Реферат
«Концепції та принципи біологічного природознавства»
1. Об'єкти біологічного пізнання і структура біологічних наук
Історично біологія розвивалася як описова (феноменологічна) наука про різноманітних формах, видах і взаємозв'язках рослинного і тваринного світу. Це дозволяє на початку XXI століття визначити її як сукупність наук про живу природу, різноманітті існували й існують живих організмів, їх будову і функції, походження, поширення і розвитку, зв'язках один з одним і з неживою природою. Біологія встановлює закономірності, що виникають в живих системах у всіх їх проявах (метаболізм або обмін речовин, спадковість, мінливість, ріст, подразливість, рухливість, пристосовуваність та ін.)
У біології, як ні в якій іншій науці, найважливішу роль відігравали і відіграють методи аналізу, систематизації та класифікації емпіричного матеріалу, закладені вперше Аристотелем, потім продовжені К. Ліннеєм (1707-1778 рр..), Ж. Бюффон (1707-1788 рр.. ), Ж. Ламарком (1744-1829 рр..), Е. Сент-Ілером (1772-1844 рр..) та великим Ч. Дарвіном (1809-1882 рр.).. Структуру біології як науки, як великої сукупності наук сьогоднішнього дня, можна розглядати з декількох точок зору класифікації та систематизації: по об'єктах, за властивостями, за рівнями організації живого, виділяти в ній основні етапи та біологічні парадигми.
По об'єктах дослідження біологію підрозділяють на вірусологію, бактеріологію, ботаніку, зоологію, антропологію.
За властивостями, проявам живого допускається наступна класифікація біологічних наук: морфологія - наука про будову живих організмів; фізіологія - наука про функціонування організмів; молекулярна біологія - наука про мікроструктурі живих тканин і клітин; біоекологія - наука про спосіб життя спільнот рослинного і тваринного світу, їх взаємозв'язках з навколишнім середовищем; генетика - наука про спадковість і мінливість.
За рівнем організації живих організмів виділяють: анатомію - науку про макроскопічному будову тварин і людини; гістологію - науку про будову тканин; цитологію - науку про будову живих клітин.
Історично в біології здійснилися три етапи: 1-й - систематики (К. Лінней); II-й - еволюційний (Ч. Дарвін); III-й - біології мікросвіту (Т. Мендель, 1822-1884 рр..), Кожен з яких породжував відповідну біологічну парадигму (науково-дослідну програму).
Виявлені в ході вивчення живого масштаби дозволяють дати наступну ієрархію (структуру) рівнів організації живих систем, в якій відображені їх складність і закономірності функціонування:
ü Біосферний - розглядає цілісність всіх живих організмів і навколишнього середовища, що породжує глобальну екологію планети.
ü Рівень біогеоценозів - структурний рівень єдності флори і фауни (біоценозу) з населяється географічною областю планети.
Дане визначення біогеоценозу запропонував видатний радянський біолог В. Н. Сукачов; вживається як синонім екосистеми)
ü Популяційно-видовий рівень - утворюється вільно перехресними між собою особами однієї й того ж виду.
ü Організменний або органо-тканинний рівень, - усе про окремі особини: будова; фізіологія; поведінка; функції органів і тканин.
ü клітинному і субклітинному рівні - що відображають особливості функціонування та спеціалізацію клітин, внутрішньоклітинних особливостей.
ü Молекулярний рівень, на якому вирішуються проблеми генетики, генної інженерії та біотехнологій.
Не маючи можливості висвітлити всі аспекти біологічних структур і концепцій, зупинимося лише на особливо значущих.
2. Гіпотези виникнення життя і генетичного коду
Першими поставили як наукову проблему і висунули гіпотезу абіогенного синтезу органічних сполук в умовах первісної Землі російський біохімік А. І. Опарін (1894-1980 рр..), Англійський фізіолог Дж. Холдейн (1860-1936 рр..) Та англійський фізик Дж. Вірна ( 1901-1971 рр..). Складність проблеми самого життя, нерозуміння багатьох чинників і явищ, що мають місце на рівні клітин та організмів (виникнення матричного механізму, універсальність генетичного коду за відсутності універсальності білків, особливості структури ДНК тощо) »змусила багатьох учених найчастіше звертатися до фантастичних гіпотез і теорій походження життя. Так виникли гіпотези типу: життя створена Богом; занесена на Землю з космосу; позаземне послання інших цивілізацій; генетичний код як релікт, який потрапив на Землю від живих систем попереднього циклу Всесвіту, і т. д.
У проблемі походження життя є важко розривається кругова проблема; для саморепродукції нуклеїнових кислот - основи генетичного коду (будемо вважати цей факт добре відомим кожному) - необхідні ферментні білки, а для синтезу білків - нуклеїнові кислоти; ось коло і замкнулося. Що первинне: білки або нуклеїнові кислоти, «курка чи яйце»? Всі існуючі концепції походження життя поділяються на дві - голобіоз і генобіоз. Голобіоз грунтується на первинність структур типу клітин, здатних до елементарного обміну. Це концепція Опаріна і його послідовників. Генобіоз, навпаки, первинними визнає системи з властивостями генетичного коду. Це концепція Дж. Холдейна, гіпотеза так званого «голого гена». Проблема протистояння концепцій зводиться до питання первинності або старшинства - генетичної репродукції перед метаболізмом або, навпаки, метаболізму перед генетичної репродукцією. Але як би не вирішилася ця проблема в майбутньому, зараз треба брати до уваги твердо встановлені факти: діссімметрія або хіральність нуклеїнових кислот ДНК і РНК як фундаментальна ознака живої матерії, первинність молекули РНК (зараз вже під глибоким питанням), наявності у неї автокаталітіческій здібності, поєднання в ній рис фенотипу і генотипу. Але пошук відповідей на питання треба вести і в інших напрямках, особливо беручи до уваги, що хіральність і первинність РНК не могли виникнути в ході тривалої еволюції, а, швидше за все, виникли стрибком, одразу, раптом, за кінцевий час, в лічені роки, місяці, добу або, може бути, навіть годинник!
Одна з останніх гіпотез, що переросла до початку XXI століття в теорію про походження життя, заснована на ідеї М. К. Кольцова про матричному синтезі протоклеток та їх структурних елементів на кристалах апатиту. Запропоновано вона була чверть століття тому владивостоцькому вченими біологом Е. Я. Костецьким і геологом В. В. Чернобровкін. Вони звернули увагу на наступні емпіричні факти: присутність мінералу апатиту в живих системах у складі зубів і кісток, наявність подібності періодичності в 3,4 А 0 (1 А 0 = 10 -8 см, величина приблизно дорівнює розмірам атома, що отримала назву ангстрем на честь шведського фізика Ангстрема) в елементарній комірці апатиту і подвійної спіралі ДНК. Це дало підставу висунути гіпотезу і потім побудувати теорію абіогенного синтезу нуклеїнових кислот, білків, нуклеопротеїдів і полісахаридів ні матриці апатиту як основному джерелі неорганічного фосфату.
Гіпотеза Костецького і Чернобровкіна враховує також той фундаментальний факт, що всі клітинні елементи і цілі організми є рідкокристалічними гомеостатичними структурами. Виходячи зі сказаного, можна вести мову про реальні механізми виникнення життя, грунтуючись на твердофазних ефекти в мінеральних і рідких кристалах. Участь мінералів у процесі виникнення життя робить його закономірним, а час процесу дуже коротким (за кінцевий час, але ніяк не за багато мільйонів або мільярди років). У клітинах, якими ми їх знаємо сьогодні, всі елементи системи так тісно пов'язані один з одним, самоорганізована, що відсутність навіть одного з них, порушує роботу всієї системи.
Первинні пробіонти, мабуть, повинні були представляти собою добре впорядковані освіти. Виникає питання: а чи не були попередники первинних протоклеток органічними кристалами? Адже кристали - це утворення, здатні до самозбирання (про самосборке в живих організмах говорив і академік Микола Семенов), крім того, в них є деяка характерна періодичність, що порушується дефектами. Останні (дефекти) роблять кристали потенційно високо інформаційними, оскільки можуть призводити до утворення безлічі стабільних альтернативних конфігурацій, що є необхідною умовою для зберігання інформації. До речі, американський фізик Ф. Тіплер якось заявив: «Я визначаю життя як якусь закодовану інформацію, яка зберігається природним відбором». Передбачуваний механізм синтезу первинних пробіонтов, а крім того, і їх компонентів, також пояснює теорія Е. Костецького. Розглянемо цей механізм.
Як ми вже зазначали раніше, вік Землі (4,6 млрд. років) майже не відрізняється від віку живих систем і оцінюється в 4,2-4,0 млрд. років. При цьому вважається, що еукаріотичні (тобто клітини з ядром) і прокаріотів (тобто клітини без ядра) клітини мають близький вік. Час виникнення життя збігається з прогресивним метаморфозом базальтової кори, формуванням гранітної оболонки та доглядом щільною первинної атмосфери. Поверхня Землі тоді була нагріта до 600-700 ° С, а з надр Землі йшло активне виділення елементів відновної газової фази у вигляді вільних радикалів. У цей момент із залишкового магматичного розплаву йшло формування пегматитів (апатит, кальцит, слюда, кварц, польовий шпат та ін.) Апатит зазвичай сокрісталлізуется з цими мінералами. Його грати в цей період досить рухома, в кристалі відбувається дифузне заміщення елементів решітки вільними радикалами елементів газової фази, чому сприяють атомні радіуси основних елементів решітки апатиту, що перевершують розміри атомів газової фази в 3-5 разів. У явищах дифузного заміщення ключова роль належить температурі, космічним, ядерною і ультрафіолетовим випромінюванням, що діють на кристал зверху, і полю напруг, створюваному газової фазової, що діє на кристал знизу.
Всі ці фактори послаблюють кристалічну решітку і посилюють міграцію її елементів і полегшують проникнення всередину кристала малих атомів газової фази. Синтез, мабуть, відбувався при температурах близько 200 ° С в безводній середовищі. У силу того, що в одній елементарній комірці апатиту є кілька каналів проникнення газових частинок, одночасно могло синтезуватися кілька органічних молекул і між ними могли виникати взаємодії. Не можна виключати того, що навколо одного осередку могли синтезуватися відразу декілька, аж до 6 пар, ланцюгів ДНК з білком, тобто міг реалізовуватися варіант появи в одній протоклетки різного числа хромосом. У ході односпрямованого синтезу (знизу-вверх), що виникає органо комплекс майбутньої пробіотичної системи отримує у спадок від мінерального кристала всі його природні параметри, що визначають і складові дифузний процес в кристалі, а саме: вплив найскладнішої і одночасної системи квантів світла, електронів, протонів, ядерних випромінювань, рН, тепла тощо, тобто основи майбутнього метаболізму і гомеостазу в клітці. Йшла, як це можна образно відзначити, природна тренування майбутньої клітини.
Гомеостаз дозволяв уникнути високої дефективності в решітці, а значить і в майбутній пробіотичної системі, після її переходу з кристалічного стану в рідкокристалічне. Структурні елементи майбутніх протоклеток повністю повторюють особливості кристалічної решітки, її дефекти, ізоморфізм, наявність включення інших мінералів. Так, передбачається, що бездефектні області решітки апатиту відповідають неінформативною частини ДНК (в основному сателітний, баластних) - ось природне пояснення відомого факту; дефектна ж область відповідає інформативною зоні ДНК. Місця підвищеної дефективності і сокристаллизации в апатії (див. вище) переважні для формування матричного механізму майбутніх протоклеток, яке, в окремих випадках, не породжує подвійної спіралі ДНК, але і не забороняє формування ланцюгів РНК (вважається, що вони виникли першими), нуклеотидних фрагментів типу АТФ, білків, так чи інакше пов'язаних з КНК або з їх фрагментами (майбутніх ферментів).
Запропонований Е. Костецьким механізм формування органо комплексів майбутніх протоклеток дозволяє відповісти на деякі непрості питання, що стоять в проблемі виникнення життя. Наприклад, самі по собі відпадають питання:
ü Про синтезі біополімерів у воді.
ü Про створення впорядкованої живій системі, що діє проти законів термодинаміки, особливо проти її другого початку, - частина енергії віддається зовні за рахунок зміни типів зв'язків у гратах і заміни решітки на рідкокристалічну.
ü Про виникнення структурної асиметрії (хіральності) біомолекул.
ü Про виникнення матричного механізму синтезу пробіонтов.
ü Про виникнення універсального генетичного коду (через синтез на єдиній матриці апатиту), за відсутності універсальності в будові інших структур через сокристаллизации з іншими мінералами та їх різної дефективностью.
ü Про особливості структури ДНК еукаріотів (сателітного, помірна повторюваність, унікальність) через особливості решітки апатиту, і не дозволяє живим системам позбавлятися протягом мільярдів років від баластної ДНК, в силу необхідності підтримки гомеостатичного стану виникли на кристалі живих систем, і деякі інші , не менш важливі питання про особливості походження життя.
