ожогов. Разрабатываются материалы для имплантации зубов и замены костей. Миниатюрные насосы, вживляемые в ткани человека, страдающего диабетом, делает лечение инсулином регулярным и управляемым, что, естественно, снижает угрозу летального исхода. В более отдаленном будущем модифицированные с помощью генной инженерии клетки будут имплантироваться непосредственно в организм и лечить, таким образом, генетические болезни.

Технология пересадки здоровых генов пациенту, нуждающемуся в исправлении генных дефектов, разработана и применяется на практике. Она реализуется с помощью безвредных вирусов. Однако есть вероятность, что вирусы могут вызвать нежелательные реакции иммунной системы или разрушить гены, предохраняющие организм от раковых заболеваний. Проведенные несколько лет назад эксперименты показали, что клетка может принять искусственную хромосому. Полученный результат эксперимента поможет понять механизм работы хромосомы и разработать безопасные способы пересадки нормальных молекул ДНК пациентам с генетическими дефектами. Такая пересадка поможет лечить наследственные заболевания без побочных эффектов.

Геном человека

В современном естествознании третьего тысячелетия нет, наверное, проблемы более захватывающей, трудоемкой и значительной, чем познание генома человека всей совокупности его генов.

Многие десятилетия молекула ДНК была предметом изучения химиков и биохимиков, которых интересовал ее химический состав и строение, и физиков, изучавших ее форму и трехмерную структуру. Никто не пытался расшифровать последовательность в ДНК четырех ее "кирпичиков" — нуклеотидов, т.е. понять самое главное в ее структуре.

С рождением в 70-е годы нашего столетия генной инженерии появилась интересная мысль: а нельзя ли с помощью новых методов решить задачу, которая ранее казалась совершенно фантастической, – расшифровать строение всего генома человека, т.е. получить в доступной форме информацию о всей совокупности генов человека, число которых, по разным оценкам, составляет от 50 до 100 тыс., а кроме генов существуют и межгенные участки. Весь геном человека — это более трех миллиардов нуклеотидных пар, что, конечно, очень-очень много, но ведь и прогресс в данной области стремителен. Еще 15 лет назад расшифровка тысячи пар нуклеотидов считалась большим достижением, и такие результаты печатали самые престижные биологические журналы. Сейчас скорость расшифровки достигла многих миллионов нуклеотидных пар в месяц. Темпы расшифровки структуры генома оказались выше скорости осмысления накопленной информации.

Расшифровка генома человека – титаническая по объему и сложности задача – должна была стать международной. И вот в 1988 г. по инициативе одного из первооткрывателей двойной спирали ДНК Дж. Уотсона создана международная организация "Геном человека", объединяющая специалистов многих ведущих стран: США, России, Франции, Японии и др.

По прогнозам экспертов, первый этап по расшифровке генома человека, заключающийся в определении последовательности расположения нуклеотидных пар, будет завершен не позднее 2005 г.

Познание генома – вовсе не прихоть ученых, которым захотелось прочитать книгу жизни, расшифровать все, что записано в молекуле ДНК, этой своеобразной запоминающей ленте, скрученной в одной клетке и хранящей гигантское количество информации, записанной на молекулярном языке. Ныне медицина без знания генома часто оказывается беспомощной. Осознание этого и привело к возникновению в последние годы совершенно новой интересной области на границе между изучением генома человека и медициной. Эту область называют генотерапией. Уже из самого названия ясно, что речь идет о лечении генами. Подобно тому, как ангину можно лечить антибиотиками или сульфаниламидами, точно так же наследственные болезни станет возможно лечить с помощью генов.

Как это можно будет сделать? Совершенно ясно, что, если болезнь возникла в результате повреждения генов, то существуют только два способа: или вылечить эти гены, или ввести в клетки те же гены, но нормальные, неповрежденные, чтобы они могли выполнять работу поврежденных. Молекулярное "протезирование" приведет к восстановлению деятельности клетки. Значит, первая задача – узнать, какой ген заболел (для многих болезней уже решена), вторая задача – получить нормальный ген (тоже решена), и третья, самая сложная, – сделать так, чтобы вводимый ген оказался во всех больных клетках и смог там работать. Причем нужно не просто запустить его, но сделать так, чтобы ген был подвластен регулирующим системам клетки. Иначе не избежать беды — это будет взбесившийся ген, работающий бесконтрольно, не сообразуясь с запросами клетки в данном месте и в данное время. Мы знаем огромное количество регуляторных элементов, которые входят в состав генов и осуществляют эту задачу, и потому, можно полагать, налаживание регуляции введенных генов – задача решаемая, хотя и непростая. Она сложна, прежде всего потому, что любой ген имеет несколько систем регуляции, и мы должны их знать и суметь пристроить к данному гену так, чтобы клетка могла им руководить.

Генотерапия уже вышла из лабораторий в клиники. К середине 1997 г., согласно официальным данным, около 2000 человек излечено с помощью ге-нотералии: половина из них – в США, половина – в странах Европы. Речь идет пока в основном о моногенных болезнях (ясно, что их лечить проще). К сожалению, нельзя пока говорить о том, что достигнуто радикальное, пожизненное, а не временное излечение пациента. Почему – по очень простой причине: мы не знаем, будет ли введенный ген жить в этих клетках на протяжении всей их жизни или через некоторое время клетка инактивирует его либо вообще изгонит, и тогда болезнь вернется. К тому же мы не можем исключить вероятности того, что этот ген окажется более подвержен мутациям, и тогда через какое-то время лечение придется повторить.

Отдаленных последствий генотерапии пока не знает никто, поскольку самые первые пациенты, которые прошли генотерапию, появились всего несколько лет назад и неизвестно, что будет по прошествии 10-15 лет. Хотя мы не знаем всех возможных последствий, пока обреченных на смерть людей удалось спасти, и это, конечно, грандиозный успех.

Несомненно, наука еще далека от того, чтобы сделать гены лекарствами. Сейчас пока нельзя в аптеке купить ген, который спасет, например, ребенка от гемофилии. Однако для этого созданы теоретические и методические предпосылки. Есть люди, владеющие нужными методами; развернуты работы на молекулярном и клеточном уровнях, которые должны предшествовать испытанию лекарств в клинике, чтобы можно было гарантировать, что ни при каких условиях пациенту не будет нанесен вред. Это долгий и сложный путь, но геномная программа идет по нему.

С развитием генной инженерии появились не только ее активные сторонники, но и противники, действия которых направлены на возбуждение общественного мнения против внедрения генных технологий. В этой связи в 1996 г. Федерация европейских микробиологических обществ (ФЕМО) опубликовала меморандум, цель которого – проинформировать общественность о пользе и потенциальной опасности широкомасштабного применения генной инженерии в микробиологии.

Разумеется, разработка разумных, адекватных и гибких правил безопасности генных технологий необходима. Весьма желательно, чтобы это крайне серьезное дело проходило в спокойной и доброжелательной общественной атмосфере, особенно когда на рынки уже поставляют хлеб, сыр и пиво, приготовленные с помощью трансгенных микробов, когда в продаже трансгенные помидоры и кукуруза и когда уже ведутся полевые испытания трансгенных почвенных микробов.

Генетические технологии привели к разработке мощных методов анализа генов и геномов, а это, в свою очередь, – к синтезу, т.е. к конструированию новых, генетически модифицированных микроорганизмов.

К 1996 г. установлены нуклеотидные последовательности 11 разных микроорганизмов, начиная от самой маленькой автономно размножающейся микоплазмы (всего 580 тысяч нуклеотидных пар).

Промышленные микробиологи убеждены, что знание нуклеотидных последовательностей геномов промышленных штаммов позволит "программировать" их на то, чтобы они приносили большой доход.

Клонирование эукариотных, т.е. ядерных, генов в микробах и есть тот принципиальный метод, который привел к бурному развитию микробиологии. Фрагменты геномов животных и растений для их анализа клонируют именно в микроорганизмах. Для этого в качестве молекулярных векторов — переносчиков генов используют искусственно созданные плазмиды, а также множество других молекулярных приспособлений, созданных для того, чтобы выделять и клонировать эукариотные гены.

Для реализации замысла молекулярной биологии — проекта "Геном человека" – сегодня используют, к примеру, искусственные хромосомы пекарских дрожжей, способные нести присоединенные к ним фрагменты ДНК длиной в несколько миллионов пар нуклеотидов. Коллекция дрожжевых клонов, каждый из которых несет какой-то фрагмент генома человека, – это именно то, что позволяет определять нуклеотидные последовательности данных фрагментов, располагать их в том порядке, в каком они идут друг за другом внутри хромосом человека, а затем состыковывать их в непрерывный генетический текст. Прочтение и анализ такого текста приведет к пониманию механизмов различных болезней и того, как эти болезни лучше лечить. Патогенные микробы способны к эволюции и адаптации. Они могут выживать и вредить, несмотря на новые методы борьбы с ними, например стать устойчивыми к вакцинам и антибиотикам. В конце XX в. мы наблюдаем приводящий экспертов в замешательство рост числа микробов, устойчивых к антибиотикам, а кроме того – возникновение новых возбудителей инфекций. Однако, несомненно, что именно генные технологии ускорят расшифровку молекулярных механизмов на уровне "микроб-хозяин", а это позволит разрабатывать все новые и новые вакцины.

Генные технологии развиваются в двух основных направлениях.

  •  Первое – улучшение уже существующих вакцин. Вакцины должны стать более эффективными, работать в меньших дозах и не давать побочных эффектов.
  •  Второе направление – генные технологии получения вакцин против болезней, при которых сам метод вакцинации еще не использовался (СПИД, малярия, язвенная болезнь желудка и др.).

Цель соматической генной терапии в следующем: дефектный ген заменяют на нормальный, донорский ген. Вектором, т.е. переносчиком, донорского гена служит генетически модифицированный микроорганизм или вирус. Он сконструирован так, что экспрессирует донорский ген в клетках пациента, но сам размножаться не способен, поэтому не может инфицировать других.

Работа, особенно на Западе, по генетическому улучшению свойств микробов, традиционно используемых в производстве хлеба, сыроварении, молочной промышленности, пивоварении и виноделии, идет весьма напряженная. Цели ее – увеличение устойчивости производственных штаммов, повышение их конкурентоспособности по отношению к вредным бактериям и улучшение качества продукта (аромата, питательной ценности, крепости и т.д.). Три новых трансгенных штамма уже получили "добро" на промышленное применение. Это пекарские дрожжи, эффективно ферментирующие мальтозу, и два штамма пивных дрожжей, позволяющие получать пиво с низким содержанием углеводов и без декстринов.

Генетически модифицированные микробы могут принести большую пользу при взаимодействии с сельскохозяйственными растениями и животными, с их патогенными вирусами и микробами, с вредными насекомыми и почвой.

Вот примеры. Можно модифицировать те или иные растения, сделать их более устойчивыми к инфекционным болезным, внеся в них гены, блокирующие развитие вирусных или грибковых заболеваний. Так, в Китае устойчивые к вирусам табак, томаты и сладкий перец выращивают уже на больших площадях. Известны трансгенные томаты, устойчивые к бактериальной инфекции, картофель и кукуруза, устойчивые к грибкам.

Потенциальный риск. Одно из самых тревожных опасений – не приведет ли широкое внедрение в практику генных технологий к появлению покуда не известных эпидемиологам заболеваний? Эксперты ФЕМО констатируют, что широкомасштабная генная инженерия микроорганизмов, продолжающаяся вот уже более 20 лет, до сих пор не дала ни одного примера таких последствий. Более того, оказалось, что все рекомбинантные микроорганизмы, как правило, менее болезнетворны, чем их исходные формы.

