Философские проблемы биологической картины мира

Специфика объекта изучения в биологической картине мира и проблема редукционизма

Биология, в соответствии с этимологией слова (от греч. рюХоуСа — (3log, биос, жизнь; Xoyoq — логос, учение, наука), — эго наука о жизни. Если принять во внимание, что биология — это естественная наука, предметом которой являются живые земные существа (а во всей Вселенной нам известна лишь одна земная форма жизни) и их взаимодействие с окружающей средой, то биологическая картина мира основана на изучении жизни во всем разнообразии проявления ее форм, связей и отношений на Земле.

Биология стала восприниматься как особая наука в связи с обнаружением того, что живые организмы обладают некоторыми общими для всех характеристиками. Задачами биологии стали не только изучение всех аспектов жизни, в частности, структуры, функционирования, роста, происхождения, эволюции и распределения живых организмов на Земле, но и классифицирование, и описание живых существ, происхождение их видов, взаимодействий между собой и с окружающей средой.

К особенностям биологии как науки о живой природе относится го, что познание, основанное на абстрактных принципах, не может охватить бесконечное разнообразие природы и постичь уникальность индивидуальных организмов, составляющих природу. В связи с этим вырабатывается особый идеал и парадигма познания, которые заключаются в том, что познание должно не формулировать принципы, а собирать как можно больше единичных, неповторимых событий. С этим процессом, например, И. С. Кауфман связывает реабилитацию истории как знания о принципиально уникальных предметах.

В истории биологии одной из основных дилемм была борьба редукционизма и витализма. Сторонники редукционизма придерживались позиции механицизма и пытались реализовать в научном познании понимание жизни как формы движения материи, которую изучают физики, только более сложно организованной, и методологические принципы, которые продуктивны для работы с физической картиной мира. Редукционизм — направление, в рамках которого развиваются идеи о том, что никаких принципиальных различий между живым и неживым нет, различие здесь только количественное — живые организмы представляют из себя очень сложные, но физико-химические системы, поэтому биология — это одна из прикладных физико-химических наук; редукционизм разделяют на сильный (полностью отрицаются особенности живых организмов даже как физикохимических систем), слабый (признается видоизменение законов физики и химии для живых организмов, хотя в любом случае это видоизменение не настолько велико, чтобы вообще отменить эти законы, то есть живые организмы — это физико-химические системы в особых условиях).

Параллельно редукционизму сформировалось направление, которое обозначается как антиредукционизм, ирредукционизм, холизм, органицизм и т. д. Главный аргумент антиредукционисты видят в максимуме, содержащемся в учениях Аристотеля и Платона: «Целое больше, чем сумма его частей». Биология изучает очень сложные живые организмы, которые являются живыми только как целое. А целое обладает качествами, которые не объясняются суммой свойств составляющих их частей. Уровни реальности живой природы таковы, что они обладают собственными законами и закономерностями, не выводимыми из законов тех уровней, над которыми они надстраиваются.

Ученые приходили к необходимости постулировать наличие в живых организмах того, что невозможно познать экспериментальным научным путем, особой «витальной», «жизненной силы».

(И. Рейнке, Р. Франсэ, Г. Дриш). Витализм (от лат. vita — жизнь, живой, жизненный) — направление в биологии, в рамках которого подчеркивается принципиальное отличие живых организмов от неживых тел, заключающееся в том, что у представителей живого мира присутствуют особые нематериальные факторы, особое начало, жизненная сила (vis vitalis), определяющие специфичность этого мира и его качественное отличие от неживого; витализм разделяют на рациональный (живое качественно отлично от неживого, но это отличие познаваемо) и иррациональный (живое качественно отлично от неживого и рационально непознаваемо).

В общем, для витализма характерны абсолютизация качественного своеобразия живого, отрицание роли химических и физических закономерностей в нем, негативное отношение к тем биологическим теориям и концепциям, которые дают материалистическое объяснение явлениям жизни.

Жизненную силу немецкий эмбриолог Г. Дриш, крупнейший виталист первой половины XX в., вслед за Аристотелем назвал энтелехией. Г. Дриш обратил внимание на то, что Аристотель развивает идеи о том, что живым организмам присущи особые внутренние целевые причины, в то время как существовавшая в его время механистическая парадигма не могла объяснить сущность регуляторного характера процессов развития отдельных клеток на самых ранних стадиях деления оплодотворенной яйцеклетки до полноценного организма, явлений регенерации и т. д. По Г. Дришу, процессы развития и регенерации клеток составляли сущность явлений жизни, для описания которых он обратился к идее энтелехии как фактора, «заключающего в себе цель», который, будучи нематериальным и действующим вне пространства и времени, создает пространственную организацию живого, определяет ее целесообразность.

