Становление теоретической биологии и проблема законов в биологической картине мира

В XIX в. перед представителями биологической науки встала проблема «подтянуть» биологическую науку до уровня «зрелости» механики, физики и астрономии. Была поставлена задача, которая заключалась в формулировании законов, которые соответствовали бы явлениям живой природы. В XIX в. начинается активное научное изучение природы, давшее огромное количество открытий, которые требовали обобщений и классифицирования. Именно в XIX в. процесс объединения данных различных биологических наук привел к созданию единой картины жизни, картины живой природы как единого целого. Несмотря на то, что биология является одной из старейших научных дисциплин (проблемы биологического присутствовали уже в сочинениях Аристотеля, арабских медиков аль-Джахиза, Ибн Сины, Ибн Зухры, Ибн аль-Нафиза и таких мыслителей Возрождения, как Андрей Везалий и Уильям Гарвей), предметом ее изучения являются сложные и разнообразные формы живых организмов, что было серьезным препятствием для разработки идеи общего порядка, которая могла бы явиться основанием для формулировки научного вйдения живой природы как единого целого.

Первым решающим шагом в разработке идеи общего порядка было построение с помощью бинарной номенклатуры искусственной классификации всех известных тогда растений и животных К. Линнеем (1735). Т. Шванн формулирует клеточную теорию, согласно которой «клетки — это организмы, а все животные и растения представляют собой агрегаты этих организмов, построенные по определенным законам»^[1]. В 1858 г. Р. Вирхов формулирует закон, согласно которому, если существует клетка, то ей должна была предшествовать другая клетка, точно так же, как животное может возникнуть только от животного, а растения только от растения. Известно, что через год вышел самый выдающийся труд биологии XIX в. — «Происхождение видов» Ч. Дарвина.

Дарвин предпринял грандиозную попытку обосновать мысль о том, что все прекрасные формы жизни, столь отличающиеся одна от другой и так сложно одна от другой зависящие, были созданы благодаря законам, еще и теперь действующим вокруг нас^[2]. В 1859 г. Дарвин обосновал идею исторического единства всего живого на Земле в рамках теории эволюции путем естественного отбора. Эти теории привели к возникновению идеи единства всего живого на Земле.

Следующим этапом было «переоткрьггие» законов Г. Менделя в 1900 г. Это переоткрьггие явилось основанием последующего развития генетики. Генетика — это наука, основным положением которой является утверждение о существовании единых дискретных материальных носителей наследственных свойств всех живых организмов и единого механизма их передачи из поколения в поколение по линии предок-потомок. Одним из основных генетических методов является генеалогический метод, который заключается в составлении родословных и их генетическом (генеалогическом) анализе с целью определения закономерности наследственной передачи признаков. В 1944 г. была раскрыта химическая природа вещества наследственности (ДНК), а в 1953 г. — его структура в виде двойной спирали.

Однако необходимо отметить, что только в XX в. теория естественного отбора получила широкое признание. Существуют мнения, что годом рождения теории естественного отбора является не 1859 г. (Ч. Дарвин «О происхождении видов»), а 1959 г., поскольку в этом году происходило празднование 100-летнего юбилея труда Дарвина. В 1959 г. был подведен итог работы выдающихся ученых самых различных стран мира по объединению самых разных данных, получивших развитие в первой половине XX в. биологических дисциплин в рамках новой, синтетической концепции эволюции, центральное место в которой было отведено идее естественного отбора как ведущего фактора эволюции живого мира.

К началу 1960;х гг. ученые подошли к:

• — осознанию механизмов деятельности ДНК, обеспечивающих выполнение двух главных функций: самовоспроизведения (репликации) и регулятора важнейших этапов процесса биосинтеза белков в клетке;
• — к расшифровке кода наследственной информации и формулировке двух важнейших принципов молекулярной биологии: принципа комплиментарное™ и принципа, или центральной догмы молекулярной биологии, в соответствии с которой информация в живой клетке передается только по линии ДНК — РНК — белок.

В дальнейшем органическое объединение дарвиновской идеи естественного отбора с менделевской генетикой привело к созданию теоретического фундамента для всех областей классической биологии и перспектив для теоретической и экспериментальной разработки проблем классических отраслей на новой основе. Этой основой стал синтез идеи менделевской трансмиссионной генетики, с одной стороны, и, с другой стороны, возможностей, представляемых самыми новейшими разделами современной математики. Это привело к началу эры молекулярной биологии, в рамках которой развиваются представления об единых механизмах функционирования всего живого на Земле на молекулярном уровне. Однако необходимо отметить, что наряду со становлением молекулярной биологии в первой половине XX в. проводилась напряженная работа по обобщению данных о надорганизменном уровне организации жизни: учение об экосистемах (А. Тенсли, 1935), биогеоценозах (В. Н. Сукачёв, 1942), о биосфере в целом (В. И. Вернадский, 1926).