Все известные на сегодняшний день инфекционные микроорганизмы представляют собой результат их длительной совместной со своими хозяевами эволюции. И что, так сказать, на выходе? Микробы либо поражают хозяина, либо, мирно сожительствуя с ним, приносят ему (а тем самым и себе) определенную пользу. Хозяин в свою очередь приобретает более эффективную способность бороться с микробами либо на них просто не реагировать.

Важный вывод, который делают эксперты ФЕМО, звучит так: "В целом не похоже, чтобы перенесение нескольких генов из одного микроба в другой, имеющий иную эволюционную историю, привело к повышению патогенности – способности микроорганизмов вызывать инфекционное заболевание".

Биологические феномены таковы, что о них никогда нельзя с уверенностью сказать: этого никогда не случится. Надо говорить так: вероятность того, что это случится, очень мала. И тут, как безусловно положительное, важно отметить следующее: все виды работ с патогенами строго регламентированы, и цель такой регламентации – уменьшить вероятность распространения инфекционных агентов.

Чтобы прогнозировать распространение трансгенных микробов в среде, надо знать, как и за счет чего существуют их немодифицированные предки. Увы, в отличие от патогенных штаммов, экология почвенных микроорганизмов изучена не так хорошо. Действительно, о том, как почвенные микробы размножаются, распространяются и сохраняются в своих экологических нишах, известно мало. И узнать об этом трудно: почвенные штаммы не содержат генетических маркеров, т.е. легко распознаваемых признаков, удобных для отслеживания их судьбы. Кроме того, большинство природных штаммов в лабораторных условиях не размножаются.

За 20 лет широкого применения генных технологий еще не зарегистрировано ни одного случая, чтобы в окружающей среде произошло вредное или опасное распространение рекомбинантных организмов. Действительно, в природе все время идут процессы так называемого горизонтального генетического переноса. И если рекомбинантные штаммы попадут в почву или воду, их чужеродные гены смогут быть вовлечены в эти генетические потоки. Начнется процесс распространения чужеродных генов в мире микробов. Проконтролировать этот процесс практически невозможно. Поэтому эксперты ФЕМО рекомендуют: "Трансгенные штаммы не должны содержать генов, которые после их переноса в другие бактерии смогут дать опасный эффект".

Генетически модифицированные микроорганизмы как биологическое оружие. Главный вопрос: может ли высокая эффективность генных технологий вдохновить потенциального агрессора на попытку создания и затем безнаказанного применения биологического сверхоружия?

Меморандум напоминает, что Конвенция 1974 г. о биологической войне, ратифицированная большинством стран, направлена на предотвращение использования патогенов в качестве оружия.

Тем не менее ученым следует осознавать существование потенциальных опасностей, связанных с применением генных технологий в военных целях, и содействовать развитию международного контроля над биологическим оружием".

Уменьшение риска, связанного с генными технологиями. Совершенно ясно, что главное при разработке правил и законов, регулирующих применение генных технологий, – это создать рациональные концепции оценки риска. Действительно, как оценить риск того, чего еще никогда не случалось?

Первый шаг в этом направлении – установить, какие именно опасности могут возникнуть и как их избежать. Следующий шаг – оценить степень риска. Уменьшить риск можно, если определить категории опасности патогенов и использовать для работы с ними соответствующее защитное оборудование. По мере накопления конкретных знаний о конкретных опасностях оценки следует уточнять.

Есть документы, регламентирующие применение генных технологий. Это директивы, касающиеся правил безопасной работы в лабораториях и в промышленности, а также правила внесения генетически модифицированных организмов в окружающую среду. В большинстве европейских стран, как и положено, подобные директивы включены в свод национальных законов, а это, согласимся, уже немало.

Общий вывод меморандума ФЕМО таков: "При осмотрительном применении генных технологий польза от них сильно перевесит риск отрицательных последствий; технологии конструирования рекомбинантных ДНК внесут существенный вклад в здравоохранение, в развитие устойчивого сельского хозяйства, в производство пищи, в очистку окружающей среды".

Клонирование

Одним из самых современных и перспективных методов генной инженерии для получения новых микробных штаммов является генетическое копирование (клонирование).

Клонирование человека – это шанс иметь детей для тех, кто страдает тяжелыми формами бесплодия; это банки клеток и тканей, запасные органы взамен тех, что приходят в негодность; наконец, это возможность передать потомству не половину своих генов, а весь геном – создать ребенка, который будет копией одного из родителей. Вместе с тем, остается открытым вопрос о правовом и нравственном аспекте данных возможностей. Подобного рода доводами в 1997—1998 гг. были пepeполнены различные источники массовой информации во многих странах. В последнее время пресса и телевидение все больше уделяют внимание проблеме так называемого клонирования животных и человека, давая информацию зачастую неверную и предоставленную достаточно некомпетентными людьми. Поэтому попробуем объективно разобраться с фактами, реально существующими в этой области.

По принятому в науке определению, клонирование – это точное воспроизведение того или иного живого объекта в каком-то количестве копий. Вполне естественно, что все эти копии должны обладать идентичной наследственной информацией, т.е. нести одинаковый набор генов.

В ряде случаев получение клона животных не вызывает особого удивления и относится к рутинной процедуре, хотя и не такой уж простой. Генетики получают подобные клоны, когда используемые ими объекты размножаются посредством партеногенеза – бесполым путем, без предшествующего оплодотворения. Естественно, те особи, которые развиваются из той или иной исходной половой клетки, будут в генетическом отношении одинаковыми и могут составить клон. В России, например, блестящие работы по клонированию такого рода выполняют на шелкопряде. Выведенные клоны шелкопряда замечательны своей высокой продуктивностью по выработке шелка и славятся на весь мир.

Случаи своеобразного "естественного" клонирования известны и у человека – это однояйцовые близнецы; сей редкий феномен (0,5% от всех родов) обязан разделению оплодотворенной яйцеклетки на два бластомера, которые в последующем развиваются самостоятельно.

Однако нынче речь идет о клонировании другого рода – скажем, о получении ряда точных копий того или иного животного, "прославившегося" какими-то своими выдающимися качествами (рекордными надоями молока или высоким настригом шерсти), а кроме того, о возможности клонирования некоего ученого мужа или политика, или артиста, особо ценного для человечества в силу его несомненной гениальности. Вот тут-то и возникают весьма большие сложности, в которых нам предстоит разобраться.

Еще в далекие 40-е годы российский эмбриолог Г.В. Лопашов разработал метод пересадки (трансплантации) ядер в яйцеклетку лягушки. В 1948 г. он отправил в "Журнал общей биологии" статью, написанную по материалам своих экспериментов. Однако на его беду в августе 1948 г. состоялась печально известная сессия ВАСХНИЛ, по воле партии утвердившая беспредельное господство в биологии малограмотного агронома Трофима Лысенко, и набор статьи Лопашова, принятой к печати, был рассыпан, поскольку она доказывала ведущую роль ядра и содержащихся в нем хромосом в индивидуальном развитии организмов. Работу Лопашова забыли, а в 50-е годы американские эмбриологи Бриггс и Кинг выполнили сходные опыты, и приоритет достался им, как часто случалось в истории российской науки.

Уже в начале 70–х годов ХХ столетия ученые в лабораторных условиях начали получать и клонировать рекомбинантные молекулы ДНК, культивировать в пробирках клетки и ткани растений и животных, в последние годы достигнут огромный прогресс в клонировании  полноценных животных (даже способных приносить потомство) из соматических (т.е. неполовых) клеток. Особенно большой резонанс у мировой общественности получили работы шотландских ученых из Рослинского Университета, которым удалось из клетки молочной железы беременной овцы получить генетически точную ее копию. В феврале 1997 г. появилось сообщение о том, что в лаборатории Яна Вильмута в Рослинском институте (Эдинбург) разработан эффективный метод клонирования млекопитающих и на его основе получена овечка Долли. Посмотрим, как это было. Прежде всего, естественно, необходимо было выделить ооциты, т.е. яйцеклетки. Их извлекли из овец породы Шотландская черномордая, затем поместили в искусственную питательную среду с добавлением эмбриональной телячьей сыворотки при температуре 37 °С и провели операцию энуклеации –  удаления собственных ядер. Следующая задача – обеспечить яйцеклетку генетической информацией от организма, который надлежало клонировать. Для этой цели использовали разные клетки донора, но наиболее удобными оказались диплоидные, т.е. несущие полный генетический набор, клетки молочной железы взрослой беременной овцы породы Финский дорсет. Эти клетки выводили из стадии роста клеточного цикла и через пять дней сливали с энуклеированным ооцитом. Последний затем активировали к развитию посредством электрического удара. Потом развивающийся зародыш в течение шести дней культивировали в искусственной химической среде или в яйцеводе овцы, перетянутом лигатурой ближе к рогу матки. И, наконец, после этого эмбрионы (от одного до трех) трансплантировали в матку приемной матери, где они могли развиваться до рождения.

Из 236 опытов успешным оказался лишь один, в результате которого и родилась овечка Долли, несущая генетический материал той самой взрослой овцы. После этого Вильмут заявил, что технически можно осуществить и клонирование человека, хотя в этом случае, как отмечалось, возникают моральные, этические и юридические проблемы, связанные с манипуляциями над эмбрионами человека.

Клонированная овца по кличке Долли нормально развивалась и произвела на свет сначала одного, а затем еще трех нормальных ягнят. Вслед за этим появился ряд новых сообщений о воспроизведении генетических близнецов коров, мышей, коз, свиней, обезьяны из соматических клеток этих животных. В 2000 году появились сведения о клональном размножении потомства приматов путем деления зародыша. Американским исследователям удалось получить генетически идентичные эмбрионы обезьяны резус путем разделения бластомеров зародыша на стадии деления. Из эмбриона родилась вполне нормальная обезьянка Тетра – генетический близнец первоначально зачатой особи. Такой тип клонирования обеспечивает генетически идентичное потомство и в результате можно получить двойню, тройню и более генетических близнецов, а следовательно, есть возможность повторять сложные  научные эксперименты на абсолютно генетически идентичном материале, имплантируя последовательно зародыш одной и той же суррогатной матери можно изучить влияние ее организма на развитие плода. Разработанные методы клонирования животных пока еще далеки от совершенства. В процессе экспериментирования наблюдается высокая смертность и большой процент уродств новорожденных. Еще не ясны многие механизмы клонирования и развития животных из соматической клетки. Тем не менее, успех, достигнутый на данный момент, показал теоретическую возможность создания генетических копий даже человека из отдельной клетки, взятой из какого-либо органа. Многие ученые с энтузиазмом восприняли идею клонирования человека. Например, «отец» первого ребенка «из пробирки» Л. Эдвардс, заявил, что этот метод можно использовать для получения «запасных» органов, которые пересаживались бы больному человеку. Опрос общественного мнения в США 2000 года показал, что 7% американцев готовы подвергнуться клонированию. Вместе с тем, многие ученые и общественные деятели озабочены потенциальной опасностью (в том числе моральной) и, высказываются против клонирования человеческих особей. Существует и биологическая проблема. Известно, что в процессе культивирования клеток в пробирках и получения соматоклонов могут возникать различного рода мутации в геноме, вредные для организма. К тому же, как установлено, клональные особи имеют особенность быстрого старения и угнетения многих жизненных функций за короткий промежуток времени. Следовательно, клонирование людей может привести к возрастанию в человеческой популяции генетически неполноценных, в т.ч. психически больных людей. Кроме того, возникает целый ряд моральных, этических и даже юридических проблем, связанных с манипуляциями над эмбрионом человека.