История развития биологии демонстрирует то, что существующие крайние формы витализма и редукционизма претерпели изменения, что привело к их сближению. В своих воззрениях на биологические процессы Н. Бор основывался на применении принципа дополнительности и считал, что биологические законы являются дополнительными законами, которым подчиняются тела неорганического мира. Так, нельзя одновременно определять физико-химические свойства организма и явления жизни, поскольку анализ свойств одного исключает аналогичный анализ другого. Согласно концепции Н. Бора, биологические и физико-химические исследования могут рассматриваться как дополнительные, то есть несовместимые, хотя и не противоречащие друг другу.

Одной из наиболее интересных тенденций проявлений слабого редукционизма является признание необходимости расширить само понимание физики, если на основе старых законов физики невозможно будет описать те процессы, которые происходят в живых организмах. Так, известный физик XX в., один из создателей квантовой механики, Э. Шрёдингер в книге «Что такое жизнь с точки зрения физики» пишет: «В биологии мы встречаемся с совершенно иным положением вещей, развертывание событий в жизненном цикле организма обнаруживает удивительную регулярность и упорядоченность, не имеющих себе равных среди всего, с чем мы встречаемся в неодушевленных предметах. Здесь мы встречаемся с явлениями, регулярное и закономерное развертывание которых определяется „механизмом“, полностью отличающимся от „механизма вероятности“ в физике. Ибо наблюдаемым фактом является то, что в каждой клетке руководящее начало заключено в единичной группе атомов, существующей только в одном экземпляре (или иногда в двух), и таким же фактом, что оно управляет событиями, служащими образцом упорядоченности. У физика возникает вопрос: найдем ли мы удивительным или совершенно естественным, что маленькая, но высокоорганизованная группа атомов способна действовать таким образом? Его вывод: оно характерно только для живой материи»^[1].

Поскольку физик и химик, исследуя неживую материю, никогда не встречали феноменов, которые им приходилось бы интерпретировать подобным образом, поэтому, как справедливо отмечает Э. Шрёдингер, теория не объясняет его. Шрёдингер отмечает, что существуют трудности объяснения жизни с привлечением обыкновенных законов физики, и это именно то, чего следует ожидать, исходя из наших знаний относительно структуры живой материи^[2]. Поэтому делается предположение, что живая материя подчиняется новому типу физического закона. То, насколько прав или не прав Э. Шрёдингер, показало время. Важным для темы редукционизма в биологии является то, что в этом случае позиция слабого редукционизма вплотную сблизилась с позицией рационального витализма, где спор между ними больше касается терминов, чем сущности понимаемой проблемы.

С. В. Вонсовский, переходя к рассмотрению основных положений биологической науки и ее связей с физикой, а также с современной химией, отмечает, что тела неживой природы и живые организмы построены из одних и тех же атомов и молекул, поэтому органический мир подчиняется тем же единым законам, учитывающим ядерно-электронное строение всех тел^[3]. С. В. Вонсовский дает следующую характеристику проблеме соотношения физики и биологии. Он пишет, что из-за сложности и своеобразия явлений жизни пути биологии и физики в прошлом все более расходились, так основные биологические закономерности, прежде всего законы естественного отбора Дарвина, считались совершенно не связанными с физикой.

Вонсовский отмечает, что несколько иначе развивался контакт биологии с химией. Так, в начале своего развития химия жизненных процессов — органическая химия — была почти полностью отделена от химии неорганических веществ. Общепризнанным являлось представление, согласно которому получить вещества, функционирующие в живых организмах, вообще невозможно, поскольку требовалась какая-то особая «жизненная сила». Следовательно, органическая химия была своего рода опорой витализма — идеалистического учения о жизни. Но после многочисленных исследований органическая химия предстала как учение о химических соединениях с обязательным участием углерода. Появляются представления о том, что химия позволит объяснить материальную природу органической жизни.

