Она не знает повторенья. Двулична - фурия и фея. Алмаз, красивое стекло?
Ее лелеют, ненавидят, бездумно втаптывают в грязь. От нее бегут, сломя голову. За нее цепляются из последних сил, благодарят Создателя и продаются дьяволу. Жизнь -- любопытная штука, странная в своих проявлениях и закономерностях, непонятная в своем назначении. Стоит добавить, что она мало предсказуема, часто несправедлива и иногда -- милосердна. Когда-то я посмел пренебречь (пожертвовать) ею. Она сначала наказала меня пулей и осколками снаряда, но потом пожалела -- не выдала костлявой. Жизнь -- большая шутница. Ее последняя шутка -- побудить пенсионера заняться биологией -- сродни издевательству. Остроумное и весьма "своевременное" занятие -- "на смертном пороге отгадывать жизнь", гордиться своей принадлежностью к неистребимому племени чудаков. Их появлению и сохранению на Земле не смогли воспрепятствовать даже страшные катаклизмы. Чудакам крупно повезло. Земля не только выстояла, но и сохранила себя для разнообразной и многогранной ЖИЗНИ. По-прежнему благоухают розы, среди лиан крадутся полосатые тигры, в теплых водоемах резвятся дельфины, из зеленной листвы доносятся соловьиные трели. Первый торжествующий крик младенца! Родился человек. Воля случая, жребий судьбы, милость Всевышнего? Странное бегство из тьмы. Прыжок из небытия, недолгий полет и ... "Finita la comedia". Бедного паяца уносят со сцены. Его место займут другие актеры. Об этом заботится Великий Постановщик Человеческой комедии... Жизнь пожирает неотвратимая, неумолимая смерть. Круговорот жизни и смерти, о которой неприятно думать и не хочется говорить! Но как тогда, к примеру, донести до людей правду о войне, отнимающей человеческие жизни? Как рассказать о подвигах боевых товарищей, почтить память погибших смертью храбрых?
Припомнить милость провиденья,
Бессмертью павших поручить,
И лиру -- нежное творенье,
Звучать набатом научить...
Подкралась ночь,
Как танки с тыла.
На батарейной огневой
Живое сердце уловило
Часов урочных тайный бой.
Недолго жизнь погостила --
Восстала роща на дыбы,
Где ездовых хозяйство было
Пылали вечные дубы.
Где был НП -- горели танки,
Носилась тучами зола,
Лизало пламя труп землянки,
На мертвых капала смола...
Притихла степь перед бедой.
Раздался вновь протяжный вой,
И снопы пламени взметнулись,
Султаны взрывов всколыхнулись.
На окруженной огневой
Казалось, вздрогнул шар земной...
Сознаньем прочно завладели
Слова команды, грохот, вой.
О прошлой жизни не жалели --
Бой заслонил ее собой.
Ах, как уверенно, как страстно,
Как будто все нам нипочем,
Вели тогда мы бой ужасный,
Не сомневаяся ни в чем.
Пусть не героями родились
И не хотели умирать,
Святому духу не молились
Бальзам от смерти даровать.
Взрывные волны заглушали
Невольный стон и смертный хрип.
Нам неживые завещали
Земную жизнь и запах лип.
Дымились смрадные "пантеры"
Настырно лязгала броня,
И кровь текла, не зная меры,
Не высыхая от огня...
Подносчик "спал"
Вблизи от "щели",
Объятый непробудным сном --
Не добежал к заветной цели,
Сраженный вражеским огнем.
Смерть сохранила выраженье
Обычно сонного лица,
И не испортила творенья
Не слишком тонкого резца.
Он умирал, не зная толком,
Что смерть его уже нашла
Своим бессмысленным осколком
И жизнь солдатская ушла
Не помня шуток и веселья,
Сейчас он строг, неуязвим.
Не зная горя, сожаленья,
Не связан более с живым.
Он ничего не загадает --
Мертвец. Застывший навсегда.
И что друзей здесь ожидает
Он не узнает никогда...
Дымились смрадные "пантеры",
Настырно лязгала броня,
И кровь текла, не зная меры,
Не высыхая от огня...
По Ново-Дашевской дороге
Идем, бессильные идти.
Резвится смерть, бросаясь в ноги,
Свершая казни по пути.
Кровавы игрища заводит --
Терзают здесь упавших псы.
Овчарка долго не отходит,
Грызя хрустящие мослы.
А конвоиры наблюдают,
Кровавой тешатся игрой,
И в жертву мертвую стреляют,
И направляются к другой...
Я заговорен был судьбой
На пулевой передовой.
Коварной вздумалось гадать:
Кого без кудрей оставлять,
Кому лишиться головы,
А мне -- дожить до седины...
Стучат повесточки от Бога,
Изводят старые мозги.
Солдату чудится дорога,
Мохнатые убийцы-псы...
Погаснет свет любезной жизни --
Финал недолгого пути.
Толкают речи, правят тризны
И поддают от всей души...
Зловещий дым и запах гари.
Опять в печи кого-то жгут
На зависть трупоедной твари.
И пепел в очереди ждут...