Рушійною силою подальшої еволюції протока льоток, мабуть, були, перш за все, такі змінюються фактори зовнішнього середовища Землі, як рН, температура і, у зв'язку з цим, якість енергії (її слабко виражені ентропійного, роль якої ми відзначали в главі 3), концентрація іонів і кисню в морській воді, наявність органічного матеріалу, симбіотичні процеси і катастрофи на Землі.
Хотілося б відзначити ще одну сучасну гіпотезу про походження життя, висловлену російським геологом Ю. А. Коляснікова, засновану на особливій ролі води. Багато поділяють думку, що вода - головний мінерал світобудови, що має унікально простий склад, але загадкову структуру, до кінця поки не пізнану. Використання води, точніше, її структурних понадстислі тетрамеров (особливих утворень з чотирьох молекул води), обумовлено наявністю в них розподілених порівну правих і лівих Н-зв'язків (водневих зв'язків), тобто обумовлено хіральність тетрамеров. Ще давно П. Кюрі, Л. Пастер і В. Вернадський вважали, що хіральність живої речовини є наслідок дисиметрії навколишнього середовища, в даному випадку - води. Доведено останнім часом, що в концентрованих розчинах кремнезему і біополімерів тетрамерная вода утворює праві і ліві спіральні ланцюжки, в яких, завдяки електричний дипольний входять до їх складу молекул води, може бути записана якась інформація. Використовуючи такі унікальні властивості води, Ю. Колясніков обгрунтовує свою гіпотезу біопоеза, в якій спочатку синтезується лівообертаюча, тобто хіральних, амінокислота, а потім йде синтез Сахаров - основи нуклеїнових кислот, на правих спіральних ланцюжках. Такий синхронний синтез поліпептидів і полінуклеотидів супроводжувався генерацією водних димерів і невблаганно вів до утворення складних нуклепротеідних комплексів, із записом в їх примітивною РНК виникає однозначного генетичного коду.
Крім цих гіпотез, необхідно згадати також про гіпотезу академіка Еріка Галімова, викладеної ним у книжці «Феномен життя» в 2001 році, в якій початком життя визнається поява безкисневому молекули аденіну. Відзначається, що ферментативний каталіз і реплікація кодують молекул є неодмінними властивостями живих систем. Тому шукати треба моделі початкового виникнення автокаталітіческіх і самореплицирующихся систем. Початок біогенезу тоді слід пов'язувати з виникненням елементарної стаціонарної хімічної осередки. Першим кроком у цьому напрямку є поява молекули або молекулярної системи, яка б забезпечила трансформацію енергії зовнішнього середовища в хімічну енергію. Далі необхідно, щоб з хімічною реакцією, що доставляє енергію, могли сполучатися хімічні реакції, здатні до створення нізкоентропійного продукту, тобто реакції, що йдуть з ускладненням організації. Молекулою № 1 в цій гіпотезі визнається аденозинтрифосфат (АТФ) і молекулою № 2 транспортна РНК t-PHK), які, проте, виникають у різний час і в різних умовах (місцях), що робить їх об'єднання проблематичним.
Не можна не вказати і на ідеї, викладені американським фізиком і біофізиком Ф. Дайсоном в його книзі «Походження життя». У ній він, грунтуючись на аналізі великого матеріалу, прийшов до висновку, що черговість у виникненні біополімерний структур могла бути іншою, ніж її пропонують інші автори. За Дайсон, спочатку виникла примітивна клітина, потім ферменти і тільки потім гени. Дайсон вважає, що: 1) на перших етапах живі організми представляли собою метаболічні осередки без механізму реплікації; 2) величезна різноманітність живих організмів виникло на основі порівняно невеликого асортименту молекул органічних речовин; 3) «центральна догма» сучасної біології (ДНК - РНК - білки ) про ключове положення нуклеїнових кислот і їх первинному виникненні повністю неспроможна. «Концепції та принципи біологічного природознавства»
1. Об'єкти біологічного пізнання і структура біологічних наук
Історично біологія розвивалася як описова (феноменологічна) наука про різноманітних формах, видах і взаємозв'язках рослинного і тваринного світу. Це дозволяє на початку XXI століття визначити її як сукупність наук про живу природу, різноманітті існували й існують живих організмів, їх будову і функції, походження, поширення і розвитку, зв'язках один з одним і з неживою природою. Біологія встановлює закономірності, що виникають в живих системах у всіх їх проявах (метаболізм або обмін речовин, спадковість, мінливість, ріст, подразливість, рухливість, пристосовуваність та ін.)
У біології, як ні в якій іншій науці, найважливішу роль відігравали і відіграють методи аналізу, систематизації та класифікації емпіричного матеріалу, закладені вперше Аристотелем, потім продовжені К. Ліннеєм (1707-1778 рр..), Ж. Бюффон (1707-1788 рр.. ), Ж. Ламарком (1744-1829 рр..), Е. Сент-Ілером (1772-1844 рр..) та великим Ч. Дарвіном (1809-1882 рр.).. Структуру біології як науки, як великої сукупності наук сьогоднішнього дня, можна розглядати з декількох точок зору класифікації та систематизації: по об'єктах, за властивостями, за рівнями організації живого, виділяти в ній основні етапи та біологічні парадигми.
По об'єктах дослідження біологію підрозділяють на вірусологію, бактеріологію, ботаніку, зоологію, антропологію.
За властивостями, проявам живого допускається наступна класифікація біологічних наук: морфологія - наука про будову живих організмів; фізіологія - наука про функціонування організмів; молекулярна біологія - наука про мікроструктурі живих тканин і клітин; біоекологія - наука про спосіб життя спільнот рослинного і тваринного світу, їх взаємозв'язках з навколишнім середовищем; генетика - наука про спадковість і мінливість.
За рівнем організації живих організмів виділяють: анатомію - науку про макроскопічному будову тварин і людини; гістологію - науку про будову тканин; цитологію - науку про будову живих клітин.
Історично в біології здійснилися три етапи: 1-й - систематики (К. Лінней); II-й - еволюційний (Ч. Дарвін); III-й - біології мікросвіту (Т. Мендель, 1822-1884 рр..), Кожен з яких породжував відповідну біологічну парадигму (науково-дослідну програму).
Виявлені в ході вивчення живого масштаби дозволяють дати наступну ієрархію (структуру) рівнів організації живих систем, в якій відображені їх складність і закономірності функціонування:
ü Біосферний - розглядає цілісність всіх живих організмів і навколишнього середовища, що породжує глобальну екологію планети.
ü Рівень біогеоценозів - структурний рівень єдності флори і фауни (біоценозу) з населяється географічною областю планети.
Дане визначення біогеоценозу запропонував видатний радянський біолог В. Н. Сукачов; вживається як синонім екосистеми)
ü Популяційно-видовий рівень - утворюється вільно перехресними між собою особами однієї й того ж виду.
ü Організменний або органо-тканинний рівень, - усе про окремі особини: будова; фізіологія; поведінка; функції органів і тканин.
ü клітинному і субклітинному рівні - що відображають особливості функціонування та спеціалізацію клітин, внутрішньоклітинних особливостей.
ü Молекулярний рівень, на якому вирішуються проблеми генетики, генної інженерії та біотехнологій.
Не маючи можливості висвітлити всі аспекти біологічних структур і концепцій, зупинимося лише на особливо значущих.
2. Гіпотези виникнення життя і генетичного коду
Першими поставили як наукову проблему і висунули гіпотезу абіогенного синтезу органічних сполук в умовах первісної Землі російський біохімік А. І. Опарін (1894-1980 рр..), Англійський фізіолог Дж. Холдейн (1860-1936 рр..) Та англійський фізик Дж. Вірна ( 1901-1971 рр..). Складність проблеми самого життя, нерозуміння багатьох чинників і явищ, що мають місце на рівні клітин та організмів (виникнення матричного механізму, універсальність генетичного коду за відсутності універсальності білків, особливості структури ДНК тощо) »змусила багатьох учених найчастіше звертатися до фантастичних гіпотез і теорій походження життя. Так виникли гіпотези типу: життя створена Богом; занесена на Землю з космосу; позаземне послання інших цивілізацій; генетичний код як релікт, який потрапив на Землю від живих систем попереднього циклу Всесвіту, і т. д.
У проблемі походження життя є важко розривається кругова проблема; для саморепродукції нуклеїнових кислот - основи генетичного коду (будемо вважати цей факт добре відомим кожному) - необхідні ферментні білки, а для синтезу білків - нуклеїнові кислоти; ось коло і замкнулося. Що первинне: білки або нуклеїнові кислоти, «курка чи яйце»? Всі існуючі концепції походження життя поділяються на дві - голобіоз і генобіоз. Голобіоз грунтується на первинність структур типу клітин, здатних до елементарного обміну. Це концепція Опаріна і його послідовників. Генобіоз, навпаки, первинними визнає системи з властивостями генетичного коду. Це концепція Дж. Холдейна, гіпотеза так званого «голого гена». Проблема протистояння концепцій зводиться до питання первинності або старшинства - генетичної репродукції перед метаболізмом або, навпаки, метаболізму перед генетичної репродукцією. Але як би не вирішилася ця проблема в майбутньому, зараз треба брати до уваги твердо встановлені факти: діссімметрія або хіральність нуклеїнових кислот ДНК і РНК як фундаментальна ознака живої матерії, первинність молекули РНК (зараз вже під глибоким питанням), наявності у неї автокаталітіческій здібності, поєднання в ній рис фенотипу і генотипу. Але пошук відповідей на питання треба вести і в інших напрямках, особливо беручи до уваги, що хіральність і первинність РНК не могли виникнути в ході тривалої еволюції, а, швидше за все, виникли стрибком, одразу, раптом, за кінцевий час, в лічені роки, місяці, добу або, може бути, навіть годинник!
Одна з останніх гіпотез, що переросла до початку XXI століття в теорію про походження життя, заснована на ідеї М. К. Кольцова про матричному синтезі протоклеток та їх структурних елементів на кристалах апатиту. Запропоновано вона була чверть століття тому владивостоцькому вченими біологом Е. Я. Костецьким і геологом В. В. Чернобровкін. Вони звернули увагу на наступні емпіричні факти: присутність мінералу апатиту в живих системах у складі зубів і кісток, наявність подібності періодичності в 3,4 А 0 (1 А 0 = 10 -8 см, величина приблизно дорівнює розмірам атома, що отримала назву ангстрем на честь шведського фізика Ангстрема) в елементарній комірці апатиту і подвійної спіралі ДНК. Це дало підставу висунути гіпотезу і потім побудувати теорію абіогенного синтезу нуклеїнових кислот, білків, нуклеопротеїдів і полісахаридів ні матриці апатиту як основному джерелі неорганічного фосфату.
Гіпотеза Костецького і Чернобровкіна враховує також той фундаментальний факт, що всі клітинні елементи і цілі організми є рідкокристалічними гомеостатичними структурами. Виходячи зі сказаного, можна вести мову про реальні механізми виникнення життя, грунтуючись на твердофазних ефекти в мінеральних і рідких кристалах. Участь мінералів у процесі виникнення життя робить його закономірним, а час процесу дуже коротким (за кінцевий час, але ніяк не за багато мільйонів або мільярди років). У клітинах, якими ми їх знаємо сьогодні, всі елементи системи так тісно пов'язані один з одним, самоорганізована, що відсутність навіть одного з них, порушує роботу всієї системи.
Первинні пробіонти, мабуть, повинні були представляти собою добре впорядковані освіти. Виникає питання: а чи не були попередники первинних протоклеток органічними кристалами? Адже кристали - це утворення, здатні до самозбирання (про самосборке в живих організмах говорив і академік Микола Семенов), крім того, в них є деяка характерна періодичність, що порушується дефектами. Останні (дефекти) роблять кристали потенційно високо інформаційними, оскільки можуть призводити до утворення безлічі стабільних альтернативних конфігурацій, що є необхідною умовою для зберігання інформації. До речі, американський фізик Ф. Тіплер якось заявив: «Я визначаю життя як якусь закодовану інформацію, яка зберігається природним відбором». Передбачуваний механізм синтезу первинних пробіонтов, а крім того, і їх компонентів, також пояснює теорія Е. Костецького. Розглянемо цей механізм.