Одно из возможных заключений специалистов о целесообразности клонирования человека состоит в следующем. Фактически невозможно возвратить изменившиеся ядра соматических клеток в исходное состояние, чтобы они могли обеспечить нормальное развитие той яйцеклетки, в которую их трансплантировали, и на выходе дать точную копию донора. Но даже если все проблемы удастся решить и все трудности преодолеть (хотя это маловероятно), клонирование человека абсолютно исключено. Действительно, допустим, что трансплантировали развивающиеся яйцеклетки с чужеродными донорскими ядрами нескольким тысячам приемных матерей. Именно нескольким тысячам: процент выхода низкий, а повысить его, скорее всего, не удастся. И все это для того, чтобы получить хотя бы одну единственную рожденную живую копию какого-то человека, пусть даже гения. А что будет с остальными зародышами? Ведь большая их часть погибнет в утробе матери или разовьется в уродов. Представляете себе: тысячи искусственно полученных уродов! Это было бы преступлением, а потому вполне естественно ожидать принятие закона, запрещающего такого рода исследования как в высшей степени аморальные. Что касается млекопитающих, то в этой области едва ли целесообразно тратить бешеные деньги на опыты, которые ни теории, ни тем более практике, ничего не дадут. Гораздо лучше поддержать работы по трансгенным животным, генотерапии, генной инженерии.

Каково же мнение специалистов и общественных деятелей о проблеме клонирования и прежде всего об экспериментах по клонированию человека? Американский ученый Ричард Сид заявил, что через несколько месяцев он собирается приступить к первому эксперименту по клонированию человека. По мнению ученого, клонирование – "легитимный способ борьбы с бесплодием" – будет способствовать прогрессу человечества. Методика, которую он собирается использовать, – та же, что и при получении первого клона млекопитающих – овцы Долли. "Опасными и морально неприемлемыми" назвал планы по клонированию человека бывший президент США Билл Клинтон. Планы по клонированию человека могут зародиться только в мозгу "сумасшедшего ученого" – таково мнение министра здравоохранения и социальных служб США Донны Шалейла. По словам Яна Вильмута, руководителя работ по созданию Долли, он и его коллеги против клонирования человека ("на биологическом уровне это нереалистично"). Попытки клонировать человека могут привести к катастрофическим последствиям для всего человечества, считают ведущие генетики Германии. По мнению директора Центра биоэтики (Рим) епископа Элио Сгречча, с этической точки зрения это ошибочный путь – пытаться распространить бесполое размножение в человеческом обществе.

Обобщая приведенные мнения, можно заключить, что для проведения дорогостоящих экспериментальных работ по клонированию человека в настоящее время нет ни естественнонаучной, ни нравственно-правовой базы.

Обновление технологии производства энергии

Во многих видах энергосистем технология производства энергии основана на преобразовании тепла. Смена источника энергии требует и кардинального обновления технологии. С древних времен в качестве основного источника тепловой энергии использовалась преимущественно древесина. С появлением паровых машин древесину вытеснил каменный уголь, но вскоре он уступил лидерство нефти и природному газу, которые и по сей день остаются ведущими видами топлива.

Нефть и природный газ – не только источники химической продукции. В настоящее время на производство энергии расходуется значительная часть данных невозобновляемых природных ресурсов. Кроме того, нефть и природный газ по-прежнему остаются основным видом топлива для транспорта и получения тепла, и такое их потребление во многих странах воспринимается как должное. Однако за каждым кубометром природного газа и тонной нефти нужно идти все дальше на север или на восток, зарываться все глубже в землю, поэтому стоимость природных энергетических и сырьевых ресурсов будет с каждым годом возрастать.

При увеличивающемся потреблении нефти и природного газа, в основном, в качестве топлива уже в ближайшие десятилетия ощутится истощение их запасов, что существенно повлияет на образ и уровень жизни людей. Чтобы сберечь эти ценнейшие природные ресурсы для более рационального их использования – производства ценной химической продукции, нужно искать другие виды топлива.

Такие виды топлива есть и один из них – уголь. Тот самый уголь, который сжигался в топках паровых машин. Низкий коэффициент полезного действия привел к замене таких машин, а вместе с ними и топлива. Тем не менее, в энергетике стран Центральной и Восточной Европы уголь до сих пор является самым распространенным твердым топливом. На его базе производится в среднем 65% электроэнергии.

В России широко используются природный газ и мазут, а доля твердого топлива существенно ниже. Конечно, устаревшие электростанции, работающие на угле, вне зависимости от того, где они эксплуатируются, нуждаются не только в переоснащении и модернизации, но и в новой технологии сжигания угля. Одна из таких технологий уже разработана, она основана на сжигании угля в циркулирующем кипящем слое. Во многих странах такая технология признана экологически чистой и экономически выгодной. В данном случае в результате многократной циркуляции происходит полное эффективное сжигание частиц топлива при температуре 800-900 °С и резко снижается образование вредных оксидов азота (в 5-10 раз по сравнению с традиционным пылевидным сжиганием). Уже построено и эксплуатируется несколько десятков угольных электростанций с циркулирующим сжиганием без вредных выбросов в атмосферу в ряде развитых стран: США, Германии, Франции и др.

Согласно многим оценкам, нефтехимическое производство использует лишь небольшую долю добываемой нефти – от 3 до 5%. Поэтому химическая промышленность не является основной причиной быстро наступающего истощения природных ресурсов нефти, но его последствия будут ощутимы и для нее: скажутся они прежде всего в изменении сырья и технологических процессов. Однако нефтехимические производства характеризуются относительно высокими ценами на конечные продукты и в состоянии выдержать грядущее повышение цен на сырье в связи с сокращением нефтяных и газовых ресурсов. Это обернется для них гораздо меньшими потерями, чем для производств, потребляющих нефть и природный газ как топливо. Кроме того, разработаны и внедряются технологии эффективной переработки угля для последующего использования в химической промышленности, а запасов угля хватит на более длительный срок, чем нефти и газа. Поэтому истощение нефтяных и газовых ресурсов в меньшей степени повлияет на сырьевое обеспечение химической промышленности, чем на производство энергии.

Нефть, природный газ и уголь постепенно уступают свои позиции более энергоемкому источникуядерному топливу. К настоящему времени более 17% мирового производства электроэнергии приходится на атомные электростанции. В некоторых странах доля вырабатываемой атомной энергии значительно больше. Например, Швеция производит на атомных станциях около 1/2 своей электроэнергии, Франция – более 3/4. В Китае недавно принята программа увеличения в 5-6 раз вклада энергии атомных электростанций. Заметную, хотя пока не определяющую, роль атомная энергетика играет в США и в России. Запасы ядерного топлива, по сравнению с запасами, например угля, не столь уж велики, но зато на единицу массы ядерное топливо содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь. Внедрение перспективной технологии преобразования ядерного топлива в реакторе-размножителе на быстрых нейтронах, который не только вырабатывает энергию, но и производит вторичное топливо – плутоний, открывает большие возможности для развития атомной энергетики.

При создании любой современной энергосистемы ставится задача не только выработки дешевой энергии, но и сохранения окружающей среды. В этой связи возрастает интерес к разработке перспективных технологий преобразования энергии солнца, ветра, геотермальных источников и Мирового океана.

Производящие энергию системы быстро аккумулируют, вбирают в себя все новейшие идеи, изобретения, естественнонаучные достижения. Поэтому нельзя исключать, что лицо энергетики может измениться в ближайшем будущем, когда электрохимические, водородные, термоядерные и другие источники энергии будут вносить значительный вклад в мировое производство энергии.

Модернизация технической базы промышленности

Промышленные предприятия, выпуская ту или иную продукцию, потребляют большое количество природных ресурсов и энергии. В связи с этим к современным предприятиям предъявляются требования не только производить высококачественную продукцию, но и экономно расходовать природные ресурсы, сберегать энергию и сохранять окружающую среду. Техническое оборудование любого промышленного предприятия со временем устаревает, новые технологии требуют кардинального обновления устаревшего оборудования, т.е. модернизации технической базы промышленности в целом.

Современная промышленность включает множество отраслей, связанных с производством разнообразных материалов, автомобильной и авиационной техники, технических средств связи, станков, инструментов и многого другого. Каждая отрасль имеет свою специфику. В силу того, что промышленных отраслей сравнительно много и практически невозможно охарактеризовать обновление каждой из них, гораздо проще сделать это на примере одной отрасли — автомобилестроения.

Автомобильная промышленность в XX в. достигла гигантских размеров. Только за последние 50 лет мировой автопарк увеличился более чем в 12 раз и превысил 630 млн. машин. Особенно бурно этот процесс протекал в Европе, где за полвека произошел примерно 30-кратный скачок — с 7 до 230 млн автомобилей. Их производство в 1995 г. составило: в США — 12 млн, в Японии — 10,2 млн, в Германии — 4,7 млн, во Франции — 3,5 млн, в Великобритании — 1,8 млн, в Италии — 1,7 млн автомобилей. Всего в мире с конвейеров автозаводов ежегодно сходит более 40 млн машин. В таких странах, как Канада, Германия, Италия, Франция, Япония, Великобритания, на 1000 жителей приходится 500—700 автомобилей, в США — около 800, в России — менее 150. По некоторым прогнозам, рост мирового автомобильного парка продолжится и в первой четверти XXI в.

Примерно до 60-х годов во всем мире производились автомобили без надлежащего учета экономичности. Топливо было недорогим и, следовательно, не было причин его экономить. В середине 60-х годов на мировом рынке появилась продукция фирмы "Фольксваген", поставлявшая ежегодно более 500 тыс. небольших экономичных автомобилей. В следующем десятилетии началось вторжение на мировой рынок автомобилей, изготовленных в Японии. В результате сбора проектной, технологической и инженерной информации японские фирмы создали высокоавтоматизированную и эффективную автомобильную промышленность, способную выпускать самые экономичные и дешевые автомобили в мире.

Предпринимаемые меры по сохранению окружающей среды включают требования экономного расхода топлива и строгие ограничения на загрязнение воздуха отработанными газами. Экономия топлива и достижение безвредного выхлопа требуют решения комплекса задач, таких, как повышение эффективности сгорания топлива, модернизация двигателя и других узлов автомобиля, использование очищенного от вредных примесей топлива, уменьшение массы автомобиля, антикоррозийная обработка деталей и узлов автомобиля, совершенствование трансмиссионной системы, каталитическое обезвреживание газов и др.

Решение одной из важных задач – повышение эффективности сгорания топлива – возможно, например, при электронном управлении всех стадий процесса сжигания в рабочей камере. Для такого управления нужны современные микропроцессорные устройства, производство которых основано на микроэлектронной технологии, во многом определяющей уровень развития различных отраслей промышленности.

Все крупные автомобильные компании, особенно в последние годы, заняты поиском решения экологических проблем, связанных с автомобильным двигателем. Они постоянно совершенствуют действующие и предпринимают шаги к созданию новых моторов с наиболее полным сгоранием топлива. Результат такой работы налицо: современные автомобили ведущих фирм Европы и США выбрасывают в атмосферу в 10-15 раз меньше вредных веществ, чем автомобили 80-х годов. Этому в значительной степени способствовали такие нововведения, как двигатели, работающие на переобедненных смесях, многоклапанные системы газораспределения, впрыск топлива вместо карбюраторного смесеобразования, электронное зажигание. При пуске холодного двигателя в современных карбюраторах используются автоматы пуска и прогрева. На режимах торможения в двигателях применяют экономайзер принудительного холостого хода – клапан, отключающий подачу топлива.