В результате к середине XX в. было выработано единое понимание жизни как многоуровнего, но единого целого, а биология стала пониматься как наука о живых системах на всех уровнях их сложности (от молекул до биосферы в целом), основой которой являются пять фундаментальных принципов: 1) клеточная теория, 2) эволюция, 3) генетика, 4) гомеостаз и 5) энергия. Таким образом, появилась возможность решения проблемы теоретизации биологии: в 30-е гг. таким выдающимися биологами-мыслителями, как Л. фон Берталанфи, Э. Бауэр, Н. Рашевский была сформулирована задача построения теоретической биологии, которая по степени своей общности, дедуктивной строгости и предсказательной силе не уступала бы теоретической физике. Именно с вопросом о сущности жизни и возможности ее точного и исчерпывающего определения (а это и есть предмет изучения биологии) связан вопрос о возможности того, что часто именуют общей теорией жизни, или теоретической биологией.

Становление теоретической биологии привело к возможности объяснения колоссального материала классической биологии в терминах физических и химических теорий и к возможности обсуждения философских и методологических проблем биологической науки с привлечением всего того богатейшего инструментария, который был выработан в философии науки на материале физико-математических наук.

В результате сложился ряд позиций, который, в общем, может быть сведен к следующим точкам зрения. С одной стороны, исследователями будущее теоретической биологии преимущественно и даже исключительно связывается с развитием комплекса наук, изучающих молекулярные, физико-химические основы жизни, то есть считается, что именно в физике заключается теоретическая основа всей классической (описательной) биологии. С другой стороны, исследователями будущее биологии связывается с созданием теоретической биологии, где может получить дальнейшую разработку идея системной организованности живой природы, где эволюционный подход и эволюционная теория (т. е. теория естественного отбора в ее современной генетической интерпретации) считаются наиболее общей теоретической концепцией.

Проблема заключается в том, что для огромного числа ученых биология всегда была и остается по существу своему чисто описательной наукой. Например, Дж. Бернал считает, что есть коренное различие, в основе своей философское, между биологией и так называемыми точными науками, особенно физикой. Дж. Бернал делает удивительно тонкое замечание относительно философского характера обсуждаемой проблемы. Им предполагается, что в биологии законы живой природы присутствуют, однако они носят иной логический и гносеологический статус, нежели законы физики.

В исследовательской литературе принято связывать начало современной дискуссии по проблеме «а существуют ли законы в биологии» с 60 — 70 гг. XX в., когда вышла работа австралийского философа Дж. Смарта «Философия и научный реализм»^[3]. Смарт выступил с решительным заявлением, что так называемые законы в биологии, в том числе и законы менделевской генетики, на самом деле не являются законами. Он сделал этот вывод на том основании, что «настоящий закон» науки должен удовлетворять как минимум двум условиям:

• 1) условию неограниченной всеобщности, которое требует, чтобы любое номическое (от лат. nomos — закон) утверждение было истинным в любой точке Вселенной в любое время;
• 2) условию, согласно которому номическое утверждение не должно содержать в себе ни в явном, ни в скрытом виде ссылок на какие-то конкретные объекты (в пространстве и времени), а объекты биологии, напротив, специфическим образом относятся только к объектам в земных условиях.

В 70-е гг. XX в. М. Рьюз в своей работе «Философия биологии» детально рассматривает все аргументы Смарта и приходит к выводу об их полной несостоятельности. Более того, он отнес законы Менделя к разряду «фундаментальных» законов, то есть таких законов, которые не связаны в своем проявлении с конкретным местом и временем. «В этом отношении, стало быть, биология ничем не выделяется среди прочих наук»^[4]. Проблема существования законов в биологии вызвала в 90-е гг. XX в. такой интерес, что журнал Philosophy of Science в 1997 г. посвятил ей специальный выпуск. Такие исследователи, как С. Митчелл, Дж. Вудворд и др. считают, что законы биологии — это законы, которые имеют полное право на существование^[5].