На фоне смерти жизнь почти прекрасна. Она -- антипод смерти. Казалось бы последнее не вызывает никаких сомнений. Однако понадобилось несколько миллионов лет, чтобы люди научились различать жизнь и смерть. На протяжении веков медицина ошибочно считала, что земной путь каждого человека завершается в тот момент, когда останавливается его сердце и прекращается дыхание. Однако в 30-х годах прошлого столетия выяснилось, что это состояние -- лишь преддверие смерти, которая наступает только при необратимых явлениях в мозговых клетках. До этого времени (биологической смерти) человек с остановившимся сердцем пребывает в состоянии, так называемой, клинической смерти, из которого его можно вывести при своевременном использовании аппаратов искусственного дыхания и воздействующих на сердце мощных электроимпульсов. Известно, что такое "оживление" человека впервые осуществил московский молодой ученый Неговский В.А., который в 1942 г. "вытащил с того света" раненого в бою солдата Валентина Черепанова. Вскоре после окончания Великой Отечественной войны методы оживления стали применять в отечественных больницах и клиниках. Появилось новое направление медицины -- реаниматология. Итак, до 30-х -- 40-х годов 20 века медицина неправильно диагностировала смерть и в этом вопросе, можно сказать, религия опережала науку, утверждая, что "человек умирает, когда от тела отделяется душа" (т.е., переводя на научный язык -- прекращается деятельность мозга, происходит необратимый распад его клеток). Не хочется становиться в позу обвинителя и быть излишне строгим в суждениях, но, неправильно диагностируя смерть, медицина иногда попросту убивала людей. Их можно было спасти, вывести из состояния клинической смерти. И, слава богу, что люди, наконец, научились жизнь и смерть, а наш разум приблизился к пониманию того, что означает живое и мертвое. Теперь самое время сказать, что, если в понимании того, что определяет окончание жизни, наука продвинулась вперед, то в представлении о том, что вообще можно считать жизнью ("что есть жизнь") и в чем принципиальное различие между живой и неживой материи- все еще много неясного. Сейчас мне вспомнился фильм, увиденный мною, не помню точно, в 60-х или 70-х годах. Его героем был созданный воображением авторов фильма робот, которого звали Роберт (фильм так и назывался "Его звали Роберт"). Юноша-робот внешне и по внутреннему содержанию повторял человека, но при этом был немного смешон и трогательно наивен. Я верил в его существование и сочувствовал его злоключениям. Когда робота в конце фильма "демонтировали" мне показалось, что умер человек. На какое-то время мне изменило чувство реального. В последнее время подобное отношение к роботу, как живому существу, буквально захлестывает Японию, где многие семьи обзавелись симпатичными "роботами-собаками". В 1999г. фирма " Сони" выпустила в продажу "робота-собаку" АИБО. Машина слушалась команд хозяина, лаяла на чужих и, словно выполняя "апорт", мчалась за мячиком. Характер "собаки" со временем менялся. Если о ней заботились, она была доброй и отзывчивой, она любила хозяина. Если на нее не обращали внимания, сама была невнимательной к людям. Словно душа вселялась в нее. В японских семьях все реже рождаются дети, общество стареет, все чаще люди остаются в полном одиночестве -- и тогда всю нерастраченную любовь люди переносят на роботов. Для них, эти забавные металлические игрушки являются настоящими живыми существами, о которых надо постоянно заботиться. И эти машины отвечают хозяевам видимой любовью. Существуют ли технические возможности создания мыслящего, эрудированного "человекоподобного" робота? Будет ли он "живым"? Что сие означает? Что есть жизнь в представлении советской, постсоветской и зарубежной биологии? Попробуем во всем этом разобраться с помощью представителей биологической науки. Насколько удачно это получится у автора "СУПРЕМАТ, Тайны жизни" -- судить читателю.
Раздел 1
Советская биология 20-х - 40-х годов
С установлением большевистской власти наука в Советской России попала под идеологический пресс марксизма-ленинизма и неусыпный контроль со стороны партийных чиновников. Особо одиозные формы этот контроль принял после прекращения НЭПа, когда стране был навязан путь государственной социализации при тоталитарном, репрессивном режиме власти. Советская наука окончательно теряла свою самостоятельность и научную объективность. Только благодаря колоссальному международному авторитету смогли сохранить относительную самостоятельность и независимость в научных взглядах и практической деятельности такие ученые как Павлов, Капица и некоторые другие. Основная масса советских ученых-биологов приспосабливала свои научные взгляды к доктринам марксизма-ленинизма. Особенно это проявлялось в вопросах о происхождении и развитии жизни, роли сознания, психики, мышления и труда в истории становления Человека и т.д. Говоря о признаках жизни, ее происхождении, развитии и т.д. советские биологи 20-х -- 40-х годов отмечали следующее.
С давних пор наука ограничивала знакомство с жизнью узким кругом сравнительно высокоразвитых организмов. Еще во времена создателя "классификатора растительного и животного мира" Карла Линнея (18 век) наиболее просто организованные существа, несмотря на их разнообразие, объединились под общим названием "червей". Мир микроскопических существ с его огромным богатством форм открыт всего около 200 лет назад. Обычное представление о жизни основывалось, прежде всего, на наиболее часто встречающихся в обыденной жизни и бросающихся в глаза отличиях живого от неживого -- "признаках жизни". Живые существа дышат; на этом основывается сохранившееся в религиях представление первобытных дикарей о дыхании, "душе", оживляющей тело. Но существует множество организмов, которые не производят никаких движений для дыхания, а поглощают кислород поверхностью тела. Но и поглощение кислорода не есть исключительный признак жизни: во-первых, существует множество живых существ, которые не только не поглощают атмосферный кислород, но даже не могут жить в его присутствии (т.н. строгие анаэробы); во-вторых, поглощают атмосферный кислород не только живые существа: железо ржавеет, медь окисляется и т.д. Живые существа питаются. Если иметь здесь ввиду поглощение и преобразование веществ, получаемых извне, то и этот признак не может характеризовать жизнь. В опытах на каплях парафина и других неживых тел воспроизводились движения одноклеточного организма по восприятию пищи. Выяснилось, что капля хлороформа втягивает в себя покрытую шеллаком (воскоподобное вещество, выделяемое тропическими насекомыми) тончайшую стеклянную нить и, после того как последняя освободится от корки шеллака, она опять выталкивается вон. Точно так же и рост, как увеличение массы тела известного строения свойственен не только живым существам, но и кристаллам. Не только живые существа размножаются -- это происходит в определенных условиях с кристаллами различных веществ. Эти кристаллы обладают также способностью восстанавливать отломанную часть своего тела (регенерация). Заведомо неживые тела по форме зачастую схожи с живыми организмами (замерзшие пары воды на стекле по форме напоминают растения; воспроизводятся формы шампиньонов, ветвей, конечностей животных и т.д. на полупроницаемых, находящихся под давлением осадочных мембранах, образующихся в ряде жидкостей). Точно также самостоятельное движение не обязательно свойственно всем живым существам; большинство растений и множество животных в течение всей жизни прикреплены к одному месту -- и, тем не менее, они живы; существует множество способов, при помощи которых можно воспроизвести движения живых существ (в растворе, содержащем соду, масляная капля постоянно выпускает отростки, подобно амебе; зернышки туши в водяной капле, наполовину освещенной, наполовину затемненной, проворно уходят от света и собираются в темной части; и т.