Для уменьшения выброса оксидов азота используется циркуляция – перепуск части отработавших газов из выпускного трубопровода во впускной. При этом понижается температура сгорания и газов образуется значительно меньше. Рециркуляция применяется не только на двигателях с искровым зажиганием, но и на дизелях. Перспективны в этом плане и системы электронного регулирования, оптимизирующие работу двигателя на всех режимах. Кроме того, автомобильные заводы планомерно ужесточают технологические допуски и повышают точность изготовления приборов питания и зажигания, впускной и выпускной систем, деталей кривошипного механизма и газораспределения. Благодаря этим усовершенствованиям загрязнение атмосферного воздуха заметно уменьшается. И все же полностью удалить токсичные вещества из отработавших газов не удается.

Больше 20 лет назад возникла идея ликвидировать вредные вещества, выходящие из цилиндров двигателя, уже в выпускной системе автомобиля, т.е. до выброса их в атмосферу. На пути отработавших газов стали устанавливать каталитические нейтрализаторы – специальные устройства, в несколько раз уменьшающие токсичность выхлопных газов. Проходя через нейтрализатор, несгоревшие углеводороды окисляются до нетоксичных оксидов, а оксиды азота восстанавливаются до азота и кислорода.

Многочисленные полимерные материалы, алюминиевые и высокопрочные стальные и другие сплавы способствуют уменьшению массы автомобиля. Изготовление крупных деталей из полимерных материалов методом литья под давлением, применение композиционных материалов с волокнистой структурой для ведущего вала, керамический блок цилиндров и т.п. – все это коренным образом изменяет не только технологию изготовления автомобиля, но и его конструкцию, и внешний вид. Только впитав важнейшие достижения современного естествознания, и прежде всего новейшие технологии, выпускаемый автомобиль будет наносить минимальный вред окружающей среде, станет экономичным и комфортабельным и, следовательно, конкурентоспособным. Такие качества может обеспечить в современных условиях только модернизация технической базы автомобильной промышленности.

Модернизация технической базы – необходимое условие для успешного развития промышленных предприятий, производящих не только автомобили, но и самолеты, аудио- и видеотехнику, персональные компьютеры и другие виды продукции.

Контрольные вопросы

  1.  Что такое техника и технология, дайте определение этим понятиям ?
  2.  Какие этапы выделяются в развитии техники и технологии ?
  3.  Что называется научно-техническим прогрессом и к какой исторической эпохе относится его начало ?
  4.  В чем специфика современных биотехнологий ?
  5.  На чём основаны генные технологии ?
  6.  В чём сущность генетического копирования (клонирования) ?
  7.  Какие проблемы исследует биоэтика ?
  8.  Какие перспективные материалы и технологии используются для обновления технической базы энергосистем и промышленности ?:


Экзаменационные вопросы

  1.  Предмет и задачи курса «Концепции современного естествознания». Специфика концептуального подхода к изучению естествознания.
  2.  Естествознание как феномен культуры, его отличие от натурфилософии.
  3.  Понятие науки. Особенности научного познания.
  4.  Структура научного знания. Классификация наук.
  5.  Фундаментальная и прикладная наука.
  6.  Исторические этапы познания природы.
  7.  Естествознание как комплекс наук о природе.
  8.  Особенности современного естествознания и его социокультурный статус.
  9.  Естествознание в системе научного знания.
  10.  Специфика гуманитарного и естественнонаучного познания.
  11.  Структура и динамика естественнонаучного знания. Основные формы естественнонаучного познания.
  12.  Методы и приемы научного исследования в современном естествознании.
  13.  Научный эксперимент в структуре естественнонаучного исследования.
  14.  Математика как язык и метод современного естествознания.
  15.  Системный подход – важнейшая парадигма современного естествознания.
  16.  Метатеоретические основания естественнонаучного знания.
  17.  Научные революции в естествознании и механизмы их возникновения.
  18.  Понятие научной (естественнонаучной)  картины мира и ее эволюция.
  19.  Исторические типы естественнонаучной картины мира.
  20.  Классическая, механистическая картина мира, ее основные черты и роль в развитии европейской культуры.
  21.  Глобальные научные революции и типы научной рациональности в истории естествознания.
  22.  Взаимосвязь понятий: научная картина мира, парадигма и научная революция.
  23.  Основные этапы становления современной физической картины мира.
  24.  Основные черты современной квантово-релятивистской физической картины мира.
  25.  Научная революция в естествознании конца Х1Х – нач. ХХ вв. Возникновение релятивистских и квантовых представлений.
  26.  Концепция  корпускулярно-волнового дуализма.
  27.  Современные концепции пространства-времени.
  28.  Концепция атомизма и элементарные частицы в современной научной картине мира.
  29.  Законы сохранения и законы симметрии в современной научной картине мира.   
  30.  Концепция  детерминизма и физические законы. Лапласовский  и современный детерминизм.
  31.  Фундаментальные типы взаимодействий в природе. Концепция Супервзаимодействия.
  32.  Современная космология о происхождении и развитии Вселенной. Модели стационарной и нестационарной Вселенной.
  33.  Понятие и основы космогонии. Современная модель Большого взрыва.
  34.  Универсальные постоянные и структура Вселенной.
  35.  Проблема существования и поиска жизни и цивилизаций во Вселенной: астрофизические основания.
  36.  Антропный космологический принцип: его естественнонаучный и философско-методологический смысл.
  37.  Синергетика как междисциплинарная концепция самоорганизации: ее основные понятия и идеи.
  38.  Синергетическая парадигма в современном естествознании: сущность и принципы.
  39.  Синергетика и поиск общих механизмов саморазвития природного и социального мира.
  40.  Теоретическая кибернетика: предмет и ключевые понятия.
  41.  Управление и обратная связь как понятия кибернетики.
  42.  Понятия информации и энтропии в современной научной картине мира.
  43.  Кибернетическая концепция поведения и саморегуляции-гомеостаза.
  44.  Эволюция химических знаний и современная химическая картина мира.
  45.  Периодический закон и таблица химических элементов Д.И.Менделеева, их значение для современного естествознания.
  46.  Концепции химического строения вещества, химических элементов и химических процессов.
  47.  Современная биохимия о химических основах жизни: субстратный и функциональный подход.
  48.  Биология и ее место в структуре естественнонаучного знания. Основные «образы» биологии в динамике культуры: традиционная, физико-химическая, эволюционная.
  49.  Эволюционные и революционные стадии развития биологического знания. Дарвиновская революция Х1Х в. и генетическая революция ХХ в. в биологии.
  50.  Современная трактовка эволюционной теории: неодарвинизм, номогенез, концепция  коэволюции, гипотеза Гея-Земли.
  51.  Проблема сущности живого. Понятие жизни.Фундаментальные свойства и функции живого.   
  52.   Основные концепции происхождения жизни на Земле.
  53.  Концепция структурных уровней организации живой природы.
  54.  Человек как единство биологического и социального. Проблема генезиса человека.
  55.  Учение о биосфере и ноосфере.
  56.  Биоритмология и анализ природных и социальных ритмов в концепции этногенеза Л.Гумилева и гелиобиологии А. Чижевского.
  57.  Техника и технология, основные этапы их развития.
  58.  Специфика       современных биотехнологий. Проблемы биоэтики.


ЛИТЕРАТУРА

  1.  Али-Заде А.А. Границы науки: о возможности альтернативных моделей познания.М., 1991.
  2.  Астрономия и современная картина мира. М., 1996.
  3.  Афанасьев В.Г. Мир живого: системность, эволюция  и управление.- М., 1986.  
  4.  Ахундов М.Д. Концепции  пространства и времени. - М., 1982.
  5.  Ахутин  А.В. Понятие  « природа» в античности  и в новое время (фюсис и натура). – М., 1988.
  6.  Басаков М.И.,  Голубинцева В.О. Концепции современного естествознания. Ростов-на-Дону,  1997.
  7.  Биология и практика: методологические и мировоззренческие  аспекты. Киев,1992.
  8.  Биоэтика: проблемы, трудности, перспективы. (Материалы «круглого стола»)  Вопросы философии, 1992, № 10.
  9.  Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. М.,1989.
  10.  Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. М., 1994.
  11.  Войткевич  Г.В. Возникновение и развитие жизни на Земле. М., 1988.
  12.  Волков Ю.Г., Поликарпов В.С. Интегральная природа человека. Естественнонаучный и гуманитарный аспекты. Ростов-на-Дону, 1991.
  13.  Гачев Г. Д. Книга удивлений, или Естествознание глазами гуманитария, или Образы в науке. М.,1991.                         
  14.  Гайденко П.П. Эволюция понятия науки. Становление  первых научных программ.      М., 1980.      
  15.  Глобальный эволюционизм . М.,1994.
  16.  Горелов А.А. Концепции современного естествознания. Уч. пособ. М.,1997.
  17.  Горохов В.Г.Концепции современного естествознания и техники. Уч. пособ. М.,2000.
  18.  Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания.М.,1998.
  19.  Девис П. Случайная  Вселенная. М.,1985.
  20.  Девис П. Суперсила. М., 1989.
  21.  Добронравова  И.С. Синергетика: становление нелинейного мышления.Киев,1990.
  22.  Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск, 1997, 2000
  23.  Дынич В.И., Толкачёв Е.А., Томильчик Л.М. Формирование адекватного образа науки как необходимый элемент гуманитарного образования. Мн.,1996.
  24.  Зельдович Я.Б., Хлопов М.Ю. Драма идей в познании  природы. М.,1988.
  25.  Злобин Н.С. Культурные смыслы науки. М., 1997.
  26.  Идлис  Г.М. Революция в астрономии , физике  и космологии. М., 1985.
  27.  Ильченко В.Р. Перекрестки физики, химии, биологии. М., 1986.
  28.  Ичас  М.О. О природе живого: механизм и смысл. М., 1994.
  29.  Кадацкий  В.П. Биосфера как система. Мн.,1997.
  30.  Казаченко В.П. Феномен человека: космические и земные истоки.Новосиб.,1991.
  31.  Капра Ф. Дао физики. М., Наука,1994.
  32.  Караваев Э.Ф. «Антропный принцип» и проблема поиска внеземных цивилизаций. – Вестник С-Пб.ун-та, Серия 6. Философия, вып. 2, 1993.
  33.  Карпинская Р.С., Лисеев И.К., Огурцов А.П. Философия природы: коэволюционная стратегия. Мн.,1994.
  34.  Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Академический Проект, 2000.
  35.  Касперович Г.И., Кисель Н.К. Антропный космологический принцип  в современной научной картине мира. – В сб.: Философия и культура, Мн.,1992.
  36.  Касперович Г.И. Научная картина мира как  форма систематизации знания.- В кн. « Проблема единства знания: тенденции и факторы интеграции». М., 1987.
  37.  Князева  Е.Н., Курдюмов С.П. Синергетика как средство интеграции естественнонаучного и гуманитарного образования. – В журн. Высшее образование в России. 1994, № 4.
  38.  Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. М., 1996.
  39.  Крисаченко В.С. Философский анализ эволюционизма. Киев, 1990.
  40.  Лось В.А. Основы современного естествознания. М.,2000.
  41.  Мамзин А.С., Носов В.П. Естественнонаучное и социогуманитарное знание, методологические аспекты взаимодействия. Л., 1990.
  42.  Медников Б.М. Аксиомы биологии. М., 1982.
  43.  Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. М., 1990.
  44.  Мотылёва Л.С., Скоробогатов В.А., Судариков А.М. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов.- СПб.2000.
  45.  Назаретян А.П. Интеллект во Вселенной. М., 1990.
  46.  Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М., 1999.
  47.  Наука и ее место в культуре. Новосибирск. 1990.
  48.  Наука в системе социальных ценностей. М., 1995.
  49.  Научные революции в динамике культуры. Мн., 1995.
  50.  Объяснение и понимание в науке М., 1982.
  51.  Огурцов А.П. Дисциплинарная структура науки: генезис и обоснование. М.,1988.
  52.  Поллер З. Химия на пути в третье тысячелетие. М., Мир.1992.
  53.  Потупа А.С. Открытие Вселенной – прошлое, настоящее, будущее. Мн., 1991.
  54.  Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: новый диалог человека с природой. М., 1986.
  55.  Проблема поиска жизни во Вселенной. М.,1996.
  56.  Родин С.Н. Идея коэволюции. Новосибирск. 1991.
  57.  Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. М., 1997.
  58.  Савенков В.Я. Новые представления о возникновении жизни на Земле. Киев, 1991.
  59.  Самоорганизация и наука: опыт философского осмысления. М., 1994.
  60.  Свиридов В.В. Химия сегодня и завтра. Мн., 1987.
  61.  Семеня И.Н. Феномен жизни в аспекте полевой организации природы. Гродно, МП «Свет», 1997.
  62.  Силк Д. Большой взрыв. Рождение и эволюция Вселенной. М., Мир, 1982.
  63.  Сноу Ч. Две культуры. Л., 1973.
  64.  Современное естествознание в системе науки и практики. Мн., 1990.
  65.  Степин В.С., Кузнецова Л.Ф. Научная картина мира в культуре техногенной цивилизации. М., 1994.
  66.  Тредер Г. Эволюция основных физических идей. Киев, 1989.
  67.  Успенский П.Д. Новая модель Вселенной. СПб.. Изд. Чернышева, 1997.
  68.  Физика в системе культуры. М., 1994.
  69.  Философские проблемы естествознания. М., 1985.
  70.  Философия, естествознание, социальное развитие. М., 1989.
  71.  Хакен Г. Информация и самоорганизация: Макроскопический подход к сложным системам. М., 1991.
  72.  Хазен А.М. Происхождение и эволюция жизни и разума с точки зрения синтеза информации. М., 1993.
  73.  Хобринк В. Эволюция: яйцо без курицы. М., 1993.
  74.  Холтон Дж. Тематический анализ науки. М, 1981.