Як ми вже зазначали раніше, вік Землі (4,6 млрд. років) майже не відрізняється від віку живих систем і оцінюється в 4,2-4,0 млрд. років. При цьому вважається, що еукаріотичні (тобто клітини з ядром) і прокаріотів (тобто клітини без ядра) клітини мають близький вік. Час виникнення життя збігається з прогресивним метаморфозом базальтової кори, формуванням гранітної оболонки та доглядом щільною первинної атмосфери. Поверхня Землі тоді була нагріта до 600-700 ° С, а з надр Землі йшло активне виділення елементів відновної газової фази у вигляді вільних радикалів. У цей момент із залишкового магматичного розплаву йшло формування пегматитів (апатит, кальцит, слюда, кварц, польовий шпат та ін.) Апатит зазвичай сокрісталлізуется з цими мінералами. Його грати в цей період досить рухома, в кристалі відбувається дифузне заміщення елементів решітки вільними радикалами елементів газової фази, чому сприяють атомні радіуси основних елементів решітки апатиту, що перевершують розміри атомів газової фази в 3-5 разів. У явищах дифузного заміщення ключова роль належить температурі, космічним, ядерною і ультрафіолетовим випромінюванням, що діють на кристал зверху, і полю напруг, створюваному газової фазової, що діє на кристал знизу.
Всі ці фактори послаблюють кристалічну решітку і посилюють міграцію її елементів і полегшують проникнення всередину кристала малих атомів газової фази. Синтез, мабуть, відбувався при температурах близько 200 ° С в безводній середовищі. У силу того, що в одній елементарній комірці апатиту є кілька каналів проникнення газових частинок, одночасно могло синтезуватися кілька органічних молекул і між ними могли виникати взаємодії. Не можна виключати того, що навколо одного осередку могли синтезуватися відразу декілька, аж до 6 пар, ланцюгів ДНК з білком, тобто міг реалізовуватися варіант появи в одній протоклетки різного числа хромосом. У ході односпрямованого синтезу (знизу-вверх), що виникає органо комплекс майбутньої пробіотичної системи отримує у спадок від мінерального кристала всі його природні параметри, що визначають і складові дифузний процес в кристалі, а саме: вплив найскладнішої і одночасної системи квантів світла, електронів, протонів, ядерних випромінювань, рН, тепла тощо, тобто основи майбутнього метаболізму і гомеостазу в клітці. Йшла, як це можна образно відзначити, природна тренування майбутньої клітини.
Гомеостаз дозволяв уникнути високої дефективності в решітці, а значить і в майбутній пробіотичної системі, після її переходу з кристалічного стану в рідкокристалічне. Структурні елементи майбутніх протоклеток повністю повторюють особливості кристалічної решітки, її дефекти, ізоморфізм, наявність включення інших мінералів. Так, передбачається, що бездефектні області решітки апатиту відповідають неінформативною частини ДНК (в основному сателітний, баластних) - ось природне пояснення відомого факту; дефектна ж область відповідає інформативною зоні ДНК. Місця підвищеної дефективності і сокристаллизации в апатії (див. вище) переважні для формування матричного механізму майбутніх протоклеток, яке, в окремих випадках, не породжує подвійної спіралі ДНК, але і не забороняє формування ланцюгів РНК (вважається, що вони виникли першими), нуклеотидних фрагментів типу АТФ, білків, так чи інакше пов'язаних з КНК або з їх фрагментами (майбутніх ферментів).
Запропонований Е. Костецьким механізм формування органо комплексів майбутніх протоклеток дозволяє відповісти на деякі непрості питання, що стоять в проблемі виникнення життя. Наприклад, самі по собі відпадають питання:
ü Про синтезі біополімерів у воді.
ü Про створення впорядкованої живій системі, що діє проти законів термодинаміки, особливо проти її другого початку, - частина енергії віддається зовні за рахунок зміни типів зв'язків у гратах і заміни решітки на рідкокристалічну.
ü Про виникнення структурної асиметрії (хіральності) біомолекул.
ü Про виникнення матричного механізму синтезу пробіонтов.
ü Про виникнення універсального генетичного коду (через синтез на єдиній матриці апатиту), за відсутності універсальності в будові інших структур через сокристаллизации з іншими мінералами та їх різної дефективностью.
ü Про особливості структури ДНК еукаріотів (сателітного, помірна повторюваність, унікальність) через особливості решітки апатиту, і не дозволяє живим системам позбавлятися протягом мільярдів років від баластної ДНК, в силу необхідності підтримки гомеостатичного стану виникли на кристалі живих систем, і деякі інші , не менш важливі питання про особливості походження життя.
Рушійною силою подальшої еволюції протока льоток, мабуть, були, перш за все, такі змінюються фактори зовнішнього середовища Землі, як рН, температура і, у зв'язку з цим, якість енергії (її слабко виражені ентропійного, роль якої ми відзначали в главі 3), концентрація іонів і кисню в морській воді, наявність органічного матеріалу, симбіотичні процеси і катастрофи на Землі.
Хотілося б відзначити ще одну сучасну гіпотезу про походження життя, висловлену російським геологом Ю. А. Коляснікова, засновану на особливій ролі води. Багато поділяють думку, що вода - головний мінерал світобудови, що має унікально простий склад, але загадкову структуру, до кінця поки не пізнану. Використання води, точніше, її структурних понадстислі тетрамеров (особливих утворень з чотирьох молекул води), обумовлено наявністю в них розподілених порівну правих і лівих Н-зв'язків (водневих зв'язків), тобто обумовлено хіральність тетрамеров. Ще давно П. Кюрі, Л. Пастер і В. Вернадський вважали, що хіральність живої речовини є наслідок дисиметрії навколишнього середовища, в даному випадку - води. Доведено останнім часом, що в концентрованих розчинах кремнезему і біополімерів тетрамерная вода утворює праві і ліві спіральні ланцюжки, в яких, завдяки електричний дипольний входять до їх складу молекул води, може бути записана якась інформація. Використовуючи такі унікальні властивості води, Ю. Колясніков обгрунтовує свою гіпотезу біопоеза, в якій спочатку синтезується лівообертаюча, тобто хіральних, амінокислота, а потім йде синтез Сахаров - основи нуклеїнових кислот, на правих спіральних ланцюжках. Такий синхронний синтез поліпептидів і полінуклеотидів супроводжувався генерацією водних димерів і невблаганно вів до утворення складних нуклепротеідних комплексів, із записом в їх примітивною РНК виникає однозначного генетичного коду.
Крім цих гіпотез, необхідно згадати також про гіпотезу академіка Еріка Галімова, викладеної ним у книжці «Феномен життя» в 2001 році, в якій початком життя визнається поява безкисневому молекули аденіну. Відзначається, що ферментативний каталіз і реплікація кодують молекул є неодмінними властивостями живих систем. Тому шукати треба моделі початкового виникнення автокаталітіческіх і самореплицирующихся систем. Початок біогенезу тоді слід пов'язувати з виникненням елементарної стаціонарної хімічної осередки. Першим кроком у цьому напрямку є поява молекули або молекулярної системи, яка б забезпечила трансформацію енергії зовнішнього середовища в хімічну енергію. Далі необхідно, щоб з хімічною реакцією, що доставляє енергію, могли сполучатися хімічні реакції, здатні до створення нізкоентропійного продукту, тобто реакції, що йдуть з ускладненням організації. Молекулою № 1 в цій гіпотезі визнається аденозинтрифосфат (АТФ) і молекулою № 2 транспортна РНК t-PHK), які, проте, виникають у різний час і в різних умовах (місцях), що робить їх об'єднання проблематичним.
Як бачимо, гіпотез і думок про початок походження життя багато. Але ми будемо вважати, як даність, що необхідна нам клітина, як елементарна одиниця життя, виникла. У процесі еволюції обміну речовин (метаболізму) у клітині і вироблення нею енергії, можна виділити 4 етапи або фази. Перший - ферментація, побічним продуктом якої є вуглекислий газ. Другий етап - гексозомонофосфатний цикл, в ході якого виділяється водень і вуглекислий газ і який є одним з перших прикладів метаболічного розщеплення води у фізіологічному процесі, що дає клітині необхідну їй енергію. Третій етап - фотофосфорілірованіе, тобто безпосереднє використання сонячної енергії для вироблення фосфатів, в тому числі, таких, як аденозинтрифосфат (АТФ), що володіють високою енергією. На цьому етапі розвитку одноклітинні організми навчилися виробляти пігмент - хлорофіл, за допомогою якого утворюється енергія світла. Це призвело до четвертого, найважливішого і фундаментального етапу, - етапу фотосинтезу. Клітка початку поглинати сонячне світло для синтезу глюкози, виділяючи в якості побічного продукту молекулярний кисень. Таким чином, кисень почав потрапляти в атмосферу.
Існує, однак, одна незвичайна гіпотеза про появу кисню в атмосфері, висловлена російським геофізиком О. Сорохтіна. Він вважає, що перший кисень в атмосфері з'явився і продовжує з'являтися в нашу епоху з-за розплавлення окислів, в основному оксидів заліза, які досягли, при опусканні разом з мантією, межі ядра Землі. Звільнившись з оксиду, кисень йде вгору, зустрічає знову не окислене залізо, захоплюється ним, йде знову вниз до кордону мантії, розплавляється, знову звільняється і так до тих пір, поки шлях вгору до поверхні Землі і далі, в атмосферу, не стає вільним! До речі, як вважає автор гіпотези, коли всі процеси в надрах Землі закінчаться, приблизно через 2 млрд. років, весь кисень, поступово, звичайно, вийде назовні, і тоді тиск в атмосфері досягне значень 1-2 тисяч атмосфер.
3. Концепції початку і еволюції життя
Оскільки життя з'явилася напевно, коли з'явилася перша клітина, то відлік життя необхідно вести від клітини. Життя клітин формувала навколишнє середовище і самих клітин, так стверджує основна гіпотеза у вченні про біосферу В. І. Вернадського. Клітини, спочатку примітивні і недиференційовані по можливостях і здібностях, все ж таки трохи (Флуктуативно, як це належить для виникнення всього нового і незвичайного) по цих функцій, тобто здібностям і можливостям, відрізнялися.
У первісну епоху атмосфера Землі складалася з вулканічних газів, отруєних метаном і аміаком, не було тоді ні кисню, ні вуглекислого газу - нічого іншого, що необхідно для підтримки життя (подробиці див у книзі академіка Е. М. Галімова. «Феномен життя» , 2001). Без ризику помилитися, можна стверджувати, що тільки в океані могла розвинутися життя, в якому вона представлена незліченним розмаїттям форм, починаючи з що з'явилися, щонайменше, 4,2-4,0 млрд. років тому і закінчуючи сьогоднішніми, що знаходяться в єдності з минулим.
Океан того часу представляв собою щось на зразок органічного бульйону, в якому могло відбуватися все те, що призвело в кінцевому підсумку до утворення клітини. Але життя навіки залишилася пов'язаної з океаном. В організмах більшості морських безхребетних циркулює розчин іонів, який, по суті, є морською водою. Кров хребетних за іонним складом близька морській воді, розведеної у 3-4 рази, що, за припущенням ряду вчених, відповідає складу морської води далекого минулого, того, коли у наших предків утворилася закрита система кровообігу.
Планктон, перш за все синьо-зелені водорості (перші одноклітинні організми), які існують і понині, в допалеозойских еру наповнив атмосферу киснем (але не виключаємо, що кисень міг надходити з надр Землі, відповідно до гіпотези російського геофізика О. Сорохтіна, як ми вкажемо в наступному пункті) в кількості, достатній для еволюції багатоклітинних вже за 10 млн. років до кембрійського періоду, тобто 600-650 млн. років тому. Скелети і раковини найдрібнішого одноклітинного планктону - радіолярії і форамініфери - сформували в той період дно Світового океану.
Наступним кроком в еволюції багатоклітинних організмів слід вважати виникнення рослин і тварин. Це відбувалось у кілька етапів. На першому етапі клітини просто об'єднувалися в колонії, в якій кожна клітина залишалася відносно самостійною. У колонії, наприклад, у португальському кораблику, виникла спеціалізація клітинних організмів. Принаймні, у португальському кораблику таких різновидів спеціальних організмів чотири: перший виконує функції плавця, другий щупальця - знаряддя лову, третій - травного тракту, і четвертий відповідає за функцію розмноження.
У міру подальшої «спеціалізації» живі організми, що входять до складу більш великого організму, втратили свою індивідуальність. У нього стала утворюватися порожниста сфера, що має два шари: ентодерми (внутрішній шар) і ектодерми (зовнішній шар), і ротовий отвір, що веде до центральної, травну, порожнину. Така елементарна структура, що є основою будови тіла всіх кишковопорожнинних, наприклад, медуз.
Структура тварин удосконалювалася, утворювався середній шар - мезодерма, і сформувалася порожнину тіла (як у черв'яків). Пізніше з ектодерми утворилися нервова система та інші органи. Спочатку ж відбулася його перебудова, а саме, виник шар, що захищає м'які тіла тварин (кишковопорожнинних), але не призвів до утворення непотрібних їм у водах океану тканин. Це сталося пізніше і за участю мезодерми: коли почалася міграція живих істот з океану, тоді розвинувся внутрішній скелет (з'явилися хордові, хребетні).