В биологии присутствуют плодотворные попытки привести законы в систему. Так, в «Большом энциклопедическом словаре, но биологии» сама биология трактуется как наука о сущности жизни и закономерностях жизненных явлений; в предметном указателе перечисляется 16 законов биологии (биогенетический закон, закон «все или ничего», закон Гаузе и др.). Немецким ученым Б. Реншем, одним из создателей синтетической теории эволюции, было перечислено и систематизировано 100 законов биологии^[6].

Одной из современных систематизаций законов биологии является систематизация, которую осуществил Г. Н. Чернов^[7]. Черновым в работе «Законы теоретической биологии» рассматриваются основные теоретические обобщения, к которым пришла биологическая наука на пути своего развития от К. Линнея до настоящего времени, он придал им форму двенадцати законов теоретической биологии. Составляя систему законов, ученый стремился показать ее следующие свойства: атрибутивность, доказательность, лаконичность, системность, историчность, номинативность. Чернов исходит из разделения мира живых организмов, населяющих Землю, на две иерархические системы, которые взаимосвязаны на многих уровнях и смыкаются на уровне видовых популяций: таксономическую и геобиологическую. Исследование органического мира как таксономической системы является задачей биологической систематики, которая, опираясь на всестороннее познание организмов и систематических групп (таксонов), требует использования данных палеонтологии, эмбриологии, эволюционной морфологии и физиологии. Исследование органического мира как геобиологической системы является задачей наук гсобиологического комплекса, в который входят биогеография, биологическое почвоведение, гидробиология, биогеоценология, биогеохимия.

При рассмотрении функционирования природных систем в биологической картине мира широко применяется информационный подход. Согласно современным представлениям, в процессе эволюции живых организмов возникли тончайшие механизмы хранения огромного количества информации в ничтожных объемах памяти. Например, механизм наследственности сохраняет в одной клетке весь запас видовых признаков организма. В процессе эволюции живых организмов возникли и тончайшие механизмы, способные воспринимать и перерабатывать огромное количество новой информации с ничтожной затратой энергии.

В отношении этого вопроса сложились две основные точки зрения. С одной стороны, информационные отношения трактуются таким образом, что они присущи только объектам живой природы и являются их отличительной чертой. С другой стороны, понятие информации распространяется и на объекты неживой природы. Однако существуют точки зрения, согласно которым природные явления рассматриваются с единых позиций. Например, концепция уровней организации является воплощением эмпирических обобщений, которые позволяют исследовать неживые и живые природные объекты сквозь призму представления о мире как об иерархически соподчиненной лестнице природных объектов. При этом каждый уровень организации характеризуется качественной спецификой присущих ему объектов и специфическими отношениями объектов каждого уровня организации, которые формируются на основе отношений объектов предыдущего уровня, поскольку включает их в себя в «свернутом» виде.

Понятие «информация» — это центральное понятие кибернетики (древнегреч. kybernetike (techne) — искусство управления). ПоН. Винеру, информация — это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств^[8]. Возникновение и развитие кибернетики привело к тому, что в биологии появляется отрасль знания, суть которой была сформулирована Н. Винером следующим образом: кибернетика — это наука «о связи, управлении и контроле в машинах и живых организмах»^[9]. Предшественницей кибернетики была тектология Богданова — всеобщая организационная наука. Кибернетика возникла на стыке математики, логики, семиотики, физиологии, биологии, социологии и с начала 1950;х гг., наряду с физикой, химией и биологией, стала оказывать существенное влияние на развитие мировой научной картины мира.

В литературе, посвященной проблемам кибернетики, достаточно подробно осуществляется описание информационных систем. В работах Н. Винера, А. Н. Колмогорова, Л. Бриллюэна и др.^[10] отмечается, что одной из особенностей кибернетики является постулирование принципа единства информации и управления. Элементы кибернетической системы осуществляют связь, управление и контроль. Они рассматриваются как носители, преобразователи информации. Определяющее значение имеет понятие «количество информации». В интерпретации Н. Винера, количество информации, как и количество вещества, и количество энергии, это фундаментальная характеристика явлений природы. Другой фундаментальной характеристикой явлений природы является борьба с мировым Хаосом, с возрастанием энтропии. Борьба с энтропией — это борьба с искажением информации.