       

КРАТКИЙ СЛОВАРЬ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ

А

АБСТРАГИРОВАНИЕ - способ образования научных понятий путем мысленного отвлечения от несущественных для данной теории свойств, связей и отношений изучаемого объекта.

АВТОКАТАЛИЗ - ускорение химической реакции одним из участвующих в ней веществ, играющих роль катализатора.

АВТОТРОФЫ - организмы, осуществляющие питание посредством фотосинтеза.

АДАПТАЦИЯ - приспособление функций и строения организмов к условиям существования.

АДЕНИН – пуриновое основание, содержащееся во всех живых организмах в составе нуклеиновых кислот (одна из четырех "букв" генетического кода) и других биологических веществ.

АДЕПТ - ревностный приверженец какого-либо учения.

АДРЕНАЛИН – гормон мозгового слоя надпочечников животных и человека. Поступая в кровь, повышает потребление кислорода и артериальное давление, содержание сахара в крови, стимулирует обмен веществ и т.д.

АДРОНЫ - (греч. adros — сильный) общее название элементарных частиц, подверженных сильному взаимодействию.

АДСОРБЦИЯ (лат. ad– на, при и sorbeo – поглощаю) — поглощение газов, паров или жидкостей поверхностным слоем твердого тела (адсорбента) или жидкости.

АККЛИМАТИЗАЦИЯ - приспособление живых организмов к изменившимся географическим условиям существования.

АККРЕЦИЯ – (лат. accretio — приращение, увеличение) — гравитационный захват вещества и последующее его падение на космическое тело (например, звезду).

АКСИОМА - исходное положение какой-либо теории, лежащее в основе доказательств других положений этой теории, в пределах которой оно принимается без доказательств.

АЛГОРИТМ - система операций, последовательно применяемых по определенным правилам для решения задач или проблем массового характера.

АЛКАЛОИДЫ – (ср.-век. лат. alcali – щелочь и греч. eidos – вид) – обширная группа азотсодержащих циклических соединений главным образом растительного происхождения.

АЛХИМИЯ - этап в развитии научного знания, предшествующий химии; ставила своей задачей превращение простых металлов в золото и серебро посредством особого вещества -“философского камня”.

АЛЮМОСИЛИКАТЫ – группа породобразующих минералов класса силикатов, алюмокремниевых соединений главным образом растительного происхождения.

АМИНОКИСЛОТЫ - класс органических соединений, служащих основным элементом построения растительных и животных белков и поэтому играющих важную роль в жизни организмов.

АМФИБИОНТЫ - организмы, приспособленные к обитанию в двух средах: в воде и на суше.

АНАЛИЗ - метод научного исследования, состоящий в мысленном или фактическом разложении объекта исследования на составные части.

АНАЭРОБЫ - организмы, живущие в отсутствие свободного кислорода (многие бактерии, некоторые черви, моллюски).

АНИЗОТРОПИЯ - свойство тел расщепляться в одном направлении лучше, чем в других.

АННИГИЛЯЦИЯ - превращение частицы и античастицы при их столкновении в другие частицы - фотоны и мезоны больших энергий.

АНТИВЕЩЕСТВО – материя, состоящая из античастиц.

АНТИЧАСТИЦА - элементарная частица, масса и спин которой точно равны массе и спину данной частицы, а электрический заряд, магнитный момент и другие соответствующие характеристики равны по величине, но противоположны по знаку. Например, позитрон является античастицей электрона.

АНТРОПОГЕНЕЗ - учение о происхождении человека.

АРГУМЕНТ - логический довод, служащий основанием доказательства.

АРЕАЛ - область распространения на земной поверхности какого-либо явления, видов животных, растений, полезных ископаемых и т.п.

АСПЕКТ - точка зрения, с которой рассматривается предмет, явление, понятие.

АТМОСФЕРА - газообразная оболочка Земли и других небесных тел: планет, Солнца и звезд.

АТОМ - мельчайшая частица химического элемента, носитель его свойств.

АЭРОБЫ (аэробные организмы) - организмы, которые могут существовать только при наличии свободного молекулярного кислорода (почти все животные, растения, а также многие микроорганизмы).

Б

БАКТЕРИИ - группа микроскопических, преимущественно одноклеточных организмов, обладающих клеточной стенкой, но не имеющих оформленного ядра, размножающихся делением.

БАРИОНЫ - “тяжелые” элементарные частицы-адроны с массой, не меньшей массы протона и с полуцелым спином.

БЕЛКИ – природные высокомолекулярные органические соединения, построенные из остатков 20 аминокислот, соединенных пептидными связями в длинные цепи.

БИВАЛЕНТЫ - пары гомологичных хромосом, образующихся при делении клеточного ядра.

БИНАРНЫЙ - двойной, состоящий из двух частей, компонентов и т.п.

БИОГЕНЕЗ - концепция, утверждающая, что между живой и неживой материей лежит непреодолимая преграда, а, следовательно, все живое может происходить только от живого.

БИОГЕННЫЙ - происходящий от живого организма, связанный с ним.

БИОГЕОХИМИЯ - раздел геохимии, изучающий геохимические процессы, происходящие в биосфере при участии организмов.

БИОГЕОЦЕНОЗ - сложная природная система, объединяющая на основе обмена веществ и энергии совокупность живых организмов с неживыми компонентами - условиями обитания.

БИОКАТАЛИЗАТОРЫ - вещества, присутствие которых обусловливает ускорение или торможение свойственных живой материи химических процессов.

БИОНТ - организм, приспособившийся в ходе эволюции обитанию в определенной среде.

БИОСИНТЕЗ – образование необходимых организму веществ в живых клетках с участием биокатализаторов-ферментов.

БИОСФЕРА - область распространения жизни на Земле, состав, структура и энергетика которой определяются деятельностью живых организмов. Включает в себя населенную организмами верхнюю часть литосферы, воды рек, озер, морей, океанов (гидросферу) и нижнюю часть атмосферы (тропосферу).

БИОТА - (греч. biote – жизнь) исторически сложившаяся совокупность растений, микроорганизмов, грибов и животных на определенной территории, в отличие от биоценоза может характеризоваться отсутствием связей между видами.

БИОТЕХНОЛОГИЯ – использование живых организмов и биологических процессов в промышленном производстве ферментов, витаминов, белков, аминокислот, антибиотиков и т.п.

БИОЦЕНОЗ - (от био и греч. koinos – общий) совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с однородными условиями жизни и, характеризующихся определенными отношениями между собой и приспособленностью к условиям окружающей среды, например, луг, озеро, берег реки и т.д.

БИФУРКАЦИЯ - (лат. bifurcus – раздвоенный) разветвление, раздвоение в траектории движения системы в определенной точке.

БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ - передача взаимодействия от тела к телу, от точки к точке с конечной скоростью, не превышающей скорость света в вакууме.

В

ВАКУУМ - пространство, в котором отсутствуют реальные частицы, и выполняется условие минимума плотности энергии в данном объеме.

ВАКЦИНА – (лат. vaccina — коровья)  препарат из живых (обезвреженных) или убитых микроорганизмов (а также из отдельных антигенных компонентов микробной клетки).

ВАЛЕНТНОСТЬ – (лат. valentia— сила)  способность атомов химического элемента (или атомной группы) образовывать определенное число химических связей с другими атомами (или атомными группами); вместо валентности часто пользуются более узкими понятиями, например, степень окисления, координационное число.

ВЕРИФИКАЦИЯ - проверка, эмпирическое подтверждение теоретических положений науки путем сопоставления их с наблюдаемыми объектами, чувственными данными, экспериментами.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ - развертывающийся во времени и пространстве процесс воздействия одних объектов на другие путем обмена материй и движением.

ВИВИСЕКЦИЯ – (лат. vims – живой и sectio – рассекание)  операция на' живом животном с целью изучения функций организма, действие на него различных веществ, методов лечения и т.п.

ВИРТУАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ - теоретически вычисленные элементарные частицы, непрерывно возникающие и исчезающие в очень короткие промежутки времени.

ВИРУСЫ - (лат. virus – яд) возбудители инфекционных болезней растений, животных и человека, размножающиеся только внутри живых клеток.

ВИСКОЗА – (позднелат. Viscosus – вязкий) высоковязкий раствор продуктов взаимодействия щелочной целлюлозы с сероуглеродом в разбавленном растворе едкого натра; применяется главным образом для получения вискозного волокна, пленки (целлофан), искусственной кожи.

ВИТАЛИЗМ - совокупность идеалистических учений в биологии, согласно которым жизнь объясняется присутствием в организмах особого нематериального начала - жизненной силы, души, энтелехии и др.

Г

ГАЛАКТИКИ - (греч. galaktikos — млечный) гигантские звездные системы, подобные нашей Галактике – Млечный Путь - наша звездная система, в том числе и Солнце со всеми планетами. Галактики подразделяются на эллиптические (Е), спиральные (S) и неправильные (Ir). Ближайшие к нам галактики – Магелановы Облака (Ir) и туманность Андромеды (S).