Всю історію, еволюцію організмовому життя, можна простежити в трьох вимірах. По-перше, в діахронному, або тимчасове, вимірі. По-друге, в синхронному вимірі, вважаючи, що всі або майже всі форми життя, які коли-небудь існували, існують і тепер. І, по-третє, в мінрохронном вимірі, що обумовлено рекапітуляція (повторенням) предкової форм в індивідуальному розвитку ембріонів більшості нині живих організмів.
У першому вимірі життя постає по вертикалі, по часовій шкалі, в другому вимірі життя постає як би по горизонталі, починаючи шлях від найпростіших організмів до найбільш складним, а от третій вимір стискає всі ці епохи життя до періоду виношування плоду.
Біологічні науки точно встановили, що в першому, в діахронному вимірі, в палеозойську еру, в докембрійський період (епоху) (не раніше 600 млн. років тому) з'явилися губки; в кембрійський (500-600 млн. років тому) - трилобіти, молюски і перші ракоподібні; в ордовик (425-500 млн. років тому) - двостулкові молюски, наутілонди і перші хребетні, перші риби; в силурийский період (405-425 млн. років тому) - коралові рифи; в девон (345-405 млн . років тому) - численні риби і земноводні, поява комах; в кам'яновугільний період (280-245 млн. років тому) - гігантські комахи; в пермський період (230-280 млн. років тому) вимирають трилобіти, процвітають плазуни. У мезозойську еру в тріасі (181-230 млн. років тому) - з'являються перші ссавці; в юр і крейда (63 - 181 млн. років тому) - час розквіту і вимирання динозаврів. І, нарешті, в кайнозойську еру в третинному періоді (1-63 млн. років тому) ссавці поширилися на суші, і в ранньому четвертинному періоді з'явився чоловік (близько 5-1 млн. років тому), який пережив чотири льодовикових періоду в ці роки становлення і змужніння.
Можна відзначити два видатних моменту у зазначеній еволюції. Перший - походження хребетних від простих сидячих (нерухомих) форм, що з'явилися шляхом фільтрації, і другий момент - перехід від риби до земноводному. Тіла сидячих організмів, практично травна система, прикріплялися ніжкою до морського дна, тоді як інші ніжки направляли плаваючі харчові частинки в ротовий отвір. У ході еволюції удосконалювався їх апарат фільтраційного живлення, так що, врешті-решт, він перетворився на ряд зябрових щілин, первинною функцією яких було не дихання, а живлення. У якийсь момент еволюції після брунькування і освіти личинок, пересуваючись у пошуках відповідного місця, личинка з великою головою із зябрами і м'язистим хвостом, посиленим поздовжньої желеподібної хордою - кого наявний нотокорд (прообразом хребта), швидко переходила на дорослу форму покривники, яка не завжди супроводжувалася сидячій стадією, а іноді замінялася на вільно плаваючу.
Сполучною ланкою між рибами і земноводними є целакант (родич кистеперих риб). У целакантів з парних плавників розвинулися кінцівки, тоді ж утворилося щось на кшталт легенів, внаслідок чого вони пристосувалися для дихання і пересування на суші, тому й змогли розвинутися земноводні.
У другому, «синхронному» вимірі еволюції, можна взяти, наприклад, складну, з відгалуженнями харчовий ланцюг. Тоді ми побачимо, як дрібні рослини, діатомние водорості і всілякі жгутикові, які й становлять фітопланктон, плавають у поверхневих водах, як дрібні тварини - весільного рачки, криль або личинки крабів - поїдають цей фітопланктон. А їх, у свою чергу, поїдають більші риби, наприклад, скумбрія або оселедця, що закінчують своє існування в шлунках ще більших риб, таких як тунець чи меч-риба. Взагалі, тільки одна риба з 10 000 не закінчує своє життя в пащі інший. Можна також, в синхронному вимірі, розташувати всі живі істоти в залежності від місця проживання і т. д.
У третьому, мікрохронном вимірі, найбільш вражаючим є розвиток зародка людини. Зародок проходить всі стадії найдрібнішого істоти, схожої на пуголовка, хордових, хрящового анімалькуля, перш ніж стане хребетним, і стадії організму, дихаючого зябрами, перш ніж з'являться легені. У кожної з стадій цього швидкого розвитку є відповідна минулого просторово-часова точка (прямо можна сказати - світова точка в просторі Мінковського). Так, наприклад, у плода людини серце розвивається як просте розширення головного кровоносної судини. Розширений ділянку розділяється на чотири частини, розташовані одна за одною. Потім посудину перекручується назад і набуває кулясту форму (куля найбільш досконала симетрична форма з просторових), причому два відділи складаються (вушка передсердь) над двома іншими (шлуночками). Це і є серце.
Таку ж складну, з трьох вимірі, модель можна побудувати і для всієї біосфери, включаючи океани, де життя зародилося, прісноводні водойми, де вона розвинулася так потужно.
Розгортання життя. Дарвінізм і неодарвінізм. Перша теорія еволюції була сформульована на початку XIX століття Жаном Батистом Ламарком - видатним натуралістом-самоучкою, тим, хто ввів термін «біологія». Ламарк зробив сильний вплив на Чарльза Дарвіна. Але цей вплив вже практично було відсутнє, коли Дарвін опублікував свою теорію в 1859 р. у фундаментальній праці «Походження видів шляхом природного відбору, або збереження обраних порід в боротьбі за виживання». До речі, в іншому варіанті додаток до першого, головному назвою перекладається так: «Збереження обраних рас у боротьбі за виживання» (з латини перекладається як раса рід, порода). Слід зазначити, що одночасно з цією книгою була опублікована також стаття іншого англійця Альфреда Уоллеса «Про прагнення різновидів нескінченно віддалятися від початкового типу», в якій викладалися погляди, абсолютно схожі з поглядами Дарвіна, однак без будь-яких претензій Уоллеса на пріоритет, який він беззастережно віддавав своєму більш іменитому земляку. Теорія Дарвіна грунтувалася на двох ідеях: випадкові мутації і природний відбір. Центральна думка дарвінізму полягає в тому, що всі живі організми мають спільний початок, спільне походження. Різниця між класичною теорією еволюції (дарвінізм) і новими теоріями (неодарвінізм) полягає в різному підході до розгляду динаміки еволюції. Згідно з твердженнями Дарвіна, спадкові характеристики передаються нащадкам від їхніх батьків по 50% порівну в першому поколінні; таким чином, у другому поколінні успадковується лише 25% характерних ознак і т. д. У цьому відношенні класична теорія Дарвіна мала явний дефіцит (званий «кошмар Дженкінса », по імені англійського інженера Дженкінса, який звернув на нього увагу вченого світу), не узгоджуючись з реальним життям. Проповідниками Дарвінському вчення стали Ернст Геккель і Герберт Спенсер, особливо останній закріпив у ньому термін еволюція, хоча сам Дарвін вважав за краще це поняття не вживати.
Рішення останньої проблеми прийшло разом з відкриттям Менделем у 1866 році механізму передачі спадкових ознак (але, як відомо, робота Менделя і його закони залишалися непоміченими в наступні 40 років, до їх пере відкриття). Комбінація ідей Дарвіна про поступові еволюційних змінах живих організмів з генетичним механізмом Менделя і відбувається в теорії, що носить зараз назву неодарвінізм, або синтетична теорія еволюції. І в дарвінізму, і у неодарвінізму є слабка ланка в їх теоретичних побудовах - повинність поступового безперервної зміни живих організмів.
Як показують дослідження викопних організмів, в історії життя існували періоди тривалістю в сотні тисяч років і більше, протягом яких не спостерігалися зміни організмів. Період бурхливого зміни живих організмів на Землі почався приблизно 1 мільйон років тому. У зв'язку з цим виник новий напрям у теорії - системні уявлення еволюції. У цій теорії можливо спонтанне утворення нових форм живих структур. Джеймс Ловлок і Лінн Маргуліс розвинули теорію Гея - Землі (ГЗ), яка в загальних рисах полягає в тому, що не можна розглядати розвиток живих організмів у відриві від розвитку, мінливості навколишнього середовища. Згідно ГЗ - теорії, немає окремих живих організмів, є в цілому глобальна система, яка живе, розвивається, еволюціонує.
Еволюція через симбіоз. У мікробіології вважається, що фундаментальне розподіл форм життя полягає не в поділі на тваринні та рослинні форми, а розподіл цих форм по виду клітин - ядерні (еукаріоти) і без'ядерні (прокаріоти). Бактерії, найпростіші форми життя, не мають клітинного ядра і тому називаються прокаріотами, тоді як клітини, які містять ядра, називаються еукаріотами. Однією з ключових гіпотез сучасної теорії еволюції є гіпотеза Лінн Маргуліс про симбіоз. Симбіоз - це тенденція різних організмів жити в тісній співдружності з іншими організмами і часто жити усередині інших організмів (як, наприклад, це роблять бактерії). Згідно з гіпотезою Л. Маргуліс, мітохондрії в клітинах були в давні часи окремо існуючими бактеріями, що впровадили колись усередину клітин іншого організму. Запропонований Маргуліс еволюційний механізм шляхом симбіозу, може бути, був більш важливим і кращим, ніж стандартний шлях еволюції по Дарвіну, який сьогодні ніяк не можна вважати бездоганним і безальтернативним іншим пропонованим механізмам.
4. Системна ієрархія організації живих організмів і їх спільнот
Всі живі істоти (як тварини, так і рослини) складаються з клітин. З клітин будуються тканини, з тканин - різні органи та їх системи. Клітини тварин і рослинних організмів мають приблизно однакову будову. Найважливішою їх частиною є ядро. Воно контролює всю життєдіяльність клітини: обмін речовин, ріст і розмноження. Видалення ядра з клітини призводить до її загибелі.
Ядро клітини оточене напіврідкої субстанцією - цитоплазмою. Цитоплазма майже всіх рослин містить невеликі білкові тільця - пластиди. У пластидах укладено хлорофіл - речовина, яка надає рослинам зеленого забарвлення. Завдяки наявності хлорофілу, рослини здатні здійснювати процес, званий фотосинтезом. У ході фотосинтезу рослини, використовуючи енергію сонячного світла, перетворюють на органічне речовина величезна кількість вуглецю (за підрахунками вчених, близько 200 мільярдів тонн щорічно).
Кожна клітина тварин і рослин оточена плазматичною мембраною. Мембрана відіграє надзвичайно важливу роль у регулюванні вмісту клітини: через неї проходять всі поживні речовини і всі відходи (продукти секреції) клітини. Рослинні клітини, крім мембрани, забезпечені ще щільною клітинною стінкою. Вона у багатьох місцях має найдрібнішого розміру отвори, через які речовина однієї клітини переходить в іншу. Клітинна стінка служить опорою рослинного організму.
Основні структурні відмінності між тваринами і рослинними клітинами нечисленні. По-перше, тваринні клітини, на відміну від рослинних (виключаючи нижчі рослини), містять невеликі тільця - центріолі, розташовані в цитоплазмі. По-друге, як уже говорилося, клітини рослин мають у своїй цитоплазмі білкові освіти - пластиди, яких немає у тварин. І, по-третє, клітини рослин мають згаданої раніше клітинною стінкою, завдяки якій вони зберігають свою форму. Тварини клітини мають у своєму розпорядженні лише тонкою плазматичною мембраною і тому здатні рухатися і змінювати форму.
Всі живі організми, тобто рослини і тварини, характеризуються, в тій чи іншій мірі, певними розмірами і формою, обміном речовин, рухливістю, подразливістю, зростанням, розмноженням і пристосовуваністю. Перераховані вище властивості відрізняють живе від неживих об'єктів. Визначити ж, які істоти відносяться до рослин, а які до тварин, зовсім не просто, як може здатися на перший погляд. Звичайно, знайомі більшості людей такі представники тваринного світу, як домашні тварини, а рослинного - різні види дерев, чагарників і трав не викликають особливих труднощів.
Проте в природі існує ряд організмів, які знаходяться як би посеред двох царств - рослин і тварин. Для прикладу назвемо найпростіше одноклітинне істота евглену зелену. Вона рухається як тварина, а харчується як рослина. Таким чином, Евглена являє собою як би перехідний ланка між рослинним і тваринним світом.
Які ж властивості і відмінності живих організмів дозволяють нам відносити одні до рослин, інші до тварин? Ми вже їх назвали при характеристиці тварин і рослин. Повторимо ще раз найбільш важливі. По-перше, відмінності в способі харчування, по-друге, відмінності в структурі клітин і їх здатності до росту (у рослин, на відміну від тварин, деякі клітини зберігають здатність до активного зростання протягом всього життя рослинного організму). І, по-третє, відмінності у здатності до руху: більшість рослин прикріплено до одного місця, значна ж частина тварин веде рухливий спосіб життя.