д.). Раздражимость, принимаемая также за один из признаков жизни и заключающаяся (по наиболее распространенному определению), в том, что организм реагирует на внешние воздействия таким эффектом, который по своей силе, месту и характеру не соответствует силе, месту и характеру внешнего воздействия, также не может считаться абсолютным признаком жизни. Дело в том, что и в неживой природе наблюдается ряд фактов в полной мере укладывающихся в эту характеристику (выстрел, взрыв пороха, расслабление пружины и т.д.). Словом, какое бы мы не взяли внешнее проявление жизни, находится множество живых форм, которым это проявление несвойственно, и которое, в то же время, присуще неорганическим, заведомо неживым образованиям, и нельзя, поэтому, указать абсолютный "признак" жизни. Надо иметь в виду, что жизнь имеет за собой многие тысячи лет развития, в течение которого создавалось изумительное богатство форм и отношений. Они не могут быть поняты, если не основываться на развитии, эволюции. Чтобы действительно отличить живое о неживого, нужно, изучив все факты жизни, найти основной процесс жизни, развитием которого являются все ее проявления. Поскольку, как было показано выше, не существует такого "внешнего признака" жизни, который сам по себе являлся бы абсолютно характерным для живых существ, часто говорят, что не отдельные признаки, как, например, обмен веществ, рост, раздражимость, движение и т.д. отличают живые тела от неживых, а совокупность всех этих признаков. Следует, однако, сказать, что и совокупность внешних признаков не является критерием, по которому можно отнести материальное тело к живому существу или неживой природе. В то же время несомненная связь между отдельными внешними признаками, которая имеет место во всем живом мире, указывает на то, что здесь мы имеем дело с разными сторонами внешнего проявления по существу одной и той же специфической формы движения материи. Несмотря на внешнее сходство отдельных признаков процессы, обусловливающие эти внешние проявления, в живых и неживых телах существенно разнятся между собой. Так процесс обмена веществ у живых организмов глубоко отличается от процессов поглощения и выделения веществ у неживых. Аналогия, которая часто приводится, между питательными веществами, как топливом, источником энергии для работы организмов, и топливом, как источником энергии для работы машин, не принимает во внимание как раз этих существенных отличий. У машины топливо окисляется без участия в этом химическом процессе составных частей машины (поршень, котел и т.д.), преобразующих энергию. У живых организмов источником энергии является распад составных частей организма -- распад живой материи белка (диссимиляция). В машине топливо не превращается в составные части машины. У живых организмов поступающие из окружающей среды вещества, путем сложных биохимических процессов, превращаются в характерный для определенного типа организма белок (ассимиляция). И процессы окисления, происходящие в живом организме, по существу, протекают по более сложным закономерностям, чем процессы окисления в неорганической природе. Например, окисление железа и меди происходит по закону действия масс -- скорость и степень окисления зависят от количества участвующих веществ, в данном случае -- от парциального давления кислорода. При окислении в организме такой прямой зависимости не существует. Известно, что интенсивность окислительных процессов и поглощение кислорода при пониженном парциальном давлении (например, на больших высотах) в значительных пределах отступает от закона действия масс. Это происходит за счет приспособительных реакций организма (усиление кровообращения, учащения и усиления дыхательных движений, увеличения числа красных кровяных телец и т.д.) и диссимиляции. Явления раздражимости, выражающиеся в различного рода активных движений живого организма, также лишь внешне сходны с явлениями разряда в неорганической природе. В то время как разряд в неорганической природе не сопровождается самопроизвольным восстановлением исходного положения, в организме обычно происходит этот восстановительный процесс. Характер движения организма в ответ на внешнее раздражение определяется специфической природой организма, обусловленной всем историческим развитием жизни. Имеется существенное отличие процесса роста неживых кристаллов от роста живой протоплазмы (ядро и внеядерная часть животных и растительных клеток). В то время как рост кристалла обусловлен тем, что в насыщенном растворе самым устойчивым в термодинамическом смысле является кристаллическое состояние и здесь переход из растворенного состояния в кристаллическое не требует работы, соответственного изменения состояния или распада растущего кристалла -- рост живой протоплазмы обусловлен глубокой перестройкой воспринимаемых веществ, их ассимиляцией за счет постоянного разрушения самой растущей протоплазмы. Сходство с кристаллом только в устойчивости, но устойчивость кристалла обусловлена закономерностями физико-химическими, устойчивость же и рост живой материи обусловлен биологическими законами, имеющими свою основу в особой форме движения живой материи. Определить Жизнь, т.е. указать ее пределы в природе, значит перечислить все проявления жизни в их связи между собой и с другими явлениями природы. Но при определении жизни речь идет обычно об указании наиболее характерного, общего для всех организмов существенного отношения, составляющего основную закономерность жизни. Можно сказать, что жизнь -- особая форма движения материи, форма, которая возникла и могла возникнуть только на определенной стадии развития нашей планеты при наличии определенных условий, обеспечивающих химический переход от неорганического к органическому, т.е. синтез белка, с возникновением которого возникла также и жизнь. К числу живых существ относятся: животные (в том числе человек), растения и простейшие (одноклеточные) организмы. Единицей жизни является организм -- многоклеточный или одноклеточный, животный или растительный. Для организма характерен своеобразный, отличный по существу от неорганической природы обмен веществ с окружающей средой. Обмен веществ представляет собой сочетание непрерывно протекающих в организме процессов использования и восстановления составных элементов протоплазмы (и выделения неиспользованных и ненужных веществ), в результате чего только и возможна жизнедеятельность организма. Эти элементы являются, с одной стороны, источником энергии и, с другой стороны, служат исходным материалом процессов роста и для образования особых продуктов (гормонов, ферментов и т.д.), играющих серьезную роль в жизнедеятельности организма. Все виды обмена веществ в организме (белковый, жировой, углеводный, солевой, водный, газовый и др.) тесно связаны друг с другом. Каждый вид обмена состоит из сложного ряда процессов, взаимно обусловливающих друг друга. Одна группа этих процессов связана, главным образом, с перевариванием пищевых веществ, их всасыванием и выделением неиспользованных продуктов из организма (общий обмен или баланс). Вторая группа процессов заключается в использовании определенных элементов клеточной протоплазмы и в их восстановлении (промежуточный обмен). Большинство процессов общего и промежуточного обменов осуществляется только с помощью ферментов. Осуществление этих процессов облегчается специфическими свойствами живой протоплазмы, которые свое постоянство благодаря регулирующему влиянию нервной и гуморальной (кровь, лимфа) систем. Как указывалось выше, белки используются организмом для поддержания энергетики организма и в качестве строительного материала. При этом использование белков в организме становится возможным только после того, как они оказываются расщепленными на свои основные элементы -- аминокислоты и, частично, полипептиды. Циркулирующие в крови аминокислоты адсорбируются различными тканями, в клетках которых, по мере израсходования тканевого белка, развиваются процессы превращения их в белок. Углеводы принимают активное участие в процессах клеточного дыхания и в химических превращениях, сопровождающих мышечные сокращения. Биологическая роль жиров в организме весьма значительна, т.