Относительно проблемы исторического развития физики и биологии С. В. Вонсовский отмечает, что жизнь возникла на Земле миллиарды лет тому назад, и все это время в ней шла бурная эволюция — живые организмы развивались от примитивных одноклеточных до сложнейших биологических систем, каким является человек. Законы квантовой механики, выраженные уравнениями Э. Шрёдингера или П. Дирака, оставались всегда такими же, хотя мы узнали о них совсем недавно. Они строго инвариантны к изменению знака времени, то есть справедливы и неизменны во все времена, однако такое противоречие между физикой и биологией только кажущееся. Если для уравнений квантовой механики указанный вывод справедлив, то в случае перехода в физике к статистике, то есть когда мы имеем дело с системами, состоящими из очень большого числа частиц, это приводит к появлению новых вероятностных статистических закономерностей в поведении таких макросистем, имеющих направленность во времени. В связи с этим В. С. Вонсовский делает вывод, что физическим процессам и телам также не чужда историчность развития. Однонаправленная эволюция во времени не только привилегия биологии — Земля, Солнце, звезды и все галактики, то есть вся Вселенная, также претерпевают однонаправленную эволюцию. Более того, биологическая эволюция живых существ может быть представлена как составляющая геологических изменений условий жизни на Земле, ибо жизнь с ней тесно связана и должна все время приспосабливаться к новым условиям существования на Земле.

Другим пунктом проблемы редукционизма в биологии является то, что эту науку зачастую понимают только как описательную естественно-историческую дисциплину, поскольку ее задачи — это полное и детальное описание, систематизация и классификация особенностей строения, организации, поведения тех групп живых организмов, которые присутствуют на Земле.

Так, М. Аптер, один из первопроходцев в области применения кибернетики в биологии, считает, что хотя физика и химия отличаются от биологии предметом изучения, можно сверх того показать, что между ними существует другое, более тонкое, но столь же важное и имеющее большие последствия различие — методологическое. Аптер пишет, что все науки стремятся прийти к общим законам, общность законов физики и химии настолько широка, что включает и действительное, и возможное, в то время, как биологические законы жестко ограничены рамками действительного^[4], при этом «биолог имеет дело только с тем, что действительно происходит в живых существах. Он имеет дело с реальными организмами в конкретном пространственно-временном окружении, и поэтому его возможности в значительной степени сведены лишь к описанию, и общность для него состоит лишь в классификации»^[5].

Несмотря на то, что понимание биологии как описательной науки развилось в 1960 — 1970 гг. и в настоящее время поддерживается, как отмечается некоторыми авторами, без должной критической саморефлексии и даже самосознания многими представителями физико-химической биологии и особенно синергетики^[6]. Считается, что теоретическое объяснение этим особенностям строения, организации и поведения требует выхода за пределы собственно биологической науки и привлечения понятийного аппарата и объяснительных схем других, «более точных» наук, таких как физика, кибернетика, синергетика и др.

Наиболее очевидным образом проблема редукции как философская проблема биологии выявляется при попытках объяснения живого в терминах физики и химии. Например, при описании деятельности сознания только материальными процессами, происходящими на уровне генов и функционирования человеческого мозга. Однако если и можно утверждать о продуктивности и адекватности позиции редукционизма в биологии, то в основном применительно к исследованиям химических и физических оснований явлений жизнедеятельности в рамках биохимии, биофизики, биоорганической и бионеорганической химии и др. Как отмечается в статье Н. Г. Рамбиди, методологическое значение имеют прежде всего исследования, в которых устанавливается взаимосвязь биологических явлений клеточного или организменного уровня и физико-химических механизмов их осуществления^[7]. В исследованиях по этой теме выделяются три направления, по которым в основном идут такого рода исследования.

Первое направление связано с теоретическим исследованием и моделированием наиболее общих особенностей жизни как открытой сложноорганизованной системы и объединяет современные теории сложных систем в рамках синергетической парадигмы.

Второе направление исследований связано с идеями атомарно-молекулярного строения живого вещества в рамках молекулярной биофизики и биофизики клетки. Так, основанием молекулярной биофизики является физика малых и больших молекул, применимая для изучения физических механизмов, обеспечивающих биологическую функциональность молекул. Основанием биофизики клетки являются равновесная термодинамика, статистическая механика и квантовая механика, которые необходимы для изучения строения и функциональности клеточных и тканевых систем.

Третье направление исследований направлено на раскрытие физико-химических основ существования крупных актов жизнедеятельности на уровне систем органов и организма как целого в рамках изучения молекулярных основ дифференцирования, роста и развития в процессе эмбриогенеза, что нашло свое выражение в оформлении такой самостоятельной дисциплины, как медицинская биофизика.