Розплутати складну мережу спорідненості організмів, визначити ступінь їх спорідненості - ось завдання, яке натуралісти прагнули вирішити в першу чергу. У результаті невпинних пошуків вчених у XVII столітті з'явилася класифікація, систематика, живих істот, що не втратила свого значення і до сьогодні. Її запропонував великий шведський вчений-систематик Карл Лінней.
Лінней вирішив дати назви всім рослинам і тваринам, які були відомі в його час. Остаточне завершення ця робота отримала в його творі «Система природи», опублікованому в 1735 році. Класифікацією Ліннея, запропонованими їм назвами рослин і тварин, до цих пір користуються ботаніки й зоологи всього світу. Найменшій систематичної одиницею у Ліннея, а також у всіх системах, які створювалися вже після нього, став вигляд, найбільшої - тип. У всій складності і подробицях систематику Ліннея та інших ми тут розглядати не будемо, обмежимося мінімумом відомостей.
Вид - сукупність (популяція) подібних особин, які мають однакову будову і функції. У природі особини одного виду схрещуються тільки між собою. Близькоспоріднені види групуються в наступну, більш високу систематичну одиницю - рід.
Наукове (латинське) найменування тварин і рослин складається з двох слів. Це дозволяє уникнути плутанини при класифікації. Подвійні назви, перше з яких позначає рід, друге - вид, отримали всі рослини і тварини. Так домашню кішку (сіамську, перську, абіссінських і т. п.) Лінней назвав Felis domestica. До цього ж роду належать «цар звірів» - лев (Felis leo), тигр (Felis tigris), леопард (Felis pardus).
Подібно до того, як види об'єднуються в роди, близькі пологи складають сімейства, сімейства - порядки, чи лави, а останні - класи. Рід кішок, рід собак і людський - всі ставляться до класу ссавців. Класи об'єднуються у типи. І ссавці, і земноводні, і птиці, і риби - всі належать до типу хребетних; як сильно вони ні різняться між собою, для всіх них характерний один загальний ознака - хребет і кістковий скелет.
Сьогодні вченим відомо, що на нашій планеті є 31 рід бактерій, 150 пологів (1400 видів) синьо-зелених водоростей (загальна кількість видів водоростей досягає 40 тисяч); близько 200 тисяч видів грибів; близько 16 тисяч видів лишайників; мохів - понад 18 тисяч видів. Кількість всіх видів рослин досягає 500 тисяч. Причому не все ще види рослин вдалося відкрити, і хто знає, які ще несподіванки чекають дослідників.
Ще більше на Землі тварин. Найпростіших одноклітинних організмів зараз відомо близько 15 тисяч видів; кишковопорожнинних - від 5 до 9 тисяч; черв'яків плоских - 6500 видів; черв'яків круглих - від 5 до 8 тисяч, хробаків кільчастих - до 7600 видів; ссавців - 12540 видів; птахів - 16 тисяч; плазунів і земноводних - 9 тисяч, риб - 20 тисяч видів. А всього видів хребетних - близько 70 тисяч, видів всіх тварин, що населяють Землю, - понад півтора мільйона.
Учені поки не встановили, до якого виду або підвиду тварин можна віднести деякі групи мешканців нашої планети. Свого часу Лінней зауважив, що все не так просто вкладається в його систему. Неможливо було не звернути уваги на гібриди та помісі, що виникли, очевидно, набагато пізніше «створення світу». І віруючий, але принциповий і чесний учений, яким був Лінней, висловив крамольні, з точки зору церкви, думки про те, що сама природа перемішала і помножила існуючі види. Вже Лінней розумів, що весь живий світ у своєму існуванні проходить кілька ступенів змін. І хоча шведський вчений не вважав себе прихильником еволюційного вчення (за часів Ліннея це була теорія еволюції Ламарка), пізніше його систематика, численними фундаментальними факторами, допомогла Чарльзу Дарвіну створити теорію еволюції.
Поступово ставало очевидним, що всю живу природу можна було б порівняти з ієрархічною «сходами» істот. На нижніх її щаблях - найпростіші одноклітинні організми, на верхніх - нескінченно складні істоти, рослини, тварини і, нарешті, людина.
У міру того, як ми знайомимося з життям нині існуючих видів, стає ясно, що кожен вид залежить ще й від інших живих істот, і від тих умов, в яких він живе. Отже, життя будь-якого виду залежить від багатьох складних взаємозв'язків, географічних особливостей розташування материків і т. д.
5. Екосистеми, екологія та взаємовідносини живих істот
Закономірності взаємовідносин живих істот з навколишнім середовищем вивчає спеціальна наука - екологія. У перекладі з грецької мови слово «екологія» означає; «вивчення дому». Іноді «будинок», місце проживання, буває несподіваним.
Всі організми, що існують на Землі, пристосувалися до певного атмосферного тиску. Однак за допомогою куль-зондів вдалося виявити спори бактерій і цвілевих грибків на висоті 33 кілометрів, де тиск значно нижче. Бактерії живуть в радіоактивних уранових рудах, у сірководневої середовищі, навіть у такому отруйній речовині, як концентрований розчин хлористої сулеми. Бактерії були виявлені й на глибині 4 тисяч метрів - у нафтоносних шарах, і в гарячих джерелах, багатих борною кислотою. Живі організми існують і при гігантських тисках - на глибині понад 10 кілометрів, і в холоді вічних льодів Арктики і Антарктики.
І в пекучій, здавалося б, зовсім млявою Сахарі, де вологість досягає всього 0,5 відсотка, існує 98 видів бактерій, 28 видів грибів і 84 види водоростей. Живі істоти, деякі, іноді можуть довгий час обходиться без води. Що мешкає в Північній Нігерії комар відкладає яйця в найдрібніші щілини скель, заповнені водою. Коли маленькі калюжки висихають, личинки комара призупиняють свій розвиток. Але варто пройти новому дощу, і вони, як ні в чому не бувало, оживають знову.
Дріжджі і кілька видів бактерій здатні існувати навіть у безкисневому середовищі. Личинки комара хірономуса живуть і розвиваються у воді, яка містить в тисячу разів менше кисню, ніж звичайне повітря. У воді деяких водойм буває в 2 тисячі разів менше кисню, ніж у повітрі, але й там є життя.
Всі живі істоти володіють колосальним біотичних потенціалом, інакше кажучи, здатні розмножуватися з такою швидкістю, що, якщо б їх розмноженню ніщо не перешкоджало, вони наповнили б собою всю біосферу.
Що ж протидіє такому перенаселення? Чому, незважаючи на дивовижну пристосованість до несприятливих умов, живі організми все-таки гинуть?
Голод, нещасні випадки, стихійні лиха, хвороби, знищення одних видів іншими - всі, разом узяті, причини такого роду називають опором середовища. Кожен вид повинен був виробити такі якості, які б дозволяли йому долати цей опір середовища. Протягом мільйонів або навіть мільярдів років виникла адаптація - пристосованість до навколишніх умов, або та знаменита «доцільність», яка вражає уяву і здається часом надприродною.
Кожна з адаптацій з'явилася в результаті того, що середовище постійно відсівали несприятливі спадкові зміни, що з'являються у всіх без винятку видів рослин і тварин. Дія природного відбору не припиняється ні на хвилину - виживають тільки найбільш пристосовані.
Екологи вивчають різні типи пристосовності, і вже виявлені деякі закономірності, які допомагають зрозуміти це чудове властивість всього живого. Відомі три основних типи адаптації: структурні зміни-забарвлення, будови тіла окремих органів і т. п.; фізіологічні та поведінкові.
Групу організмів, що відноситься до одного чи близьким видам і займає певну область, в екології називають популяцією. Популяції входять до складу біоценозів - у сукупність рослинних і тваринних організмів, що населяють ділянку середовища проживання.
Перш ніж продовжити розгляд будь-яких конкретних екосистем, визначимо їх основні елементи.
ü Абіотичних (нежива) середовище - вода, мінеральні речовини, гази, органічні речовини неживої природи і гумус.
ü Продуценти (автотрофи) - виробники первинної біологічної продукції. До них відносять живі істоти, здатні будувати себе з неорганічних матеріалів (вуглекислого газу, води, мінеральних речовин) в процесі придбаного і успадкованого з реліктових часів фотосинтезу.
ü Консументи (вони ж гетеротрофи) - організми, які є в харчового ланцюга споживачами органічної речовини. Консументи першого порядку - травоїдні тварини; консументи другого, третього і т. д. порядків - хижаки.
ü Редуценти (від лат. повертає, відновлює), вони ж деструктори, разлагателі - організми (сапротрофи), розкладають мертве органічна речовина, перетворюючи його в неорганічні речовини, які в змозі засвоювати інші організми - продуценти. Редуценти - це бактерії, гриби, інші мікроорганізми, а також черв'яки, личинки комах, інші дрібні грунтові організми, здатні перетворювати органічна речовина в мінеральні сполуки. Взаємодія продуцентів, консументів і редуцентів забезпечує біотичний кругообіг. Останній являє собою безперервний процес створення та деструкції органічної речовини. Все живе речовина біосфери оновлюється в середньому за 8 років. В океані циркуляція йде у багато разів швидше, наприклад, маса фітопланктону оновлюється щодня, зміна кисню в атмосфері відбувається за 2000 років.
У природі взаємовідносини різних видів тварин, рослин вкрай різноманітні. Буває так, що одні види допомагають іншим: наприклад, на панцирах багатьох крабів мешкають корали або актинії, допомагають крабам маскуватися. Інший приклад: найпростіші жгутикові, що живуть у кишечнику термітів, виділяють фермент, без якого терміти не могли б нормально перетравлювати деревину і розщеплювати її до цукрів.
Але далеко не всі відносини між різними видами можна назвати добросусідськими. Вони набувають діаметрально протилежний характер, коли, наприклад, цвілеві гриби пригнічують ріст бактерій, хижак знищує жертву, а паразит губить господаря. Однак і вони не завжди шкідливі для виду в цілому: під впливом природного добору у природі встановлюється необхідну рівновагу.
А якщо така рівновага порушується, це призводить до воістину вражаючих результатів. Раніше до деяких видів тварин чи рослин було прийнято застосовувати термін «шкідливий» або «корисний». Так, наприклад, бур'ян на полі, де росте пшениця, - «шкідливий», кішка, нищівна мишей, - «корисна» і т. п. Зараз вже ні в кого не викликає сумніву, що для нормального існування спільнот потрібні різні їхні ланки, незалежно від того, шкідливі вони чи корисні для людини.
Ще один показовий приклад. На північному схилі Великого Каньйону в Колорадо (США) знищили вовків для того, щоб збільшити кількість оленів. Олені безперешкодно розмножувалися, і скоро їх стадо зросло до 100 тисяч голів. Їжі для такої кількості тварин виявилася недостатньо, і олені стали гинути від голоду. Врешті-решт, їх поголів'я зменшилося в 10 разів. При з'ясуванні причин загибелі тварин виявилося, що, коли в цьому районі існували вовки, серед оленів підтримувалося стійка рівновага, при якому їх число відповідало запасами їжі.
Більшість співтовариств безперервно змінюється - і від сезону до сезону, і день у день, і навіть в кожну хвилину. Спільнота може складатися в основному з тварин або, навпаки, з рослин. Зміни, що відбуваються з співтовариством на будь-якій стадії його розвитку, зачіпають більшість входять до нього організмів. Поява нових рослин або тварин супроводжується змінами зовнішнього середовища, які, як правило, сприятливі для нових видів і несприятливі для старожилів. Поступово перебудова в біоценозі сповільнюється, і він досягає рівноваги. Але досягнута рівновага теж тимчасово.
«Навіть кораловий риф - один з найбільш стабільних біоценозів, - і той схильний до значних змін. При кожному тривалому піднятті або зниженні рівня моря, при кожному повільному переміщенні земної кори сам корал, що є підставою гігантського біоценозу рифу, може повністю загинути. Тому точніше говорити не про загальну рівновагу в природі, а про безліч рівноваг у світі живих істот », - писав Л. Фарб в« Популярної екології ».
Плідна дослідження екологічних закономірностей вимагає участі вчених різних спеціальностей. Останнім часом ми все частіше чуємо розмову про нові прикордонних міждисциплінарних областях знань - біофізиці, біохімії, фізичної хімії і т. д. Ці науки виникають на стику декількох дисциплін: фізики та біології, наприклад, біофізика. Одним з таких стиків природничих наук є біолого-математичне моделювання. Як відомо, оточуючий нас світ піддається кількісному опису. Перефразовуючи відомий вислів видатного російського фізіолога і мислителя Івана Михайловича Сєченова, можна сказати, що все: від блиску далеких зірок, шуму океанського прибою і польоту бджоли до першого крику дитини, натхненного танцю балерини і творчої мрії вченого - можна описати кількісно. Звичайно, від цього «можна» до реального «описати шлях довгий і важкий, але цілком переборний сучасної наукової і технічної думкою.