ГАМЕТЫ - половые клетки организма.

ГЕН - (греч. genos — род, происхождение, наследственный фактор) материальный носитель наследственности, единица наследственной информации, способная к воспроизведению и расположенная в определенном участке хромосомы.

ГЕНЕЗИС - процесс образования и становления какого-либо природного или социального явления.

ГЕНЕТИКА - наука о законах наследственности и изменчивости организмов.

ГЕНОМ – совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма.

ГЕНОТИП - наследственная основа организма, совокупность генов, локализованных в его хромосомах.

ГЕРБИЦТДЫ – (от лат. herba – трава и caedo – убиваю)  химические препараты из группы пестицидов для уничтожения главным образом сорной растительности.

ГЕРОНТОЛОГИЯ – (греч. gerontos – старик и логос– наука)  наука, изучающая старение живых организмов, в том числе человека.

ГЕТЕРОЗИГОТНОСТЬ - присущее всякому гибридному организму состояние, при котором его гомологичные хромосомы несут разные формы того или иного гена.

ГЕТЕРОТРОФЫ - организмы, питающиеся органическими веществами. К ним относятся грибы, многие микроорганизмы, все животные и люди.

ГИДРОСФЕРА – совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, подземных вод, ледников и снежного покрова.

ГЛОБАЛЬНЫЙ (универсальный) эволюционизм – представление об универсальности процессов эволюции во Вселенной на основе объединения в единое целое идеи системного и эволюционного подходов.

ГИПОТЕЗА - научное предположение, выдвигаемое для объяснения какого-либо явления и требующее проверки на опыте и теоретического обоснования для того, чтобы стать достоверной научной теорией.

ГЛЮОНЫ – гипотетические электрически нейтральные частицы с нулевой массой и спином, равным единице; ими обусловливается взаимодействие между кварками.

ГНОСЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ - те упрощения, огрубления, идеализации отображаемой действительности, которые принимаются наукой на определенной стадии ее развития.

ГОМЕОСТАЗ - совокупность сложных приспособительных реакций организма животного и человека, направленных на сохранение динамического состояния его внутренней среды (температуры тела, кровяного давления и др.).

ГОМОЗИГОТНОСТЬ - однородность наследственной основы организма, происходящего от родителей, сходных по тому или иному наследственному признаку.

ГОМОЛОГИЧНЫЙ - соответственный, подобный, родственный.

ГОРМОНЫ – (греч. hormao – возбуждаю, привожу в действие)  биологически активные вещества, вырабатываемые в организме специализированными клетками или органами (железами внутренней секреции) и оказывающие целенаправленное влияние на деятельность других органов и тканей.

ГРАВИТАЦИЯ - (лат. gravitas – тяжесть) всемирное тяготение, универсальное взаимодействие между любыми видами физической материи.

Д

ДАЛЬНОДЕЙСТВИЕ - представление, согласно которому действие тел друг на друга передается мгновенно через пустоту на любое расстояние без каких-либо посредствующих звеньев.

ДАРВИНИЗМ - материалистическая теория эволюции живой природы, основанная на идеях Ч. Дарвина, изложенных им в труде “Происхождение видов путем естественного отбора” (1859).

ДЕМОГРАФИЯ - наука о народонаселении и его изменениях.

ДЕТЕРМИНИЗМ - философская концепция, признающая объективную закономерность и причинную обусловленность всех явлений природы и общества.

ДЕТЕРМИНИЗМ – (лат. determine – определяю) философское учение об объективной закономерности взаимосвязи и причинной обусловленности всех явлений, противостоит индетерминизму, отрицающему всеобщий характер причинности.

ДИСКРЕТНОСТЬ - (лат. discredit — раздельный, прерывистый) прерывность.

ДИССИМИЛЯЦИЯ – (катаболизм) - распад сложных органических веществ в организме, сопровождающийся освобождением энергии, используемой в процессах жизнедеятельности.

ДИССИПАЦИЯ - (лат. dissipatio – рассеяние), переход энергии упорядоченного движения в энергию хаотического движения (теплоту). Например, диссипация газов земной атмосферы в межпланетное пространство; диссипация энергии – переход части энергии упорядоченных процессов (кинетической энергии движущегося тела, энергии электрического тока и т.д.) в энергию неупорядоченных процессов, в конечном итоге – в тепло.

ДИССОЦИАЦИЯ – (лат. dissociatio – разъединение) распад частицы (молекулы, радикала, иона) на несколько более простых частиц.

ДИФРАКЦИЯ - отклонение волн, возникающих при их распространении в неоднородных средах.

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота, высокополимерное природное соединение, содержащееся в ядрах клеток живых организмов, биополимер клетки, хранящий и передающий наследственную информацию. Ее отдельные участки соответствуют определенным генам

ДОППЛЕРА ЭФФЕКТ - изменение частоты колебаний или длины волн из-за движения источника волн и наблюдателя по отношению друг к другу.

Е

ЕВГЕНИКА - учение о наследственном здоровье человека, о возможных методах влияния на эволюцию человечества для совершенствования его природы.

ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР - особый механизм отбора живых организмов в природе, приводящий к избирательному уничтожению организмов, оказавшихся не приспособленными к условиям окружающей среды и выживанию, воспроизведению организмов, наиболее приспособленных к условиям этой же среды.

Ж

ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО - в концепции В.И. Вернадского - совокупность всех живых организмов на Земле, включая человечество.

ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ - совокупность фаз развития, пройдя которые, организм достигает зрелости и становится способным дать начало следующему поколению.

З

ЗИГОТА - биологическая клетка, образующаяся в результате слияния двух половых клеток в процессе оплодотворения у животных и растений.

И

ИДЕАЛИЗАЦИЯ - мысленный акт, связанный с образованием понятий об объектах, не существующих в действительности, но имеющих прообразы в реальном мире.

ИЕРАРХИЯ - структурная организация сложных систем, которая упорядочивает взаимодействия между уровнями в последовательности от высшего к низшему.

ИЗМЕНЧИВОСТЬ - превращение организмов под влиянием внешней среды.

ИЗОМЕРЫ - химические соединения, одинаковые по молекулярной массе и составу, но различающиеся по строению.

ИЗОМОРФИЗМ - способность аналогичных по свойствам  атомов химических элементов замещать друг друга в кристаллических соединениях, образуя аналогичные по структуре кристаллы переменного состава.

ИЗОТРОПИЯ, ИЗОТРОПНОСТЬ - независимость свойств среды (вещества) от направления.

ИММАНЕНТНЫЙ - внутренне присущий какому-либо предмету, явлению, проистекающий из его природы.

ИМПУЛЬС - физическое понятие, характеризующее количество движения.

ИММУНИТЕТ – (лат. immunitas — освобождение, избавление) способность живых существ противостоять действию повреждающих агентов, сохраняя свою целостность и индивидуальность; защитная реакция организма.

ИНГРЕДИЕНТ - составная часть какого-либо соединения  или смеси

ИНДЕТЕРМИНИЗМ - философская концепция, отвергающая всеобщую закономерность и причинную зависимость явлений в природе и обществе или познавательную ценность  причинного объяснения в науке.

ИНДИВИД - особь, каждый самостоятельно существующий организм.

ИНДУКЦИЯ - способ рассуждения или метод получения знаний, при котором общий вывод дается на основе обобщения частных посылок.

ИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ - системы отсчета, движущиеся друг относительно друга равномерно и прямолинейно.

ИНЕРЦИЯ - свойство материальных тел сохранять покой или равномерное движение при отсутствии внешних воздействии на них. При действии на тело внешней силы изменение состояния покоя или движения происходит постепенно, тем медленнее, чем больше масса этого тела.

ИНТЕГРАЦИЯ - объединение в целое каких-либо частей, а также процесс, ведущий к такому объединению.

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ - истолкование, разъяснение смысла какой-либо знаковой системы (символа, выражения, текста).

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ - чередование темных и светлых полос спектра при наложении волн в противоположных фазах.

ИОН - электрически заряженная частица, образующаяся при потере или приобретении избыточных электронов атомами или группами атомов.

ИОНИЗАЦИЯ - превращение атомов и молекул в ионы.

ИРРАЦИОНАЛИЗМ - направление в философии, отрицающее возможность разумного логического познания действительности, признающее основным видом познания инстинкт, откровение, веру.

К

Канцерогенные вещества -  химические вещества, воздействие которых на организм при определенных условиях вызывает рак и другие опухоли.

КАТАБОЛИЗМ - совокупность реакций обмена веществ в организме, заключающихся в распаде сложных органических веществ.

КАТАЛИЗ - возбуждение химических реакций или изменение скорости их протекания посредством добавления особых веществ - катализаторов, не участвующих непосредственно в реакции, но изменяющих ее ход.

КАТАСТРОФА - скачкообразное изменение, возникающее в виде внезапного ответа системы на плавные изменения внешних условий.

КВАЗАРЫ - космические объекты, обладающие интенсивным радиоизлучением и чрезвычайно малыми условными размерами.

КВАНТ - частица-носитель свойств какого-либо физического поля (квант электромагнитного поля - фотон).

КВАРКИ - элементарные частицы с дробным электрическим зарядом, соединения которых образуют адроны.

КИБЕРНЕТИКА - наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе.

КЛИМАТ - многолетний статистический режим погоды, характерный для данной местности в силу ее географического положения.

КЛОН – (греч. klon – ветвь, отпрыск) популяция клеток или организмов, происшедших от общего предка путем бесполого размножения; клонирование клеток применяют в генетике соматических клеток, в онкологии и др.

КОАЦЕРВАТЫ - капли или слои с большей концентрацией растворенного вещества, находящиеся в растворе этого же полимера или биополимера.

КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ – взаимное соответствие в химическом строении двух макромолекул, обеспечивающих их взаимодействие – спаривание двух нитей ДНК, соединение фермента с субстратом, антигена с антителом.

КОМПОЗИТЫ (композиционные материалы) – материалы, образованные объемным сочетанием химически разнорядных компонентов с четкой границей раздела между ними; характеризуются свойствами, которыми не обладает ни один из компонентов, взятый в отдельности.

КОНТИНУУМ - (лат. continuum – непрерывное) сплошная материальная среда, свойства которой изменяются в пространстве непрерывно. В математике – непрерывная совокупность, например, совокупность всех точек отрезка на прямой или всех точек прямой, эквивалентная совокупности всех действительных чисел.

КОНЦЕПЦИЯ - система взглядов, то или иное понимание явлений, процессов.

КОРПУСКУЛА - (лат. corpusculum — частица) очень малая частица вещества в классической (неквантовой) физике

КОРРОЗИЯ – (позднелат. corrosio – разъедание)  разрушение твердых тел, вызванное химическими или электрохимическими процессами, развивающимися на поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой.

КОРТИЗОН – гормон животных и человека, вырабатываемый корой надпочечников; участвует в регуляции обмена белков, жиров и углеводородов в организме.

КОСМИЗМ - представления о связи природы и космоса, человека и космоса, общества и космоса.

КОСМОЛОГИЯ - физическое учение о Вселенной как едином целом, представление о мироздании у разных народов.

КОСМОХИМИЯ - наука о химическом составе космических тел, законах распространенности и распределения химических элементов во Вселенной.

КРЕАЦИОНИЗМ - направление в биологии, считающее, что возникновение мира, жизни, человека есть результат Божественного творения, отрицающее изменение видов в их историческом развитии.