к. они представляют собой высокоценный в энергетическом отношении материал. Кроме того, жиры принимают участие в построении протоплазмы новых клеток, образующихся в организме во время его роста, или взамен отмирающих. Очень важен для организма солевой обмен. Соли создают необходимые условия для осуществления процессов жизнедеятельности клеток. Принимают участие в развитии этой жизнедеятельности, участвуют в построении клеточной протоплазмы. Вода в организме играет важнейшую роль растворителя, обеспечивающего развитие многочисленных химических процессов, а также принимает участие в организации протоплазмы. Жизнь организма постоянно сочетается с потреблением кислорода. Чем выше энергетические затраты тем больше кислорода потребляет организм. Обмен веществ у растений имеет свои особенности. Вода и минеральные соли, поступающие из почвы, углекислота, поступающая из воздуха, перерабатываются в организме зеленого растения в процессе ассимиляции в органические вещества, которые входят в состав протоплазмы. В течение жизни растения эти вещества испытывают разнообразные превращения, окисляются во время дыхания, идут на построение новых тканей и органов, превращаются в продукты, имеющие характер отбросов. Все превращения, связанные с распадом живого вещества растения, объединяются термином "диссимиляция"... Особую роль в процессе ассимиляции в органические вещества играет фотосинтез. При этом падающая на лист растения лучистая энергия поглощается хлорофиллом и затем трансформируется в потенциальную энергию образующихся органических соединений. Далее происходит ферментное расщепление образовавшегося соединения (отделяется кислород) и хлорофилл возвращается к своему первоначальному состоянию, отщепляя органическое соединение формальдегид. Из последнего в теле растения синтезируются сахары, аминокислоты и т.д. Фотосинтез играет исключительную роль, как единственный процесс в биосфере, связанный с накоплением энергии за счет внешнего источника. В обмене веществ участвуют клеточные и неклеточные структуры организма. Клетка является основной структурной единицей живых организмов. Она состоит из ядра и клеточного тела, в котором, наряду с частью, не всегда имеющей морфологическую структуру (цитоплазма), можно обнаружить и постоянные структурные образования ("клеточные органы"). Величина клеток у животных колеблется обыкновенно в пределах от 5 до 30 мк. Клетки меньшей величины у животных встречаются редко; иногда бывают относительно больших размеров (красные кровяные тельца амфибий, нервные клетки). Громадных размеров достигают яйцевые клетки амфибий и рыб (икринки) и в особенности птиц (желток яйца). Форма клетки чрезвычайно разнообразна. Она может изменяться у одной и той же клетки по мере ее роста и в различные моменты ее деятельности. В состав клеточного тела входит основное вещество клетки -- протоплазма или цитоплазма -- и, так называемые, клеточные органы: клеточный центр, хондриозомы и также различного рода включения. Характерной особенностью растительной клетки следует признать наличие твердой, достаточно обособленной от протоплазмы оболочки, состоящей в основном из углеводов. Различают следующие структурные части клеток растений: 1) протоплазма (цитоплазма); 2) ядро; 3) пластиды и хондриозомы; 4) вакуоли; 5) неактивные включения (продукты обмена); 6) оболочка. Необходимо признать, что ядро не является таким же безусловно необходимым элементом живой клетки, как протоплазма. Можно искусственно получить клетку, не содержащую ядра, и она значительное время остается живой, обнаруживая рост и обмен веществ (хотя и отстают в этом от нормальной клетки с ядром). Важнейшее значение в жизни клетки имеют пластиды. С пластидами, содержащими хлорофилл, связан процесс фотосинтеза, играющего особую роль в процессе ассимиляции в органические вещества. Клетка является системой, в которой разыгрываются основные жизненные процессы. Если анализировать организм путем расчленения, идя от общего к частному, то окажется, что организм построен из ряда соподчиненных систем, все менее и менее сложных. Наиболее низшей системой, способной к самостоятельному существованию, надо считать клетку, хотя и она сама состоит из систем еще более низшего порядка. Существуют некоторые живые системы, к которым трудно (микробы) или почти невозможно (ультравирусы) приложить понятие клетки. Но и в микробах необходимо признать очень сложно построенную систему, состоящую из тех же компонентов, которые находятся в протоплазме клетки. Что же касается ультравирусов, то не решено еще являются ли они существами (организованными системами) или же только веществами. Но поскольку можно установить их размножаемость и необходимость для размножения определенного биологического субстрата в виде протоплазмы, можно думать, что если это -- вещества, то, во всяком случае, стоящие на границе между живым и неживым. Клеточное расчленение не есть первичное свойство живой материи, и появилось в историческом развитии как результат наилучшего приспособления организмов к окружающей среде. Говоря об эволюции взглядов на клетку, следует упомянуть работы Вольфа (2-я половина 18 в), которого можно считать автором первой "клеточной теории" и Шванна (1-я половина 19 в), окончательно утвердившего представление о клеточном строении, как всеобщем принципе организации. Однако Шванн являлся основоположником механистического понимания клеточной теории, поскольку она, в его понимании, заключается в сведении свойств целого организма на свойства клетки. Большое влияние на дальнейшее развитие клеточной теории оказал Р. Вирхов (19 в). Высшая организация растения или животного рассматривались им как процесс прогрессивного суммирования большего или меньшего числа клеток. В организме множество отдельных самостоятельных клеток хотя и поставлены в зависимость друг от друга, но каждой из них свойственна самостоятельная деятельность. Представления Вирхова получили название" "теории клеточного государства". Для своего времени взгляды Вирхова, несмотря на их механистичность, были, безусловно, прогрессивны и оказали благотворное влияние на развитие биологии медицины. Стараясь преодолеть устаревший взгляд на организм, как на "клеточное государство" ряд биологов (Роде, Немилов, Рубашкин и др.) по сути, договорились до непризнания клетки за элементарную живую единицу. Они полагают, что сущность морфологического выявления жизненных процессов не в клетке, а в протоплазме. Ошибочные суждения известных биологов привели к печальным последствиям -- изъятию школьных программ учения о клетке. На это было обращено внимание в специальном постановлении ЦК ВКП(б) о школе. Основным положением клеточного учения было и остается понятие о клетке, как основной структурной единице организма и организме -- "биологическом соединении клеток". Выше отмечалась важнейшая роль нервной системы, благодаря ее регулирующему влиянию на обмен веществ. Нервная система несет в организме службу связи между отдельными органами при их работе. Связь осуществляется посредством нервной сигнализации за счет возбуждений (рефлексов), которые распространяются нервной тканью. В