У наші дні біологи досліджують існування живого на різних рівнях - від невеликих ділянок, де мешкають окремі види рослин і тварин, і до біосфери Землі в цілому.
Біосфера є, перш за все, плівку життя, яка покриває земну кулю. Загальна маса живих організмів, або, як кажуть вчені, загальна біомаса Землі, була приблизно підрахована В. І. Вернадським і його школою: вона становить понад 300 млрд т сухої речовини. У порівнянні із загальною масою Землі це не дуже багато, але, тим не менш, це величезна маса живої речовини.
Біосфера - істотна складова частина загальної житті Землі як планети, енергетичний екран між Землею і Космосом який перетворює певну частину космічної, в основному сонячної, енергії, що поступає на Землю, в цінне високомолекулярна органічна речовина. Надходження сонячної енергії - енергетичний вхід у біосферу.
У величезній біомасі протікають процеси обміну речовин, одні організми відмирають, інші народжуються, вони харчуються один одним, продуктами один одного і т. п. Відбувається величезний, вічний, що постійно працює біологічний кругообіг в біосфері, цілий ряд речовин, цілий ряд форм енергії постійно циркулюють в цьому великому круговороті біосфери.
6. Основні концепції етології
Основи етології, або науки про поведінку тварин, були закладені в XIX столітті. Після перших експериментів Д. Сполдінга по вивченню поведінки тварин, Ч. Уітмен, ретельно спостерігаючи за поведінкою тварин різних видів, вказав, що багато інстинкти, як вроджені реакції поведінки, є настільки константними, що, подібно морфологічним структурам (органам), можуть мати таксономічне або класифікаційне значення. Сучасна таксономія (від грец. Taxis - розташування, лад, порядок і потів - закон) в біології це розділ систематики, що займається принципами, методами і правил класифікації організмів. Так, наприклад, сисні руху, які виробляють голуби під час пиття, є одним з найбільш характерних ознак сімейства голубенят.
Істотним внеском у розвиток етології з'явилися дослідження О. Хайнрот і У. Крейга. О. Хайнрот розвивав вчення про значення вроджених ознак поведінки птахів (особливо качиних) для таксономічної оцінки виду. Ч. Крейг одним з перших вказав, що поведінка складається не тільки з окремих, викликаних відповідними подразниками реакцій, а спрямовується внутрішніми потребами тварин. Вони розділили інстинкти на потягу, вимагають задоволення, і пошукове поведінка, з включенням моторної активності і завершального дії, що здійснюється після того, як подразник знайдений. Здійснення цієї дії, за положенням Крейга, призводить до зниження або повного припинення потягу.
Дослідження та положення Хайронта і Крейга в подальшому були уточнені і розвинені головним чином Нобелівськими лауреатами австрійцем Конрадом Лоренцо, німцем Карлом фон Фрішем і англійцем Ніколасом Тинбергену. Ця школа розвивалася в полеміці з американською школою біхевіористів, які намагалися пояснити всю поведінку тварин набутими рефлексами, заперечуючи наявність вроджених факторів. Їх вистава виявилася неправильним, але тривала боротьба шкіл допомогла їх представникам уточнити і поглибити знання про поведінку тварин. При цьому вчені в значній мірі виходили з положення великого фізіолога Івана Павлова і його школи про поділ поведінки на умовні і безумовні реакції.
Ім'я Конрада Лоренца (1903-1989 рр..), Як одного з найвизначніших засновників етології, широко відомо. Предмет і завдання етології - порівняльне вивчення поведінки тварин з точки зору його общебиологического значення, виявлення ролі поведінки і пристосованості тварин до умов зовнішнього середовища і в еволюції тваринного світу. Але етологію також цікавить еволюція самої поведінки, його видозміна на різних етапах еволюційного процесу, зародження нових форм поведінки. Говорячи про саму науці, етології, можна виділити ту її головну особливість, яка полягає в тому, що поняття «поведінка» входить в дуже велику групу понять, що знаходять застосування в багатьох, у ряді випадків досить окремих один від одного областей знання, а також практичної діяльності та повсякденному житті людей.
У найбільш загальному вигляді поняття «поведінка» визначається як «система внутрішньо взаємозалежних дій, здійснюваних будь-яким складним (володіє деякою організацією) об'єктом; ця система підкоряється певній логіці і спрямована на реалізацію тієї чи іншої функції, властивої даному об'єкту і вимагає його взаємодії з навколишнім середовищем ». Мета пізнання поведінки, таким чином, полягає в розкритті шляхів і закономірностей його формування та реалізації. Зміст поняття поведінки, з одного боку, визначається специфікою суб'єкта поведінки, а з іншого - відбиває у своєму розвитку рух пізнавального процесу, спрямованого на осягнення його (поводження) сутності.
В якості суб'єкта поведінки в біології (етології) виступає, перш за все, індивід (організм), який в той же час є об'єктом етологічної дослідження.
Поширення в сучасній біології популяціоністского стилю мислення, перехід від дослідження поведінки окремих особин до дослідження поведінкових закономірностей, що складаються в різних за розмірами і ступеня складності групах особин, роблять правомірним виділення популяційного і биоценотическом рівнів реалізації поведінки. Вихід етологічний досліджень на надіндивідуальних рівні організації (надорганізменних рівні) живого дає підстави в якості суб'єкта поведінки розглядати не лише індивід, а й популяцію як основний спосіб існування виду.
Складний багаторівневий характер формування та регулювання поведінки зумовлює і багаторівневий характер його пізнання, що включає відповідно біохімічний, фізичний і психофізіологічний, екологічний і, можливо, інші аспекти дослідження поведінки, також включає в себе онтогенетичний та еволюційний аспекти.
Вивчення мінливості, спадковості і спадкового здійснення властивостей поведінки, є важливим питанням у проблемі дослідження тварин і, зокрема, їх вищої нервової діяльності. Властивості поведінки можуть бути розбиті на три основні категорії:
ü Специфічні властивості поведінки, як, наприклад, злостивість, полохливість собак, щурів і мишей. В основі цих специфічних властивостей поведінки лежать, очевидно, складні безумовні рефлекси поведінки або Інстинкти.
ü Загальні властивості нервової системи, які можуть бути охарактеризовані як ступінь загальної збудженості нервової системи, які проявляються в різній моторної активності тварини.
ü Різна здатність до навчання тварин (сюди повинні бути віднесені роботи з успадкування типів вищої нервової діяльності).
Важливим завданням при цьому є виявлення елементарних одиниць поведінки. Зроблена в етології спроба виділити такі одиниці була продиктована необхідністю проведеного дослідження.
ü У павлівської школі основним об'єктом, одиницею дослідження є рефлекси. Вивчення вищої нервової діяльності, проведене за допомогою павловського методу, встановило основні закономірності діяльності вищих відділів нервової системи. Основний акцент у дослідженнях І. Павлова зроблений не на вивчення закономірностей механізму рефлекторної діяльності, що лежить в основі поведінки. Поведінка тварин не може бути ототожнена з рефлекторною діяльністю вищих відділів нервової системи.
ü Вивчення успадкування та спадкового здійснення різних актів поведінки за своїм кінцевому висловом показує, що акти поведінки можуть обумовлюватися різними причинами. В одних випадках певний акт поведінки формується на основі спадкових властивостей; в інших випадках він може формуватися в результаті індивідуального досвіду тварини. Це тільки в крайніх випадках. У більшості ж випадків формування окремих актів поведінки відбувається в результаті тісного переплетення вроджених та індивідуально набутих компонентів, які дають можливості віднести їх ні до групи умовних, ні до групи безумовних рефлексів.
ü Акти поведінки, які можуть формуватися при різному сполученні умовних і безумовних рефлексів, що мають у той же час подібне зовнішнє вираження, повинні бути позначені якимось іншим терміном, ніж «умовний» або «безумовний» рефлекси. Назвемо їх унітарними реакціями поведінки. Під останніми розуміються єдині, цілісні акти поведінки, інтегровані умовні і безумовні рефлекси. Унітарні реакції поведінки розглядаються як елементарні одиниці поведінки.
ü Унітарні реакції, об'єднуючись, конструюють більш складні етапи інтеграції поведінки, які можуть бути позначені як біологічні форми поведінки. Під останніми ми розуміємо поведінку, що, будучи побудовано з окремих унітарних реакцій, пов'язане із забезпеченням основних життєвих відправлень організму.
Відповідно до цього виявляються такі, найбільш загальні біологічні форми поведінки тварин:
ü харчова;
ü оборонна;
ü статева;
ü форма поведінки, пов'язана з турботою про потомство;
ü форма поведінки потомства по відношенню до своїх батьків.
Дані форми поведінки є найбільш загальними, притаманними майже всім хребетним тваринам.
ü Біологічні форми поведінки, конструюючи як результат інтеграції окремих унітарних реакцій, не є простою сумою останніх. Унітарні реакції поведінки проявляються залежно від тієї форми по ведення, яка домінує в даний момент у поведінці тварини.
7. Енергетичні та ентропійні процеси (енергетика) життя
Існує дві думки щодо застосування другого початку термодинаміки (розглядалося у розділі 3) до живих систем. Одні вчені впевнені у правомірності застосування, інші - ні. Перші стверджують це, не сумніваючись у тому, що взагалі фізичні закони достатні для опису живих систем, тому, зокрема, і другий початок цілком можна застосувати до живих систем. Так, наприклад, французький біолог, не фізик, зауважимо, Ж. Моно зазначає, що «життя не випливає з законів фізики, але сумісна з ними». Другі відкидають застосовність другого початку до живих систем, оскільки вважають, що це закон, регулюючий теплові процеси, а в живому організмі джерелом роботи є не теплова енергія.
Ймовірно, для з'ясування істини необхідно більш широке, ніж термодинамічне або статистичне, визначення ентропії. Тому-то ми розглядаємо це питання тут, у розділі біологічних концепцій.
Ентропія і еволюція. Ймовірно, зародження проблеми взаємозв'язку між ентропією і еволюцією відбулося в 1854 р., коли Гельмгольц і Больцман першими звернули увагу на протилежні спрямованості закону зростання ентропії і законів теорії еволюції. Закон зростання ентропії свідчить про збільшення безладу і «теплової смерті» Всесвіту, тоді як теорія еволюції живих систем свідчить про процеси переходу від простих систем до більш складних систем, тобто вказують шлях зростання порядку. Після цього виникло багато різних напрямків в науці, що пов'язують ентропію, фактично друге початок, і еволюцію. Розглянемо їх, по можливості, послідовно.
Перший напрямок: некритичне сприйняття другого початку. Даний напрямок характеризується тим, що закон зростання ентропії з його прогнозом теплової смерті Всесвіту, зокрема, не має сенсу узгоджувати з що спостерігається еволюцією світу в бік ускладнення.
Другий напрямок: флуктуаційна гіпотеза. У 1886 р. Больцман передбачав теплову смерть Всесвіту, однак у 1898 році він висуває знамениту флуктуаційну гіпотезу: навколишнє нас макроскопічна область є нерівноважної флуктуацією у Всесвіті, в цілому перебуває в рівноважному стані.
В даний час ця гіпотеза Больцмана не є популярною в силу своєї антіеволюціонності.
Третій напрямок: другий початок діє не скрізь. Суть цього напряму полягає в тезі незастосовності другого початку до живих систем, хоча експериментальних доказів несправедливості другого початку по відношенню до живих систем не існує. Але трактування другого початку, як фізичного закону, ймовірно в цьому випадку не зовсім правильна, є штучною. Природа не знає поділу змінних на «фізичні» і «структурні», цей поділ справляє людина, що вивчає природу. Якщо про другий початку говорити в широкому сенсі, коли ентропія має і фізичну і структурну складові, то тоді, мабуть, закон зростання «такий« ентропії поширюється і на живі системи.
Четвертий напрямок: концепція Шредінгера (до речі, того самого Шредінгера, одного із засновників квантової механіки, батька основного рівняння в ній). Це загальноприйнята в даний час концепція, але має певні труднощі. В основі концепції Шредінгера лежать дві ідеї.
Перша ідея полягає в тому, що жива система є суто нерівноважної. Іншими словами, ця ідея виражає принцип сталого нерівноваги живих систем.
Друга ідея, розвиваючи першу, полягає в тому, що жива система зберігає неравновесность за рахунок зовнішнього середовища, черпаючи в ній необхідну впорядкованість, тобто негентропії (негативну ентропію). Шредінгер формулює цю ідею так: організм залишається живим «тільки шляхом, постійного вилучення з його навколишнього середовища негативною ентропії. Негативна ентропія - ось те, чим організм харчується ».