КРИТЕРИЙ - признак, на основании которого производится оценка, определение или классификация чего-либо.

Л

ЛАБИЛЬНОСТЬ - неустойчивость, изменчивость.

ЛАМАРКИЗМ - концепция исторического развития органического мира, созданная Ж.Б. Ламарком, согласно которой все виды животных и растений постоянно изменяются под прямым воздействием меняющихся условий жизни.

ЛАНДШАФТ - природный географический комплекс, в котором все основные компоненты: рельеф, климат, воды, почвы, растительность и животный мир - находятся в сложном взаимодействии, образуя единую систему.

ЛИПИДЫ - группа органических веществ, входящих в состав всех живых клеток, включающая жиры и жироподобные вещества.

ЛИТОСФЕРА - верхняя твердая оболочка Земли, располагающаяся на мантии.

ЛОКАЛЬНЫЙ - местный, свойственный данному месту, не выходящий за определенные границы.

М

МАКРОЭВОЛЮЦИЯ - эволюционные преобразования за длительный исторический период, приводящие к возникновению новых надвидовых форм организации живого.

МАЛЬТУЗИАНСТВО - теория, согласно которой бедственное положение людей обусловлено действием закона абсолютного перенаселения, то есть тем, что численность населения растет быстрее, чем количество средств к существованию.

МАНТИЯ ЗЕМЛИ - оболочка “твердой” Земли, располагающаяся между земной корой и ядром Земли.

МЕТАБОЛИЗМ - обмен веществ - совокупность процессов ассимиляции и диссимиляции в растениях, животных, микроорганизмах.

МЕТАФИЗИКА – (греч. meta ta physika – после физики)  философское учение о сверхчувствительных (недоступных опыту) принципах бытия.

МЕТАГАЛАКТИКА - вся известная в настоящее время часть Вселенной со всеми находящимися в ней галактиками, квазарами и другими объектами.

МЕХАНИЦИЗМ - философское учение, сводящее все качественное разнообразие форм движения материи к механическому движению, а все сложные закономерности движения - к законам механики.

МИТОХОНДРИИ – (греч. mitos – нить и chondrion – зернышко)  органеллы животных и растительных клеток; в них протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие клетки энергией.

МОНИТОРИНГ – наблюдение за состоянием окружающей среды (атмосферы, гидросферы, почвенно-растительного покрова, а также техногенных систем) с целью ее контроля, прогноза и охраны.

МИКРОБЫ - общее название всех микроорганизмов - бактерий, дрожжевых и плесневых грибов, исключая микроскопические водоросли и простейшие организмы.

МИКРОЧАСТИЦА - частица весьма малой массы (элементарные частицы, ядра, атомы, молекулы). Движение микрочастиц описывается квантовой механикой.

МИКРОЭВОЛЮЦИЯ - совокупность эволюционных изменений, происходящих в генофондах популяций за сравнительно небольшой период времени.

МОЛЕКУЛА - наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.

МУТАГЕНЫ - физические и химические факторы, вызывающие мутации.

МУТАЦИЯ - внезапно возникающее естественное или искусственное изменение наследственных структур, ответственных за хранение генетической информации и ее передачу.

Н

НАНОТЕХНОЛОГИИ – (нано-от греч. – карлик) – для наименований дольных единиц равных миллиардной  доле исходных (10-9) ( 1 нанометр = 10-9 м).

НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ - свойство организмов повторять  в ряду поколений сходные типы обмена веществ и индивидуального развития в целом.

НАУКА - динамическая система объективно истинных знаний о существенных связях действительности, получаемых и развиваемых в результате специальной общественной деятельности и превращаемых благодаря их применению в непосредственную практическую силу общества.

НЕГЭНТРОПИЯ - мера упорядоченности системы, принимает только отрицательные значения,

НЕИНЕРЦИАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ - системы отсчета, движущиеся друг относительно друга с ускорением или замедлением.

НЕОДАРВИНИЗМ - новейшие эволюционные концепции, основанные на признании естественного отбора основным фактором эволюции.

НИТРАТЫ – соли и эфиры азотной кислоты HNO3.

НОМОГЕНЕЗ - антидарвиновская концепция развития живой природы, согласно которой эволюция совершается под действием неких внутренних, заранее определенных причин.

НООСФЕРА - в учении В.И. Вернадского биосфера, преобразованная человеческой мыслью и трудом в качественно новое состояние, в котором разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором динамики общества и природы

НУКЛЕОТИДЫ – фосфорные эфиры нуклеозидов; состоят из азотистого основания (пуринового или пиримидинового), углевода и одного или нескольких остатков фосфорной кислоты.

НУКЛИД – общее название атомных ядер (и атомов), характеризующихся числом нейтронов в ядре, числом протонов и общим числом нуклонов, называемым массовым числом. Радиоактивные ядра и атомы называются радионуклидами.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ - постоянная и необходимая составная часть всех живых систем, играющая ведущую роль в биосинтезе белка и передаче наследственных признаков и свойств организма.

НУКЛОН - общее название протона и нейтрона - частиц, из которых построены атомные ядра.

О

ОБЛУЧЕНИЕ – воздействие различных излучений (инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного и др.) на вещество или биологические объекты с лечебной целью (например, ультрафиолетовая, лучевая терапия), случайное (например при аварии) и у лиц, работающих с источником излучения

ОЗОН - соединение из трех атомов кислорода, образуется в атмосфере при электрических разрядах во время грозы или под действием ультрафиолетовых лучей.

ОНТОГЕНЕЗ - индивидуальное развитие организмов, охватывающее все изменения от момента зарождения до окончания жизни.

ОРГАНОГЕНЫ - (от орган и греч. genos – рождающий) химические элементы, входящие в состав органических веществ (углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера).

ОРГАНОИДЫ (то же, что органеллы) – от орган и греч. eidos – вид – постоянные специализированные структуры в клетках животных и растений (хромосомы, митохондрии, рибосомы и др.).

ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ПРИНЦИП - во всех инерциальных системах отсчета движение объектов происходит по одинаковым законам.

П

ПАЛЕОНТОЛОГИЯ - наука об ископаемых животных и растениях.

ПАНСПЕРМИЯ - гипотеза о появлении жизни на Земле в результате переноса с других планет неких зародышей жизни.

ПАРАДИГМА – (пример, образец) – совокупность теоретических и методологических установок, принятых научным сообществом на каждом конкретном этапе развития науки, которыми руководствуются в качестве образца, (модели, стандарта) при постановке научных проблем; как определённый «набор» идеалов и норм научного исследования, которые задают определённые видение мира. Смена парадигм происходит в ходе научных революций.

ПАРАЗИТ - животный или растительный организм, живущий на поверхности или внутри другого организма и питающийся за счет него.

ПАРСЕК - астрономическая единица измерения звездных расстояний, равная 3,26 световых лет.

ПАССИОНАРНОСТЬ - в концепции Л.Н. Гумилева повышенная тяга к действию у людей, возникающая из-за их специфической способности усваивать больше энергии, чем необходимо для нормальной жизнедеятельности. Появляется в результате мутации.

ПЕПТИДЫ – органические вещества, состоящие из остатков аминокислот, соединенных пептидной связью; в живых клетках пептиды синтезируются из аминокислот либо являются продуктами обмена белков.

ПЕСТИЦИДЫ – (лат. pestis – зараза и caedo – убываю) химические препараты для борьбы с сорняками (гербициды), вредителями (инсектициды, анарициды, зооциды и др.), болезнями (фунгициды, бактерициды и др.) культурных растений.

ПЛАНЕТА - несамосветящееся небесное тело, по форме близкое к шару, получающее свет и тепло от Солнца и обращающееся вокруг него по эллиптической орбите.

ПОЛИМОРФИЗМ - наличие в пределах одного и того же вида животных или растений особей, резко отличающихся друг от друга.

ПОПУЛЯЦИЯ - совокупность особей одного вида, населяющая некоторую территорию, относительно изолированная от других и обладающая определенным генофондом; рассматривается как элементарная единица эволюции.

ПОСТУЛАТ - предпосылка, положение, не обладающее самоочевидностью, но принимаемое в данной науке за исходное без доказательств.

ПРОБЛЕМА - теоретический или практический вопрос, требующий разрешения, исследования.

ПРОКАРИОТЫ - организмы, лишенные оформленного ядра (вирусы, бактерии, сине-зеленые водоросли).

ПОЛИМЕРЫ (от поли и греч. meros – доля, часть)  вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; их молекулярная масса может изменяться от нескольких тысяч до многих миллионов. По происхождению полимеры делятся на природные или биологические (например, белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук) и синтетические (например, полиэтилен, полиамиды и др.); полимеры – основа пластмасс, химических волокон, резины и т.п.; из биополимеров состоят клетки всех живых организмов; термин "полимеры" введен И.Я. Берцелиусом в 1833 г.

ПУЛЬСАРЫ –(англ, pulsars – пульсирующие источники радиоизлучения)  космические источники импульсного электромагнитного излучения, открытые в 1967

ПРОТОПЛАЗМА - содержимое животных и растительных клеток, включая их ядра и цитоплазму; живое вещество, из которого состоят организмы.

ПУЛЬСАРЫ - космические источники радио-, оптического, рентгеновского, гамма-излучения, приходящего на Землю в виде периодически повторяющихся импульсов.

ПУНКТУАЛИЗМ - современная концепция недарвиновской эволюции, согласно которой эволюция идет путем редких и быстрых скачков в небольших популяциях в течение одного или нескольких поколений.

Р

РАДИОАКТИВНОСТЬ - самопроизвольное превращение нестойких атомных ядер в ядра других элементов, сопровождающееся испусканием ядерных излучений.

РАЦИОНАЛЬНЫЙ - разумный, целесообразный, обоснованный  логическим путем.

РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ - химическая активность отдельных фрагментов молекулы и отдельных химических связей.

РЕДУКЦИОНИЗМ - сведение сложного к простому, составного к элементарному.

РЕЗЮМЕ - краткое изложение сути написанного, сказанного или прочитанного; краткий вывод.

РЕЛИКТ - организм, предмет или явление, сохранившееся как пережиток от древних эпох.

РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютно черного тела с температурой 2,7 К:; происхождение Р.и. связывают с эволюцией Вселенной, которая в прошлом имела очень высокую температуру и плотность излучения (горячая Вселенная).

РЕЦЕПТОРЫ (лат. receptor – принимающий)  окончания чувствительныхнервных волокон или специализированные клетки (сетчатки глаза, внутреннего уха и др.), преобразующие раздражения, воспринимаемым извиве или из внутренней среды организма в нервное возбуждение, передаваемое в центральную нервную систему.

РИБОСОМЫ – внутриклеточные частицы, состоящие из рибосомной РНК и белков.

РЕОБИОНТЫ - растения и животные, обитающие в текучих водоемах.

РЕФЛЕКС - ответная реакция организма на те или иные воздействия, осуществляющаяся через нервную систему.

РНК - рибонуклеиновая кислота - одна из нуклеиновых кислот; характерная составная часть цитоплазмы животных и растительных клеток.

РУДИМЕНТ - пережиток исчезнувшего явления или органа.

С

САЛЬТАЦИОНИЗМ — одно из направлений антидарвинизма, основано в 1860 - 1870-х гг. А. Зюссом и А. Келликером. Утверждает, что весь план будущего развития жизни возник еще в момент ее появления, а все эволюционные события происходят в результате скачкообразных изменений (сальтаций) эмбриогенеза.

САМООРГАНИЗАЦИЯ - природный скачкообразный процесс, переводящий открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным.