состав нервной ткани входят нервные клетки, нервные волокна и нервные окончания. Нервные клетки с отростками и оболочками образуют нервные волокна. Последние, в свою очередь, составляют белое вещество центральной нервной системы (ЦНС) и периферические нервы. Совокупность нервной клетки с отходящими от нее отростками и нервными волокнами образуют единицу ткани -- нейрон. Нервные окончания наличествуют в тканях, отдельных клетках и особых нервных тельцах. Нервные окончания либо передают раздражения нервным клеткам от периферии ("чувствующие окончания") или нервные импульсы от клетки к периферии ("двигательные окончания"). Нервные клетки в отличие от периферийных нервов не способны к регенерации. В случае их гибели они не замещаются другими, и весь нейрон гибнет. Центральная нервная система представляет собой совокупность ганглиозных нервных клеток и соединяющих их нервных отростков. Ганглий (нервный узел) представляет собой скопление нервных клеток. Залегающих местами по ходу нервных стволов между их волокнами. Цереброспинальные ганглии располагаются на задних корешках спиномозговых нервов и на некоторых черепных нервах -- тройничные, блуждающие и симпатические ганглии. У многих беспозвоночных ганглии образуют ЦНС. Нервные отростки, соединяющие ганглиозные нервные клетки, являются проводящими путями для раздражений, идущих от воспринимающих нервных аппаратов (органов чувств) и для посылки (в ответ на раздражение) импульсов к мышцам, железам и другим органам. ЦНС у беспозвоночных животных представлена либо отдельными нервными клетками, связанными при помощи нервов, как между собой, так и с периферией, либо скоплениями нервных клеток (ганглиями), которые у различных типов животных образуют различного типа сочетания. ЦНС позвоночных представляет собой лежащую на спинной стороне тела животного нервную трубку. Передний конец этой трубки обыкновенно расширен -- он образует головной мозг. Задняя удлиненная цилиндрическая часть трубки представляет собой спинной мозг. Мозг человека имеет весьма сложное строение и широкие функции (особенно передний отдел -- большой мозг). Последний является высшим органом нервной деятельности. Кора большого мозга, согласно опытам И.П. Павлова, является субстратом условных рефлексов, благодаря которым организм получает способность самого полного и совершенного воздействия на окружающую среду. Живой организм как система существует среди окружающей природы только благодаря определенным реакциям живой системы на падающие на нее извне раздражения (у всех высших животных осуществляется преимущественно при помощи нервной системы в виде рефлексов). При этом постоянную связь принято называть безусловными рефлексами, а временную -- условными. Безусловные рефлексы могут быть достаточно простые (например, кашель при попадании посторонних тел в дыхательное горло) и весьма сложные, обыкновенно называемые инстинктами (пищевой, оборонительный, половой и др.). Эти рефлексы возбуждаются как внутренними агентами, возникающими в самом организме, так и внешними. Так как внешняя среда при своем чрезвычайном разнообразии находится в постоянном колебании, то безусловных связей, как связей постоянных, недостаточно, и необходимо их дополнение условными рефлексами -- временными связями. В больших полушариях мозга имеются рецепторные элементы, воспринимающие возбуждения. Для большого мозга характерно сочетание физиологической (регулирование и координация процессов жизнедеятельности организма и его составных частей) и психической (ощущения, восприятия, память, чувства, воля, мышление и т.д.) деятельности. Функционирование мозга связано с процессами возбуждения и торможения участков коры больших полушарий. Высокоорганизованная материя (животные и человек) обладают психикой -- свойством в особой форме отражать предметы и процессы окружающего объективного мира. Вопрос о сущности психики непосредственно связан с коренным философским вопросом об отношении мышления к бытию, духа и материи. Поэтому борьба двух основных противоположных линий в философии -- материализма и идеализма -- является основным фактором также в развитии взглядов на психику. Последняя рассматривается идеалистами как особое начало, независимое и противоположное началу материальному и подчиняющее его себе. Только диалектический материализм Маркса и Энгельса дал единственно последовательно-материалистическую научную основу для учения о психике. Наши психические состояния и процессы суть, прежде всего отражения независимо от нас существующей материальной действительности. Утверждая материальную природу психики, диалектический материализм не отождествляет между собой психику и отражаемую ею действительность. Ленин писал: "... назвать мысль материальной -- значит сделать ошибочный шаг в сторону идеализма". Противопоставление материи и психики имеет значение только в пределах вопроса о том, что является первичным и что -- вторичным. Сознание и бытие, идея и материя -- это две различные формы одного и того же явления, которое называется природой. Психика, будучи неразрывно связана с физиологическими процессами организма, не тождественна, однако, с этими процессами и не может быть прямо выведена из них или сведена к ним. Фридрих Энгельс писал: "Мы когда-нибудь "сведем" экспериментальным образом мышление к молекулярным и химическим движениям в мозгу; но исчерпывается ли этим сущность мышления?" Психическое состояние и процессы не являются "субъективным аккомпанементом" происходящего в нервной системе. Психика -- есть реальное свойство высокоорганизованных, живых материальных тел (организмов), которым присуща особая форма процессов взаимодействия с окружающей их материальной средой. Специфическая особенность этих процессов и заключается именно в том, что они связаны с внутренними состояниями организма, отражающимися в виде ощущений, чувств, побуждений и т.п., взаимодействующую с данным организмом действительность. Конечно, не все жизненные процессы связаны с психическим отражением, т.е. не все жизненные процессы имеют форму одушевленных, психических процессов. Эта форма возникает лишь на определенной ступени развития жизни, в связи с усложнением условий существования организмов, что приводит и к усложнению их собственного строения. Психика не дана изначально. Возникнув на определенной ступени жизни, она качественно изменяется вслед за изменениями самого жизненного процесса и его конкретных носителей -- живых организмов. Психика проделывает огромный путь развития, начиная от элементарнейшей чувствительности низших животных и кончая сознанием человека. Отражение природы, действительности в психике не есть только односторонний, пассивный процесс. Объективная действительность, воздействуя на органы чувств живого существа и отражаясь в его мозгу, вместе с тем, побуждает его к деятельности. С особенной ясностью выступает активный, действенный характер психики у человека, обладающего высшей формой психики -- сознанием. В соответствии с марксистской философией сознание представляет собой отражение независимого от него существующего мира и, следовательно, является производным, вторичным по отношению к объективной реальности. Хотя человеческая психика не исчерпывается только сознательными процессами, однако. Именно сознательные процессы являются высшими и ведущими в психической жизни человека. Большинство несознаваемых процессов, как, например, автоматизированные навыки, первоначально формируются в качестве процессов, протекающих сознательно, и лишь затем автоматизируются. Даже собственно бессознательная сфера психики человека, образуемая несознаваемыми влечениями и так называемыми, инстинктами, развивается и проявляется у человека в зависимости от развития его сознательной