Наріжним каменем концепції є розуміння ентропії як міри безладдя. Певні труднощі концепції якраз пов'язані з цим положенням. Згідно Шредінгера, живі системи мають властивість черпати порядок з навколишнього середовища. Наша планета отримує високоякісну енергію від Сонця (якість енергії визначається малим потоком ентропії за рахунок високої температури поверхні Сонця), переробляє її, що, звичайно, супроводжується зростанням ентропії в навколишньому середовищі, і викидає в космічний простір разом з напрацьованою ентропією. Саме ця обставина забезпечує життєдіяльність на Землі. Сталість негентропійної раціону Землі в доступному для огляду інтервалі часу, мабуть, і лежить в основі відкритого Вернадським закону збереження біомаси на Землі. Таким чином, на рівні загальних уявлень проблема існування життя на Землі зрозуміла. Однак питання молекулярної самоорганізації, принципи відбору та еволюції як і раніше вимагають пояснення на фізичному або фізико-хімічному рівні. Розвиток подій в останні десятиліття XX століття показали обмеженість спрощеного уявлення ентропії як міри безладдя.
Синергетика як перша модифікація концепції Шредінгера. Термін «синергетика» запропонований Германом Хакеном для позначення підходу, в якому процеси самоорганізації вивчаються з різноманітних позицій, в тому числі, і з позиції теорії дисипативних структур, розробленої Іллею Пригожиним. Цей підхід розвивається у фізиці, хімії, біології і в інших дисциплінах. Синергетика вводить поняття дисипативної структури як нерівноважної структури, що виникає за рахунок відкритості системи та зобов'язаною, таким чином, своїм існуванням дихотомії системи і середовища: зменшення ентропії в системі (упорядкування) мислиться тут відбувається за рахунок зростання ентропії (безладдя) в середовищі. Основний зміст синергетики становить аналіз і рішення нелінійних рівнянь, що описують системи. Є деякі загальні риси рішень, будь це автокаталітіческій хімічна реакція Бєлоусова-Жаботинського (див. останній пункт в гол. 8) або біологічна система, або щось інше. Синергетика внесла в концепцію Шредінгера поправку: дихотомія типу «система - середовище» властива не тільки живим системам, але виявляється і в неживій природі - в гідродинаміці (комірки Бернара), фізики лазерів, хімії. Ці знахідки синергетики не руйнують концепцію Шредінгера, але все ж і не дають відповіді на основне питання - звідки береться порядок в тих системах, які служать «середовищем» для відкритих систем з утворюються в них дисипативних структурами?
Синергетика і природний відбір як друга модифікація концепції Шредінгера. Сьогодні роль природного відбору в еволюції не можна вважати до кінця зрозумілою. Ймовірно, природний відбір є одним з механізмів еволюції, впливає якимось чином на швидкість еволюції. Тут нас цікавить приватне питання: чи визначає природний відбір загальну спрямованість еволюції в бік ускладнення?
Відповідь на це питання в даний час негативна. Дійсно, в живому світі спостерігаються всілякі випадки: прогресивна еволюція в бік ускладнення (ароморфоз, він же арогенез чи морфофизиологический прогрес), або, навпаки, стабілізація рівня складності (идиоадаптация). І у всіх цих випадках природний відбір відповідальний за ці приватні форми еволюції. Таким чином, сам по собі природний відбір, хоча і є важливим (але не до кінця ясним) фактором еволюції, проте не відповідальний повністю за загальні напрямки еволюції.
Третя модифікація концепції Шредінгера: дихотомія «система - середовище» прискорює ріст ентропії. Дихотомія «система - середовище» знімає всі протиріччя еволюції, в бік ускладнення, з другим началом. Приміром, «якщо розглядати Сонячну систему як ізольовану, то ентропія її безперервно збільшується за рахунок випромінювання Сонця. На фоні цього грандіозного процесу зменшення ентропії у всіх живих організмах мізерно мало », - так стверджує відомий російський біофізик М. Волькенштейн.
Підіб'ємо підсумок обговорення концепції Шредінгера. Ця концепція виявилася плідною, сприяла розвитку синергетики. Але, відповідь на головне питання - звідки береться порядок, який потім споживається дисипативними структурами, - залишається. Дихотомія «система - середовище» не може бути єдиним джерелом порядку.
П'ятий напрям: зростання ентропії може супроводжуватися зростанням складності навіть в ізольованих системах. Даний напрямок є модифікацією першого напряму, в якому еволюція розуміється як розвиток у бік зростання ентропії. Зростання складності взагалі не суперечить зростанню ентропії. Пояснення цього твердження засноване на різних модифікаціях поняття ентропії.
Порядок з хаосу і хаос з порядку: дві гілки на дереві пізнання. У зазначеній проблемі можна виділити три положення, можуть представити інтерес.
Положення перше: розвинена структура має велику ймовірність, ніж хаос. Це твердження спирається на традиційні космологічні теорії виникнення Сонця і зірок (більш впорядковані структури) з розсіяних хмар газу і пилу (системи з великим безладдям) під дією сил гравітації. Тут реалізується ідея, згідно з якою порядок виникає з хаосу. У космологічних масштабах ця ідея не викликала сумніви не лише за часів Ньютона, але ще раніше в Стародавній Греції. Поряд з ідеєю «порядок з хаосу» існувало, в першу чергу, у фізиці, протягом «хаос із порядку», яке обгрунтовано у вигляді формулювання закону зростання ентропії. Таким чином, в історії людської думки спочатку борються дві лінії, які можуть бути ототожнені з ідеями «порядок з хаосу» і «хаос із порядку». Можна зробити висновок: більш ймовірна структура (яка має велику ентропію) може бути як більш розвиненою (складної), так і менш розвиненою, в залежності від конкретної ситуації. Ці дві лінії поступово зливаються.
Положення друге: те, що розвинена структура має велику ймовірність, ніж хаос, визначається дією взаємодії.
Третє положення: поширені уявлення про більшу ймовірність рівномірного розподілу («хаосу») пов'язані з не правомірним поширенням гіпотези про равновероятности мікростану за межі моделі ідеального газу.
Підводячи підсумок короткому обговоренню розвитку лінії людської думки «порядок з хаосу» і «хаос із порядку» приходимо до висновку: з зростанням ентропії може мати місце як утворення структур, так і їх руйнування. Але це може означати тільки одне: ентропія не є мірою безладу - складності.
Список літератури:
1. Горохів В. Г. Концепції сучасного природознавства. - М., 2003. - 412 с.
2. Стьопін В. С., Горохов В. Г., Розов М. А. Філософія науки і техніки. - М., 1995. - 384 с.
3. Крюков Р. В. Концепції сучасного природознавства (конспект лекцій). - М., 2005. - 176 с.
4. Галімов Е. М. Феномен життя: між рівновагою і нелінійністю. Походження і принципи еволюції. - М., 2001. - 256 с.
5. Князєва Е. Н., Курдюмов С. П. Закони еволюції і самоорганізації складних систем. - М., 1994.
Біосфера - істотна складова частина загальної житті Землі як планети, енергетичний екран між Землею і Космосом який перетворює певну частину космічної, в основному сонячної, енергії, що поступає на Землю, в цінне високомолекулярна органічна речовина. Надходження сонячної енергії - енергетичний вхід у біосферу.
У величезній біомасі протікають процеси обміну речовин, одні організми відмирають, інші народжуються, вони харчуються один одним, продуктами один одного і т. п. Відбувається величезний, вічний, що постійно працює біологічний кругообіг в біосфері, цілий ряд речовин, цілий ряд форм енергії постійно циркулюють в цьому великому круговороті біосфери.
6. Основні концепції етології
Основи етології, або науки про поведінку тварин, були закладені в XIX столітті. Після перших експериментів Д. Сполдінга по вивченню поведінки тварин, Ч. Уітмен, ретельно спостерігаючи за поведінкою тварин різних видів, вказав, що багато інстинкти, як вроджені реакції поведінки, є настільки константними, що, подібно морфологічним структурам (органам), можуть мати таксономічне або класифікаційне значення. Сучасна таксономія (від грец. Taxis - розташування, лад, порядок і потів - закон) в біології це розділ систематики, що займається принципами, методами і правил класифікації організмів. Так, наприклад, сисні руху, які виробляють голуби під час пиття, є одним з найбільш характерних ознак сімейства голубенят.
Істотним внеском у розвиток етології з'явилися дослідження О. Хайнрот і У. Крейга. О. Хайнрот розвивав вчення про значення вроджених ознак поведінки птахів (особливо качиних) для таксономічної оцінки виду. Ч. Крейг одним з перших вказав, що поведінка складається не тільки з окремих, викликаних відповідними подразниками реакцій, а спрямовується внутрішніми потребами тварин. Вони розділили інстинкти на потягу, вимагають задоволення, і пошукове поведінка, з включенням моторної активності і завершального дії, що здійснюється після того, як подразник знайдений. Здійснення цієї дії, за положенням Крейга, призводить до зниження або повного припинення потягу.
Дослідження та положення Хайронта і Крейга в подальшому були уточнені і розвинені головним чином Нобелівськими лауреатами австрійцем Конрадом Лоренцо, німцем Карлом фон Фрішем і англійцем Ніколасом Тинбергену. Ця школа розвивалася в полеміці з американською школою біхевіористів, які намагалися пояснити всю поведінку тварин набутими рефлексами, заперечуючи наявність вроджених факторів. Їх вистава виявилася неправильним, але тривала боротьба шкіл допомогла їх представникам уточнити і поглибити знання про поведінку тварин. При цьому вчені в значній мірі виходили з положення великого фізіолога Івана Павлова і його школи про поділ поведінки на умовні і безумовні реакції.
Ім'я Конрада Лоренца (1903-1989 рр..), Як одного з найвизначніших засновників етології, широко відомо. Предмет і завдання етології - порівняльне вивчення поведінки тварин з точки зору його общебиологического значення, виявлення ролі поведінки і пристосованості тварин до умов зовнішнього середовища і в еволюції тваринного світу. Але етологію також цікавить еволюція самої поведінки, його видозміна на різних етапах еволюційного процесу, зародження нових форм поведінки. Говорячи про саму науці, етології, можна виділити ту її головну особливість, яка полягає в тому, що поняття «поведінка» входить в дуже велику групу понять, що знаходять застосування в багатьох, у ряді випадків досить окремих один від одного областей знання, а також практичної діяльності та повсякденному житті людей.
У найбільш загальному вигляді поняття «поведінка» визначається як «система внутрішньо взаємозалежних дій, здійснюваних будь-яким складним (володіє деякою організацією) об'єктом; ця система підкоряється певній логіці і спрямована на реалізацію тієї чи іншої функції, властивої даному об'єкту і вимагає його взаємодії з навколишнім середовищем ». Мета пізнання поведінки, таким чином, полягає в розкритті шляхів і закономірностей його формування та реалізації. Зміст поняття поведінки, з одного боку, визначається специфікою суб'єкта поведінки, а з іншого - відбиває у своєму розвитку рух пізнавального процесу, спрямованого на осягнення його (поводження) сутності.
В якості суб'єкта поведінки в біології (етології) виступає, перш за все, індивід (організм), який в той же час є об'єктом етологічної дослідження.
Поширення в сучасній біології популяціоністского стилю мислення, перехід від дослідження поведінки окремих особин до дослідження поведінкових закономірностей, що складаються в різних за розмірами і ступеня складності групах особин, роблять правомірним виділення популяційного і биоценотическом рівнів реалізації поведінки. Вихід етологічний досліджень на надіндивідуальних рівні організації (надорганізменних рівні) живого дає підстави в якості суб'єкта поведінки розглядати не лише індивід, а й популяцію як основний спосіб існування виду.
Складний багаторівневий характер формування та регулювання поведінки зумовлює і багаторівневий характер його пізнання, що включає відповідно біохімічний, фізичний і психофізіологічний, екологічний і, можливо, інші аспекти дослідження поведінки, також включає в себе онтогенетичний та еволюційний аспекти.
Вивчення мінливості, спадковості і спадкового здійснення властивостей поведінки, є важливим питанням у проблемі дослідження тварин і, зокрема, їх вищої нервової діяльності. Властивості поведінки можуть бути розбиті на три основні категорії:
ü Специфічні властивості поведінки, як, наприклад, злостивість, полохливість собак, щурів і мишей. В основі цих специфічних властивостей поведінки лежать, очевидно, складні безумовні рефлекси поведінки або Інстинкти.
ü Загальні властивості нервової системи, які можуть бути охарактеризовані як ступінь загальної збудженості нервової системи, які проявляються в різній моторної активності тварини.
ü Різна здатність до навчання тварин (сюди повинні бути віднесені роботи з успадкування типів вищої нервової діяльності).
Важливим завданням при цьому є виявлення елементарних одиниць поведінки. Зроблена в етології спроба виділити такі одиниці була продиктована необхідністю проведеного дослідження.