Элементарная единица живого — клетка. Согласно современной биологии, любое живое существо — клеточное. В клетке присутствуют цитоплазма и липидная мембрана, защищающие внутреннее содержимое клетки от внешней среды. Таким образом, содержимое клетки предстает как единое внутреннее смысловое иоле пространственных химических отношений. Одним из основных процессов, лежащих в основе функционирования биосистем, является перенос электрона в белке^[8]. Это происходит с помощью туннельного эффекта, в результате которого перестраивается ядерная конфигурация макромолекулы, оказывающая влияние на биоэнергетику клетки. Некоторыми авторами постулируется, что туннельные эффекты в многоатомных системах определяют формирование таких биологических свойств, как раздражимость и возбудимость^[9].

Необходимость применения квантово-механических методов исследования в биохимии связана с тем, что основную роль в жизненных процессах играют делокализованные электроны, источником которых являются природные элементы, которые составляют основную часть биохимических веществ. Известно, что на 99% живые системы состоят из водорода, углерода, азота и кислорода. Углерод, азот и кислород наиболее легко образуют кратные связи. К ним примыкают и такие важные для биохимических процессов элементы, как сера и фосфор. Причем эти пять элементов располагают неподеленной парой электронов, способной делокализоваться и связывать сопряженные участки. В связи с этим авторы книги «Квантовая биохимия» делают справедливый вывод, что все «наиболее важные биохимические вещества, связанные с основными функциями живой материи или осуществляющие эти функции, представляют собой полностью или, по крайней мере, частично сопряженные системы»^[10].

Основными составляющими структурных и функциональных единиц живой клетки являются соединения с сопряженными связями. К ним относятся нуклеиновые кислоты, белки, богатые энергией фосфаты и большинство ферментов. Это сложные соединения, обладающие особенностью, позволяющей им участвовать в жизненных процессах. Эта особенность является делокализацией электронов, придающей молекуле дополнительную устойчивость, и обеспечивающая возможность таких реакций, которые не характерны для молекул других типов. Такие системы рассматриваются и как исходная структура, и как главная основа жизни¹¹. Следовательно, динамичность жизни согласуется с динамичностью электронного облака в сопряженных молекулах.

Согласимся с мнением М. Черемных, что практически все уровни живого охвачены разветвленной системой физических методов, понятий, законов и моделей^[11][12]. И область биологических явлений, которая описывается с помощью основных понятий и законов химии и физики, непрерывно расширяется. При этом, как отмечает Черемных, не происходит полного сведения биологии к физике и химии, поскольку, например, функция в биологическом смысле — это не просто процесс, а значимый процесс, белок — это не просто химическое тело, свойства которого обусловлены составом, строением и физическими силами, стабилизирующими его структуру. Белок — это часть более общей системы, приобретающей благодаря этому дополнительные свойства, прямо не выводимые из фундаментальных законов физики, хотя и возможные только благодаря им.

• [1] Шрёдингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физики. М.: Атомиздат, 1972. С. 78−81.
• [2] См.: Шрёдингер Э. Что такое жизнь с точки зрения физики. С. 81.
• [3] См.: Вонсовский С. В. Современная естественно-научная картина мира. Екатеринбург: Изд-во Гуманитарного ун-та, 2005. С. 385 403.
• [4] 1 См.: Литер А/. Кибернетика и развитие. М.: Мир, 1970. С. 11 — 12.
• [5] Там же. С. 12.
• [6] См.: Браун Т., Лемей Г. Ю. Химия — в центре наук: в 2 ч. М.: Мир, 1983 ;Соловьёв Ю. И., Курашов В. И. Химия на перекрестке наук. Исторический процесс развития взаимодействия естественно-научных знаний. М.: Наука, 1989.
• [7] См.: Рамбиди Н. Г. Молекулярная структура с точки зрения экспериментатора эволюция понятия и возникающие проблемы // Журнал структурной химии. 1982. Т. 23, № 6. С. 85.
• [8] См.: Петров Э. Г. Физика переноса зарядов в биосистемах. Киев: Науковадумка, 1984. С. 168.
• [9] См.: Шишло М. А., Куб ли С. X., Нужный В. Г1. Биоэнергетика и регулирующие системы организма при действии магнитных полей// Реакции биологических систем на магнитные ноля. М.: Наука, 1978. С. 81 — 102.
• [10] Пюлъман Б., Пюлъман А. Квантовая биохимия. М.: Мир, 1965. С. 546.
• [11] См.: Пюлъман Б., Пюлъман А. Квантовая биохимия. С. 547.
• [12] См.: Черемных М. Н. Философские проблемы современной химии//Философия естественных наук. М.: Академический проект; Фонд «Мир», 2006. С. 167 212.