жизни. Таким образом, бессознательное и сознательное в психике человека нераздельны -- и в том, и в другом отражается общественно-историческая природа Человека. Сознание человека подготовлялось всем ходом биологической эволюции. Уже некоторые простейшие организмы обладают ясно выраженной способностью ощущения, которая позволяет им ориентироваться в окружающей среде. На более высоких ступенях развития животного мира, например, у насекомых, паукообразных у высших червей и, особенно, у позвоночных, ощущения становятся более дифференцированными, позволяющими отражать свойства среды точнее, совершеннее. У млекопитающих животных, в связи с развитием коры головного мозга, развивается способность объединения, интегрирования отдельных ощущений в целостные образы вещей и затем, как это экспериментально выяснено в опытах с обезьянами, возникает также и способность отражения вещей в их связях и соотношениях. Последнее и составляет основу зачаточного мышления, наблюдаемого у некоторых высших млекопитающих. Однако развитие психики в животном мире составляет лишь предысторию сознания. Собственно же история его начинается только с развитием человеческого общества. Психика человека качественно отличается от психики даже наиболее высокоорганизованных животных. В то время как для животного его собственное отношение к природе не выделяется, не существует для него, вследствие чего и сами предметы не выделяются из его отношения к ним, но отражаются в слитности с ним, -- человек выделяет и отличает свое отношение к окружающему его миру; поэтому и сам окружающий мир отражается им как объективный, сознается им. Причиной возникновения сознания человека является переход животноподобных предков человека от инстинктивных отношений к окружающей природе и друг к другу, к общественным отношениям, складывающимся в процессе труда. Именно в процессе совместной трудовой деятельности по отношению к предметам окружающей их материальной среды люди начинают сознавать свои отношения к этим предметам. Эти отношения выступают теперь для людей объективно как отношения трудового коллектива, частью которого они являются. Тем самым люди начинают сознавать и окружающие их предметы в их объективных свойствах и отношениях. Возникновение сознания непосредственно связано с зарождением языка, в котором оформляются первые сознательные представления людей. Как и труд, в процессе которого он возникает, язык рождается из нужды людей в общении, в совместной деятельности. Можно сказать, что эволюция языка и, следовательно, сознания имеет безусловную связь со сменой общественных формаций. На заре развития человеческого общества, когда еще не существовало членораздельной, звуковой речи общение людей совершалось с помощью движений, сопровождавшихся возгласами. Отдельные предметы окружающего мира и их свойства выделялись для сознания людей и закреплялись в языке лишь в весьма узких пределах доступных людям средств воздействия на природу. Позднее люди в своих действиях начали руководствоваться сознательными, речевыми по своей форме, представлениями о цели, обобщавшими опыт их коллективной трудовой деятельности. Однако на этой ступени развития сознания еще не было отвлеченных внутренних мыслительных процессов, не было мышления, "отделенного" от непосредственно практической деятельности. Вместе с тем, люди осуществляли преднамеренные изменения окружающей природы, накладывая на нее печать своей сознательной воли. Этим, деятельность человека уже тогда принципиально отличалась от поведения высших животных. Более высокая ступень развития сознания приходится на время, когда осуществлялся переход к родовому обществу. Речь освобождается от ограничивающих ее возможности ручных движений. Голосовой аппарат подчиняется теперь задаче произнесения звуков речи. Возникает звуковая речь, язык слов. У сознания появляется форма словесного мышления. Благодаря возникшему общественному разделению труда и дальнейшему развитию языка, в речи и сознании индивидов конкретизируются значения слов, приобретается смысл, отражающий своеобразное, особенное отношение данного субъекта к обозначенному явлению. Дальнейшие коренные изменения в сознании наступили при переходе к классовому обществу. Мышление теперь все более отделяется от своей непосредственной связи с процессами общения и с внешней речью. Развивается собственно внутренняя деятельность сознания, процессы соотнесения и связи суждений -- развивается отвлеченное, рассуждающее мышление, которое впоследствии образует высшие формы логического мышления. Возникает новое отношение индивидуального и общественного сознания. Последнее выступает теперь как классовое сознание. Понятия и идеи. Выдвигаемые господствующим классом, преломляются в сознании отдельных людей и приобретают для них тот или иной смысл, в зависимости от того, каково их собственное реальное общественное бытие, которое, прежде всего, определяется их классовой принадлежностью. Таким образом, в условиях классового общества индивидуальное сознание, так же как и общественное сознание. Неизбежно является классовым, столь же различным и противоположным у представителей разных классов, сколь различны и противоположны общественные условия самой их жизни. На известном историческом этапе, частнособственнические отношения проникают в сознание людей, овладевают их мышлением и закрепляются в идеологии господствующего класса. Однако, в дальнейшем, при развитии крупного капиталистического производства, которое объединяет между собой рабочих, вырабатывается новое. Пролетарское сознание, соответствующее классовому положению пролетариата. Общественное бытие пролетариев неизбежно порождает у них влечение к социализму, они легко усваивают революционные идеи научного социализма, которые приобретают для них действенный и жизненный смысл. При социализме возникают новые формы сознания, его строения и содержания. Новое отношение к труду, обусловленное тем, что человек в социалистическом обществе работает не на эксплуататоров, а на себя, на свой класс, на общество, придает новый смысл всей деятельности людей, порождает у них новые чувства и стремления... Огромное значение для понимания того, что такое жизнь, имеют вопросы происхождения и развития жизни на Земле. Философская борьба вокруг этих вопросов отражает борьбу классов общества. На протяжении всего средневековья и в значительной мере до середины 19 в., со времени Аристотеля и с последующего благословения отцов церкви, считалось, что возникновение жизни происходит постоянно и повсеместно путем самопроизвольного зарождения. По этому представлению черви, насекомые и рыбы могут самопроизвольно зародиться в иле, мыши -- в преющей и грязной муке и т.д. Учение о самопроизвольном зарождении получило кажущуюся точку опоры благодаря открытию микроскопа. Раскрылся новый мир живых существ, до того совершенно неизвестный. Различные настои воды кишели громадным количеством инфузорий и других микроскопических существ. Утверждали, что они-то и возникают непосредственно в этих настоях из гниющего органического вещества или неорганических веществ. Однако дальнейшие исследования показали, что и это неверно: инфузории и другие микроскопические организмы появляются благодаря предварительному наличию (или занесению из воздуха) в этих настоях зародышей или спор соответствующих микроскопических существ. Без наличия зародышей или спор эти настои, из чего бы они ни были приготовлены, могут стоять неопределенно долгий срок и в них никакие организмы не появятся. Особенно убедительные опыты против самопроизвольного зарождения жизни были проведены Л.