ü У павлівської школі основним об'єктом, одиницею дослідження є рефлекси. Вивчення вищої нервової діяльності, проведене за допомогою павловського методу, встановило основні закономірності діяльності вищих відділів нервової системи. Основний акцент у дослідженнях І. Павлова зроблений не на вивчення закономірностей механізму рефлекторної діяльності, що лежить в основі поведінки. Поведінка тварин не може бути ототожнена з рефлекторною діяльністю вищих відділів нервової системи.
ü Вивчення успадкування та спадкового здійснення різних актів поведінки за своїм кінцевому висловом показує, що акти поведінки можуть обумовлюватися різними причинами. В одних випадках певний акт поведінки формується на основі спадкових властивостей; в інших випадках він може формуватися в результаті індивідуального досвіду тварини. Це тільки в крайніх випадках. У більшості ж випадків формування окремих актів поведінки відбувається в результаті тісного переплетення вроджених та індивідуально набутих компонентів, які дають можливості віднести їх ні до групи умовних, ні до групи безумовних рефлексів.
ü Акти поведінки, які можуть формуватися при різному сполученні умовних і безумовних рефлексів, що мають у той же час подібне зовнішнє вираження, повинні бути позначені якимось іншим терміном, ніж «умовний» або «безумовний» рефлекси. Назвемо їх унітарними реакціями поведінки. Під останніми розуміються єдині, цілісні акти поведінки, інтегровані умовні і безумовні рефлекси. Унітарні реакції поведінки розглядаються як елементарні одиниці поведінки.
ü Унітарні реакції, об'єднуючись, конструюють більш складні етапи інтеграції поведінки, які можуть бути позначені як біологічні форми поведінки. Під останніми ми розуміємо поведінку, що, будучи побудовано з окремих унітарних реакцій, пов'язане із забезпеченням основних життєвих відправлень організму.
Відповідно до цього виявляються такі, найбільш загальні біологічні форми поведінки тварин:
ü харчова;
ü оборонна;
ü статева;
ü форма поведінки, пов'язана з турботою про потомство;
ü форма поведінки потомства по відношенню до своїх батьків.
Дані форми поведінки є найбільш загальними, притаманними майже всім хребетним тваринам.
ü Біологічні форми поведінки, конструюючи як результат інтеграції окремих унітарних реакцій, не є простою сумою останніх. Унітарні реакції поведінки проявляються залежно від тієї форми по ведення, яка домінує в даний момент у поведінці тварини.
7. Енергетичні та ентропійні процеси (енергетика) життя
Існує дві думки щодо застосування другого початку термодинаміки (розглядалося у розділі 3) до живих систем. Одні вчені впевнені у правомірності застосування, інші - ні. Перші стверджують це, не сумніваючись у тому, що взагалі фізичні закони достатні для опису живих систем, тому, зокрема, і другий початок цілком можна застосувати до живих систем. Так, наприклад, французький біолог, не фізик, зауважимо, Ж. Моно зазначає, що «життя не випливає з законів фізики, але сумісна з ними». Другі відкидають застосовність другого початку до живих систем, оскільки вважають, що це закон, регулюючий теплові процеси, а в живому організмі джерелом роботи є не теплова енергія.
Ймовірно, для з'ясування істини необхідно більш широке, ніж термодинамічне або статистичне, визначення ентропії. Тому-то ми розглядаємо це питання тут, у розділі біологічних концепцій.
Ентропія і еволюція. Ймовірно, зародження проблеми взаємозв'язку між ентропією і еволюцією відбулося в 1854 р., коли Гельмгольц і Больцман першими звернули увагу на протилежні спрямованості закону зростання ентропії і законів теорії еволюції. Закон зростання ентропії свідчить про збільшення безладу і «теплової смерті» Всесвіту, тоді як теорія еволюції живих систем свідчить про процеси переходу від простих систем до більш складних систем, тобто вказують шлях зростання порядку. Після цього виникло багато різних напрямків в науці, що пов'язують ентропію, фактично друге початок, і еволюцію. Розглянемо їх, по можливості, послідовно.
Перший напрямок: некритичне сприйняття другого початку. Даний напрямок характеризується тим, що закон зростання ентропії з його прогнозом теплової смерті Всесвіту, зокрема, не має сенсу узгоджувати з що спостерігається еволюцією світу в бік ускладнення.
Другий напрямок: флуктуаційна гіпотеза. У 1886 р. Больцман передбачав теплову смерть Всесвіту, однак у 1898 році він висуває знамениту флуктуаційну гіпотезу: навколишнє нас макроскопічна область є нерівноважної флуктуацією у Всесвіті, в цілому перебуває в рівноважному стані.
В даний час ця гіпотеза Больцмана не є популярною в силу своєї антіеволюціонності.
Третій напрямок: другий початок діє не скрізь. Суть цього напряму полягає в тезі незастосовності другого початку до живих систем, хоча експериментальних доказів несправедливості другого початку по відношенню до живих систем не існує. Але трактування другого початку, як фізичного закону, ймовірно в цьому випадку не зовсім правильна, є штучною. Природа не знає поділу змінних на «фізичні» і «структурні», цей поділ справляє людина, що вивчає природу. Якщо про другий початку говорити в широкому сенсі, коли ентропія має і фізичну і структурну складові, то тоді, мабуть, закон зростання «такий« ентропії поширюється і на живі системи.
Четвертий напрямок: концепція Шредінгера (до речі, того самого Шредінгера, одного із засновників квантової механіки, батька основного рівняння в ній). Це загальноприйнята в даний час концепція, але має певні труднощі. В основі концепції Шредінгера лежать дві ідеї.
Перша ідея полягає в тому, що жива система є суто нерівноважної. Іншими словами, ця ідея виражає принцип сталого нерівноваги живих систем.
Друга ідея, розвиваючи першу, полягає в тому, що жива система зберігає неравновесность за рахунок зовнішнього середовища, черпаючи в ній необхідну впорядкованість, тобто негентропії (негативну ентропію). Шредінгер формулює цю ідею так: організм залишається живим «тільки шляхом, постійного вилучення з його навколишнього середовища негативною ентропії. Негативна ентропія - ось те, чим організм харчується ».
Наріжним каменем концепції є розуміння ентропії як міри безладдя. Певні труднощі концепції якраз пов'язані з цим положенням. Згідно Шредінгера, живі системи мають властивість черпати порядок з навколишнього середовища. Наша планета отримує високоякісну енергію від Сонця (якість енергії визначається малим потоком ентропії за рахунок високої температури поверхні Сонця), переробляє її, що, звичайно, супроводжується зростанням ентропії в навколишньому середовищі, і викидає в космічний простір разом з напрацьованою ентропією. Саме ця обставина забезпечує життєдіяльність на Землі. Сталість негентропійної раціону Землі в доступному для огляду інтервалі часу, мабуть, і лежить в основі відкритого Вернадським закону збереження біомаси на Землі. Таким чином, на рівні загальних уявлень проблема існування життя на Землі зрозуміла. Однак питання молекулярної самоорганізації, принципи відбору та еволюції як і раніше вимагають пояснення на фізичному або фізико-хімічному рівні. Розвиток подій в останні десятиліття XX століття показали обмеженість спрощеного уявлення ентропії як міри безладдя.
Синергетика як перша модифікація концепції Шредінгера. Термін «синергетика» запропонований Германом Хакеном для позначення підходу, в якому процеси самоорганізації вивчаються з різноманітних позицій, в тому числі, і з позиції теорії дисипативних структур, розробленої Іллею Пригожиним. Цей підхід розвивається у фізиці, хімії, біології і в інших дисциплінах. Синергетика вводить поняття дисипативної структури як нерівноважної структури, що виникає за рахунок відкритості системи та зобов'язаною, таким чином, своїм існуванням дихотомії системи і середовища: зменшення ентропії в системі (упорядкування) мислиться тут відбувається за рахунок зростання ентропії (безладдя) в середовищі. Основний зміст синергетики становить аналіз і рішення нелінійних рівнянь, що описують системи. Є деякі загальні риси рішень, будь це автокаталітіческій хімічна реакція Бєлоусова-Жаботинського (див. останній пункт в гол. 8) або біологічна система, або щось інше. Синергетика внесла в концепцію Шредінгера поправку: дихотомія типу «система - середовище» властива не тільки живим системам, але виявляється і в неживій природі - в гідродинаміці (комірки Бернара), фізики лазерів, хімії. Ці знахідки синергетики не руйнують концепцію Шредінгера, але все ж і не дають відповіді на основне питання - звідки береться порядок в тих системах, які служать «середовищем» для відкритих систем з утворюються в них дисипативних структурами?
Синергетика і природний відбір як друга модифікація концепції Шредінгера. Сьогодні роль природного відбору в еволюції не можна вважати до кінця зрозумілою. Ймовірно, природний відбір є одним з механізмів еволюції, впливає якимось чином на швидкість еволюції. Тут нас цікавить приватне питання: чи визначає природний відбір загальну спрямованість еволюції в бік ускладнення?
Відповідь на це питання в даний час негативна. Дійсно, в живому світі спостерігаються всілякі випадки: прогресивна еволюція в бік ускладнення (ароморфоз, він же арогенез чи морфофизиологический прогрес), або, навпаки, стабілізація рівня складності (идиоадаптация). І у всіх цих випадках природний відбір відповідальний за ці приватні форми еволюції. Таким чином, сам по собі природний відбір, хоча і є важливим (але не до кінця ясним) фактором еволюції, проте не відповідальний повністю за загальні напрямки еволюції.
Третя модифікація концепції Шредінгера: дихотомія «система - середовище» прискорює ріст ентропії. Дихотомія «система - середовище» знімає всі протиріччя еволюції, в бік ускладнення, з другим началом. Приміром, «якщо розглядати Сонячну систему як ізольовану, то ентропія її безперервно збільшується за рахунок випромінювання Сонця. На фоні цього грандіозного процесу зменшення ентропії у всіх живих організмах мізерно мало », - так стверджує відомий російський біофізик М. Волькенштейн.
Підіб'ємо підсумок обговорення концепції Шредінгера. Ця концепція виявилася плідною, сприяла розвитку синергетики. Але, відповідь на головне питання - звідки береться порядок, який потім споживається дисипативними структурами, - залишається. Дихотомія «система - середовище» не може бути єдиним джерелом порядку.
П'ятий напрям: зростання ентропії може супроводжуватися зростанням складності навіть в ізольованих системах. Даний напрямок є модифікацією першого напряму, в якому еволюція розуміється як розвиток у бік зростання ентропії. Зростання складності взагалі не суперечить зростанню ентропії. Пояснення цього твердження засноване на різних модифікаціях поняття ентропії.
Порядок з хаосу і хаос з порядку: дві гілки на дереві пізнання. У зазначеній проблемі можна виділити три положення, можуть представити інтерес.
Положення перше: розвинена структура має велику ймовірність, ніж хаос. Це твердження спирається на традиційні космологічні теорії виникнення Сонця і зірок (більш впорядковані структури) з розсіяних хмар газу і пилу (системи з великим безладдям) під дією сил гравітації. Тут реалізується ідея, згідно з якою порядок виникає з хаосу. У космологічних масштабах ця ідея не викликала сумніви не лише за часів Ньютона, але ще раніше в Стародавній Греції. Поряд з ідеєю «порядок з хаосу» існувало, в першу чергу, у фізиці, протягом «хаос із порядку», яке обгрунтовано у вигляді формулювання закону зростання ентропії. Таким чином, в історії людської думки спочатку борються дві лінії, які можуть бути ототожнені з ідеями «порядок з хаосу» і «хаос із порядку». Можна зробити висновок: більш ймовірна структура (яка має велику ентропію) може бути як більш розвиненою (складної), так і менш розвиненою, в залежності від конкретної ситуації. Ці дві лінії поступово зливаються.
Положення друге: те, що розвинена структура має велику ймовірність, ніж хаос, визначається дією взаємодії.
Третє положення: поширені уявлення про більшу ймовірність рівномірного розподілу («хаосу») пов'язані з не правомірним поширенням гіпотези про равновероятности мікростану за межі моделі ідеального газу.
Підводячи підсумок короткому обговоренню розвитку лінії людської думки «порядок з хаосу» і «хаос із порядку» приходимо до висновку: з зростанням ентропії може мати місце як утворення структур, так і їх руйнування. Але це може означати тільки одне: ентропія не є мірою безладу - складності.
Список літератури:
1. Горохів В. Г. Концепції сучасного природознавства. - М., 2003. - 412 с.
2. Стьопін В. С., Горохов В. Г., Розов М. А. Філософія науки і техніки. - М., 1995. - 384 с.
3. Крюков Р. В. Концепції сучасного природознавства (конспект лекцій). - М., 2005. - 176 с.
4. Галімов Е. М. Феномен життя: між рівновагою і нелінійністю. Походження і принципи еволюції. - М., 2001. - 256 с.
5. Князєва Е. Н., Курдюмов С. П. Закони еволюції і самоорганізації складних систем. - М., 1994.