СЕЛЕКЦИЯ - выведение новых и улучшение существующих сортов растений, пород животных путем применения научных методов отбора.

СИМБИОЗ - длительное сожительство организмов разных  видов, обычно приносящее им взаимную пользу.

СИММЕТРИЯ (в физике) - свойство физических величин оставаться неизменными при определенных преобразованиях. Лежит в основе всех физических законов сохранения.

СИНГУЛЯРНОСТЬ - точечный объем с бесконечно большой плотностью.

СИНЕРГЕТИКА - наука о самоорганизации  систем.

СИНТЕЗ - метод научного исследования какого-либо предмета, явления, состоящий в познании его как единого целого, и единстве и взаимной связи его частей. В химии - получение сложных соединений из более простых.

СИСТЕМА - упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, определенная целостность, проявляющаяся как нечто единое по отношению к другим объектам или внешним условиям, обладающая отличительными системными (эмерджентными) свойствами.

СОХРАНЕНИЯ ЗАКОНЫ - утверждения, согласно которым численные значения некоторых физических величин не изменяются со временем в любых процессах или в определенных классах процессов.

СПИН - собственный механический момент количества движения элементарной частицы (ее внутренняя степень свободы), всегда присущий данному виду частиц, определяющий их свойства и обусловленный их квантовой природой.

СТИЛЬ НАУЧНОГО МЫШЛЕНИЯ - принятый в научной среде способ постановки научных проблем, аргументации, изложения научных результатов, регулирующий вхождение новых идей в науку, формирующий соответствующий тип исследователя.

СЦИЕНТИЗМ - представление о науке и, особенно, о естествознании как о главном факторе общественного прогресса.

Т

ТАБЛИЦА - перечень сведений, цифровых данных, запись их в известном порядке, по графам.

ТЕЗИС - положение, истинность которого должна быть доказана.

ТЕЛЕОГЕНЕЗ - направление антидарвинизма, основанное на убеждении в заранее предначертанном ходе эволюции.

ТЕЛЕОЛОГИЯ - воззрение, считающее, что всякое развитие в мире служит осуществлением заранее предопределенных целей.

ТЕОРИЯ - совокупность обобщенных положений, образующих какую-либо науку или ее раздел.

ТЕРМИН - слово или сочетание слов, точно обозначающее определенное понятие, применяемое в науке.

ТЕРМОДИНАМИКА - раздел физики, в котором изучаются наиболее общие свойства систем, находящихся в состоянии теплового равновесия, и процессы перехода между такими состояниями, сопровождаемые превращением теплоты в другие виды энергии.

ТЕРМОЯДЕРНАЯ РЕАКЦИЯ - реакция синтеза (слияния) атомных ядер, эффективно протекающая при сверхвысоких температурах и способствующая поддержанию этих температур за счет большого энерговыделения.

ТЕХНОЛОГИЯ - совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката в процессе производства.

ТИПОЛОГИЯ - классификация предметов или явлений по принципу общности их каких-либо признаков.

У

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - невидимое глазом электромагнитное излучение, располагающееся в спектре между фиолетовыми и рентгеновскими лучами; отличается сильным химическим и биологическим действием.

УНИФИКАЦИЯ - приведение чего-либо к единой системе, форме, к единообразию.

УРБАНИЗАЦИЯ - процесс сосредоточения населения и экономической жизни в крупных городах.

Ф

ФАЗА - отдельная стадия в развитии какого-либо явления или процесса в природе или обществе.

ФАЛЬСИФИКАЦИЯ - принцип, отграничивающий научное знание от ненаучного, предложенный К. Поппером. Критерием научности теории является ее фальсифицируемость, или опровержимость. Если какое-либо учение построено так, что в состоянии истолковать любые факты (астрология, теология и т.д.), то есть неопровержимо в принципе, то оно не может претендовать на статус научного.

ФАУНА - совокупность всех видов животных какой-либо местности или геологического периода.

ФЕНОТИП - совокупность всех признаков и свойств организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального  развития

ФЕРМЕНТЫ - биокатализаторы - вещества белковой природы, содержащиеся в животных и растительных организмах, направляющие, формирующие, регулирующие и многократно ускоряющие биохимические процессы в них.

ФИЛОГЕНЕЗ - историческое развитие организмов, или эволюция органического мира, различных типов, классов, отрядов, семейств, родов и видов.

ФЛОРА - совокупность всех видов растений какой-либо местности или геологического периода.

ФЛУКТУАЦИЯ - случайное отклонение системы от равновесного положения.

ФОТОН - частица света, квант электромагнитного поля, одна из нейтральных элементарных частиц с нулевой массой и спином 1.

ФОТОСИНТЕЗ - образование в клетках зеленых растений, водорослей и некоторых микроорганизмов углеводов и кислорода из углекислоты и воды под действием света.

ФОТОЭФФЕКТ - изменение электрических свойств вещества под действием электромагнитных излучений (света, ультрафиолетовых, рентгеновских и др. лучей); например, испускание электронов под действием света.

Х

ХИРАЛЬНОСТЬ МОЛЕКУЛЯРНАЯ - диссимметрия - отсутствие зеркальной симметрии у молекул живой материи, приводящее к отклонению ими поляризованного луча света.

ХЕМОСИНТЕЗ - тип питания, свойственный некоторым микроорганизмам, способным создавать органические вещества из неорганических за счет энергии, получаемой при окислении ими других неорганических соединений (например, аммиака, сероводорода).

ХРОМОСОМЫ - самовоспроизводящиеся структуры, постоянно присутствующие в ядрах клеток животных и растений, участвующие в процессах размножения.

Ц

ЦЕФАЛИЗАЦИЯ - развитие мозга в эволюционном процессе.

ЦЕЛЛЮЛОЗА – полисахарид, образованный остатками глюкозы; используется в производстве бумаги, картона, пластмасс, лаков и др.

ЦИТОПЛАЗМА –внеядерная часть протоплазмы животных и растительных клеток

Ш

ШТАММ –(нем. Stamni) – чистая культура микроорганизмов одного вида.

Э

ЭВОЛЮЦИОНИЗМ - теория, понимающая развитие только как постепенное, количественное изменение, отрицающее скачкообразные переходы.

ЭВОЛЮЦИЯ - процесс непрерывных, постепенных количественных изменений.

ЭКОЛОГИЯ - наука, исследующая проблемы взаимоотношений человека и окружающей среды.

ЭКЗОТЕРМИЧЕСКАЯ (РЕАКЦИЯ) - химическая реакция, протекающая с выделением тепла.

ЭКСПЕРИМЕНТ - метод научного познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности.

ЭЛЕКТРОЛИЗ - разложение веществ при прохождении через них постоянного электрического тока.

ЭЛЕМЕНТ - вид атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра.

ЭМПИРИЗМ - учение, признающее чувственный опыт единственным источником знаний.

ЭНДОТЕРМИЧЕСКАЯ (РЕАКЦИЯ) - химическая реакция, протекающая с поглощением тепла.

ЭНТРОПИЯ - мера хаоса (беспорядка) в изолированной системе. Принимает только положительные значения. В термодинамике известен принцип возрастания энтропии - стремление любой системы к состоянию термодинамического равновесия - состоянию с наименьшей упорядоченностью движения частиц (хаос).

ЭТНОГЕНЕЗ - происхождение народа.

ЭТОЛОГИЯ - наука о поведении животных.

ЭУКАРИОТЫ - высшие организмы, клетки которых содержат оформленное ядро, отделенное от цитоплазмы оболочкой.

ЭКОСИСТЕМА – (греч. oikos – жилище, местопребывание и система) единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания.

ЭЛАСТОМЕРЫ – полимеры, обладающие при обычных температурах высокопластичными свойствами; типичные Э. – каучук и резина.

Эпидермис (от греч. derma — кожа) – у животных и человека – поверхностный слой кожи.

Этан – бесцветный газ, содержащийся в газах нефтепереработки; входит в состав коксового газа; служит сырьем для синтеза винилхлорида, этилового спирта, полиэтилена и др.


EMBED CorelDRAW.Graphic.9  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26437. Органы мочевыделения organa uropoetica 21.5 KB
  Анатомический состав: почки постоянно образуют мочу мочеточники непарный мочевой пузырь и мочеиспускательный канал у самцов мочеполовой. У птиц: почки – мочеточники – уросинус клоаки. Иннервация: почки: вагусом через экстра и интрамуральные ганглии. Кровоснабжение: почки: почечные арт.
26438. Парасимпатическая НС 20 KB
  Парасимпатическая иннервация происходит в голове от центров среднего и продолговатого мозга через экстра и интрамуральные ганглии а также ресничный крылонёбный подчелюстной и ушной ганглии; органы грудной и брюшной полости – от продолговатого мозга по вагусу через экстра и интрамуральные ганглии тазовой полости – от крестцового отдела спинного мозга по тазовым нервам через экстра и интрамуральные ганглии. Перерыв происходит в парасимпатических ганглиях: экстра и интрамуральных.
26439. Передняя кишка 21.5 KB
  Пищевод трубчатый мышечный орган выстланный слизистой оболочкой покрытой многослойным плоским ороговевающим эпителием устойчивым к воздействиям корма. Пищевод начинается в глотке и заканчивается в желудке. По расположению различают шейную грудную и брюшную части пищевода.
26440. Плечевой пояс 21 KB
  В области лопатки располагаются мышцы действующие на плечевой сустав предостная supraspinatus дельтовидная заостная infraspinatus малая круглая teres minor клювовидноплечевая coracobrachialis подлопаточная subscapularis большая круглая напрягатель капсулы сустава а также часть мышц плечевого пояса трапециевидная ромбовидная зубчатая вентральная serratus ventralis. У птиц плечевой пояс имеет трёхчленное построение: саблевидная лопатка коракоид и ключица.
26441. ПНС 20 KB
  По дорсальным корешкам через лежащие на дорсальном корешке чувствительные ганглии происходит афферентная связь со всеми органами тела. Через вентральные корешки осуществляются: прямая эфферентная соматическая связь центров с оперечно исчерченной мускулатурой; прерывистая эфферентная связь с мышечной стенкой сосудов перерыв происходит в симпатических ганглиях; прерывистая эфферентная связь с мышечной стенкой внутренностей и железами перерыв происходит в экстра или интрамуральных ганглиях.
26442. Позвоночный столб (columna vertebralis) 21.5 KB
  cervicales грудной v. Соединение: тела – межпозвоночные хрящи фиброзное кольцо и пульпозное ядро дорсальная продольная связка внутри позвоночного канала на долсальной поверхности позвонков эпистрофей крестец вентральная продольная связка последний грудной крестец; дужки: жёлтые связки; остистые отростки: межостистые связки у плотоядных мышцы надостистая связка грудной поясничный крестцовый выйная связка канатиковая и пластинчатая части; у собак – канатик у свиньи и кошки – нет у КРС вместе с надостистой связкой в...
26443. Половые железы самцов и самок 20.5 KB
  При развитии организма в мужскую сторону мезотелий половой складки в виде клеточных тяжей врастает в толщу железы формируя извитые канальцы. Передние мочеотделительные трубочки промежуточной почки также врастают в семенник и образуют прямые канальцы сеть семенника и семявыносящие канальцы.
26444. Половые органы самок 21.5 KB
  Кровоснабжение осуществляют внутренние подвздошные артерии и вены, которые имеют париетальные и висцеральные ветви. Симпатическая иннервация сосудов осуществляется из боковых рогов...