Пастером уже во второй половине 19 в., и они окончательно опровергли этот взгляд на возникновение живых существ. Ряд ученых (д'Эрелль, Проважек и др.), на основе опытов и наблюдений последних лет, тем не менее, считают, что ультрамикроскопические существа (бактериофаги, хламидозои и др.) или еще более элементарные организмы, называемые даже полуживыми, могут зародиться непосредственно из веществ неживой природы. Другого рода теории основываются на признании вечности жизни. Впервые эту теорию выдвинул Рихтер (1865). Он утверждал, что все мировое пространство заполнено жизнеспособными зародышами низших организмов, отделившихся от тех мировых тел, на которых имеются организмы, создавшие эти зародыши. Когда зародыши из мирового пространства тем или иным способом попадают на какую-либо планету, где имеются благоприятные условия температуры и влажности, они начинают развиваться и создают все богатство и разнообразие фауны и флоры, т.е. все живое извечно происходит из клетки. Несколько позже этот же взгляд поддержали Гельмгольц и Томсон, утверждавшие, что зародыши могут быть занесены на Землю метеорами, которые при своем падении накаляются только с поверхности, в центральных же частях, содержащих иногда углеродные соединения, температура повышается незначительно. Такую же точку зрения позже развивал Аррениус, исходивший из того факта, что всюду на Земле, вплоть до очень высоких слоев атмосферы, распространенны споры микробов. Свой взгляд, получивший название теории панспермии, он пытался опереть на незадолго до его выступления открытое световое давление, под влиянием которого споры микробов, грибов, водорослей, закапсулированные простейшие и т.д. Могут быть вытолкнуты в межпланетное пространство, оттуда попасть на другие мировые тела и дать там начало развитию живых организмов. В самое последнее время идея вечности жизни вновь выдвинута Шульце. Он утверждает наличие элементарных организмов, гораздо более простых, нежели бактериальные споры, и называет их биогенами. По мнению Шульце, жизнь никогда не возникала, она существует вечно, биогены переносят ее с одной планеты на другую. Особый взгляд на происхождение жизни у Прейера (1880), считающего, что неживое -- есть продукт жизни, что Земля в раскаленном состоянии, как и любая туманность или раскаленная звезда, представляет собой живой организм. В противоположность всем этим идеалистическим и метафизическим воззрениям ряд естествоиспытателей (Геккель, Пфлюгер, Аллен и др.), стоя на точке зрения возникновения и развития жизни на Земле, создали научную гипотезу происхождения жизни, заключающуюся в утверждении, что жизнь возникла на Земле, в определенную геологическую эпоху; первичное зарождение привело к образованию недифференцированных монер (первичных белковых тел), из которых затем развилось все многообразие растительного и животного мира. Между образованием монер и возникновением дифференцированной клетки лежит эпоха сложного и длительного развития. Несмотря на отсутствие вполне установленных знаний о химическом процессе происхождения жизни считается, что это не должно влиять на негативную оценку теории вечности жизни или ее самопроизвольном зарождении. Теории о вечности жизни, какую бы форму они не принимали, вырывают пропасть между миром органическим и неорганическим, приводят к отрицанию перехода одной формы движения материи в другую, а тем самым к отрицанию развития вообще и упрочению метафизического взгляда на природу, широко открывающему путь идеализму и религии. Луи Пастер и некоторые его предшественники, разбив метафизику самопроизвольного зарождения, содействовали диалектической постановке проблемы жизни. Они обусловили промышленное применение бактериальных культур, развитие науки, хирургии и др., но они дали повод некоторым естествоиспытателям метафизически ставить вопрос о происхождении жизни, объявляя ее вечной. Отказываясь от научного решения проблемы, они давали религии оружие для борьбы с наукой. Окончательное оправдание единственно научного понимания жизни и уничтожение метафизики в вопросе о возникновении жизни, дало бы искусственное воспроизведения синтеза белковых тел из неорганических соединений... Все живые существа могут жить только в строго определенных условиях, границы которых, для каждого определенного вида организмов, могут колебаться в сравнительно незначительных пределах. Условия жизни на Земле в процессе ее геологического развития изменялись в разных местах земного шара; они и в настоящее время сильно отличаются друг от друга. Несмотря на это жизнь существует почти везде на Земле, на разных глубинах моря, в атмосфере. Из этого видно, что жизнь возможна в очень широких пределах физических условий (температуры, давления, влажности и т.д.), но при этом в различных физических условиях встречаются различные, довольно определенные группы живых существ. Белковые тела при высокой температуре (около 80 градусов Цельсия) свертываются. Это определяет верхнюю температурную границу возможности жизни. Однако, известны так называемые термофильные бактерии, живущие в горячих источниках при температуре больше 90 градусов. Некоторые споры не погибают при температуре100 градусов, но нормальное развитие, размножение этих спор при такой температуре уже не происходит. Можно понизить температуру многих животных до очень низкого уровня без окончательного разрушения организма, который при постепенном переходе к нормальной температуре опять проявляет все жизненные функции. Известно, что лягушку можно полностью заморозить, и, после медленного оттаивания, она остается живой. Таким образом, удалось даже некоторые низшие организмы охлаждать в жидком гелии, т.е. до температуры ниже -- 260 0С, при сохранении их способности к оживлению после постепенного нагревания. Что касается давления, то известно, что и на дне океана, несмотря на огромное гидростатическое давление, имеются живые существа, приспособленные к жизни при таком высоком давлении. При подъеме на поверхность моря многие из них часто погибают вследствие понижения давления. Существуют организмы, которые не нуждаются в кислороде. Некоторые из них (анаэробы) вообще не могут существовать в кислородной среде. Однако нужно различать физиологическое приспособление отдельных типов живых существ к определенным внешним условиям от приспособления к жизни вообще. Физиологическое приспособление весьма ограничено и колеблется незначительно. Резкая перемена условий приводит обычно к гибели организма. Однако в процессе развития жизни на Земле возникали все новые виды живых существ, физиологическая приспособленность которых отличалась от ранее существовавших, и, таким образом, в настоящее время различные организмы заселяют всю Землю, являясь соответственно приспособленными к условиям того места, где они обитают. Всякое живое существо проходит некоторый цикл развития от зарождения организма до прекращения его индивидуального существования, смерти. Изучение различных форм жизни и смерти привело к отрицанию необходимости смерти, к идее индивидуального бессмертия, прежде всего у одноклеточных. Вудреф и Эрдман в своих обширных опытах в течение свыше 20-и лет провели более десятка тысяч поколений парамеций, последовательно пересаживая их по одиночке в несколько капель питательного раствора. Они наблюдали периодически наступающую реорганизацию организма парамеции, сопровождающуюся выбрасыванием части ядра и протоплазмы (частичная смерть). Опубликованы результаты опытов, в результате которых были получены тысячи поколений простейших без всяких депрессий; это достигалось, главным образом, уменьшением кормления и его регулированием. Другая группа исследований заключалась в попытках ряда биологов добиться "экспериментального бессмертия " не только простейших, но и других низших организмов. Экспериментальные данные показали, что на низших ступенях развития жизни "индивидуальное