Согласно кибернетической теории, содержание процесса управления характеризуется целью управления — гомеостазисом. Цель системы — это уравновешивание системы с трансформирующейся внешней средой, эффективным противодействием деструктивным воздействиям внешней среды для стабилизации жизненно важных параметров кибернетической системы. Поэтому эффективными являются кибернетические системы, которые для достижения сходных целей применяют минимальное количество информации. Если это условие не выполняется, то система считается информационно-избыточной.

Выделяют несколько фундаментальных уровней организации, отношения которых могут быть интерпретированы как информационно-семиотические отношения организации:

• — физический уровень объединяет элементарные частицы кварки, лептоны и переносчики взаимодействий, внутренняя организация которых неясна, хотя она и предполагается современной теорией, например, в струнном подходе;
• — химический или кварк-лептонный уровень организации, объектами которого являются атомы и молекулы, при этом кварки, объединяясь в нуклоны, составляют ядро, а электроны в количестве, соответствующем заряду ядра, находятся на оболочках атома;

биологический уровень организации основан на противопоставленных отношениях наследственного вещества ДНК на основе информации, заложенной в ней, и синтезируемых белков; объектами являются одноклеточные и многоклеточные живые организмы;

— психологический уровень организации основан на исследовании у многоклеточных организмов нервной и мышечной систем, где немаловажное значение имеют исследования электровозбудимых тканей — нервной и эффекторной (главным образом, мышечной) систем^[11].

Представленные уровни организации характеризуются тем, что они построены по единому принципу, согласно которому существует совокупность дискретных единиц, определяющих специфическую индивидуальность объекта. Это либо ядро, либо ДНК, либо нервная система. На этом основании изучается другая совокупность дискретных единиц. Это либо электроны, либо белки, либо мышцы. Они обладают определенной функциональной нагрузкой в рамках объекта. Считается, что информационные отношения в природных объектах вытекают из самого факта их существования. Целостность природного объекта включает в себя осмысленность, семиотику, функциональность его информационных отношений.

• [1] Роллер Э. Открытие основных законов жизни. М.: Мир, 1978. С. 11.
• [2] См.: Руденко А. П. Закономерности химической эволюции // Журнал физической химии. 1983. T. 57, № 11.
• [3] См.: Smart J. ./. Philosophy of Scientific Realism. L.: Routledge & KoganPaul, 1963. P. 53.
• [4] Рыоз М. Философия биологии. М.: Прогресс, 1977. С. 55 — 56.
• [5] См.: Mitchell S. Dimension of Scientific Law// Philosophy of Science. 2000.Vol. 67. P. 242 — 265; Wood wart J. Law and explanation in biology invariance isthe kind of stability that matte// Philosophy of Science. 2001. № 68. P. 6; Борзенков В. Г., Северцов А. С. Теоретическая биология: размышления о предмете. М. :Знание, 1980.
• [6] См.: Rensch В. The law of Evolution// Evolution after Darvin. Chicago: TheUn of Chicago Press, 1960. P. 95— 110.
• [7] См.: Чернов Г. //. Законы теоретической биологии. М.: Знание, 1990.
• [8] См.: Винер Н. Кибернетика и общество. М.: ИЛ, 1958. С. 31.
• [9] Винер Н. Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине. М. :Советское радио, 1968. Гл. 1.
• [10] См.: Анохин П. К. Философский смысл проблемы естественного и искусственного интеллекта// Кибернетика живого: человек в разных аспектах. М.: Наука, 1985. С. 29 — 43; Афанасьев В. Г. Мир живого: системность, эволюция и управление. М.: Политиздат, 1986; Бриллюэн Л. Наука и теория информации. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1960; Бриллюэн Л. Научная неопределенность и информация. М.: Мир, 1966; Винер II. Кибернетика и общество; Его же. Кибернетика, илиУправление и связь в животном и машине; Дубровский Д. И. Информация, сознание, мозг. М.: Высш. школа, 1980; Колмогоров А. Н. Теория информации и теорияалгоритмов. М.: Наука, 1987; Семенюк Э. П. Информационный подход к познанию действительности. Киев: Паукова думка, 1988 Тюхтин В. С. Отражение, системы, кибернетика. Теория отражения в свете кибернетики и системного подхода.М.: Паука, 1972 Урсул А. Д. Отражение и информация. М.: Мысль, 1973.
• [11] См.: Хеммипг Р. В. Теория кодирования и теория информации. М.: Радиои связь, 1983; Дондуа А. К. Биология развития: в 2 т. T. 2: Клеточные и молекулярные аспекты индивидуального развития. СПб.: Изд-во С.-Петербург, ун-та, 2005.