бессмертие" достигается только при условии периодической частичной гибели (путем, например, ампутации) и связанной с этим глубокой перестройки всего организма (например, при голодании). Правильно сказать, что при "экспериментальном бессмертии" возникает новый индивид путем частичной гибели и перестройки за этот счет старого индивида. С проблемой естественной смерти связана и проблема старости. Если смерть есть необходимый результат жизни, то старость -- один из ее этапов на пути к смерти. Примером физических теорий старения может служить "энергетическая" теория Тангля, согласно которой живые существа являются физическими системами, у которых обмен веществ находится в динамическом равновесии; благодаря нарастанию энтропии это динамическое равновесие нарушается, что и приводит к разрушению системы, к смерти. Эта теория не учитывает того обстоятельства, что термодинамические процессы организма значительно отличаются от термодинамических процессов неживой природы. Кроме того, эта теория односторонне рассматривает организм как машину. Физико-химические теории привлекают для объяснения процесса старения различные физико-химические процессы в коллоидах (например, так называемый, "гистерезис" протоплазмы), основываясь на отождествлении живого вещества с коллоидным состоянием вообще. Неудовлетворительность физико-химических теорий старения заключается в том, что, ограничиваясь только общими для всех коллоидов закономерностями, они не охватывают закономерности особого коллоида -- живого белка, а потому и не способны объяснить, почему старение белка мухи происходит в течение немногих недель, а черепахи -- в течение столетий, почему состарившийся "коллоид" -- организм одноклеточного -- превращается путем деления в два молодых и т.д. Теория шлаков выставляет как причину старости накопление с течением жизни продуктов распада организма, которые накапливаются в виде различных шлаков, пропитывают живые ткани в виде извести, мочевой кислоты, холестерина и т.д. Таким образом, нарушается нормальная жизнедеятельность частей организма, и это приводит его к смерти. Видоизменение этой теории заключается в указании на ядовитый характер продуктов распада, постепенное накопление которых в организме приводит к его самоотравлению. Эта теория основывается на многочисленных фактах, но не в состоянии их объяснить (например, факт получения двух молодых организмов из одного старого). Микробная теория Мечникова видит причину старости в отравлении организма токсинами различных бактерий, поселяющихся в кишечнике и отравляющих все клетки организма. Эта теория отказывалась видеть в старении процесс, имеющий общую основу для всего живого. Старость для нее -- случайный процесс, возникающий из внешних причин, не имеющий основу в самой жизни. Кстати говоря, микробная теория совершенно не подходит для многочисленных существ, лишенных кишечника. Еще одна -- эндокринная теория старости считает, что старение есть результат смены деятельности различных желез и определенного их соотношения. В молодости доминируют зобные железы, при половом созревании -- эпифизарные, в зрелые годы -- половые, в старости -- надпочечные. Почему устанавливается именно такое соотношение желез и почему старение происходит и у таких организмов, которые не обладают дифференцированной эндокринной системой (например, растения) -- на это данная теория не отвечает. Биологическая наука 20-го века считает: все изложенные теории имеют под собой большой фактический материал и, несомненно, отражают различные стороны и формы старения на разных ступенях развития живых существ. Общий их недостаток -- игнорирование всеобщей основы жизни, которой является процесс обмена живого белка. Отсюда, неисторический подход этих теорий к явлениям старения. Ранее указывалось, что жизнь на Земле возникла в определенную геологическую эпоху в виде первичного живого белка. Он не мог иметь структуры даже наименее развитых из известных нам живых существ, т.е. он мог быть только совершенно бесформенной массой, в которой, тем не менее, происходили процессы распада и восстановления составляющих ее молекул белка. Уже в такой бесформенной массе белка имеются все существенные черты жизни -- диссимиляция, питание и ассимиляция, раздражимость, наследственность, рост, размножение и продолжение жизни. Диссимиляция на этой ступени развития жизни еще непосредственно совпадает со смертью известной части белковой массы и, в то же время, является необходимым условием продолжения жизни другой части. Питание и ассимиляция выражаются в присоединении и переработке веществ из окружающей среды или из продуктов распада отмирающей части белковой массы. Раздражимость дана в форме реакции на воздействие мертвых и неорганических веществ и других факторов. Наследственность -- циклическое повторение химического перехода от старых частей белковой массы к более молодым. Рост происходит при превышении ассимиляции над диссимиляцией. Размножение и продолжение жизни здесь еще совпадают с ассимиляцией и ростом. Все эти проявления жизни, в совокупности составляющие обмен веществ белковой массы, не могли не менять ее структуры, а тем самым и направления и характера самого обмена. Усложнялся процесс обмена, обретая большую последовательность его стадий и большую длительность циклов. В свою очередь, повышение организованности белковой массы создавало условия для дальнейшего изменения обмена и структуры, пока в их взаимообусловленности и дифференциации белковая масса не распалась сперва на различные участки, а затем и на самостоятельные комки организованных живых белковых тел -- на клетки. По мере роста организованности живого белка, по мере его дифференциации части белковой массы все больше превращаются в органы, а процессы их жизнедеятельности -- в функции этих органов. Форма белковых тел все в большей степени определяется внутренней структурой и историей развития живого белка данного организма. В историческом ходе развития живых существ, в условиях изменяющейся среды (геологические, климатические и прочие условия), в условиях ее разнообразия, в условиях имеющей место борьбы за существования -- внутренние закономерности процесса развития жизни должны были принять форму (осуществляющегося при помощи случайностей) приспособления к условиям существования. Именно то, что Дарвин усмотрел в природе единство внутренних закономерностей развития и случайностей приспособления позволило ему доказать эволюцию в органическом мире. Живой белок имеет свою историю. Со времени образования элементарных организмов биология вступила на твердую почву эволюционной теории. Первое упоминание об эволюции в окружающем нас мире можно встретить у древнегреческого философа Гераклита (540 -- 475 г. до н.э.). Он высказал предположение о вечном существовании материи, находящейся в состоянии постоянного возникновения, изменения и движения. Эту свою мысль Гераклит выразил в широко известном афоризме: "все течет, все изменяется"... Другой древнегреческий философ Аристотель (384 -- 322г. до н.э.) представлял себе идею развития в природе в следующем виде: природа и вся совокупность форм в ней представляет собой некое единое организованное целое, в котором все тела, начиная с самых низших, наименее организованных, и кончая наивысшими, наиболее организованными, располагаются в виде внутреннесвязанного ступенчатого ряда с постепенными переходами. В соответствии с этим Аристотель допускал постепенные переходы от тел неорганической природы к растениям и далее к животному миру. Это, однако, не мешало ему утверждать, что некоторые группы животных возникают путем самопроизвольного зарождения, тогда как другие группы происходят только от себеподобных, например, человек от человека. В течение всего средневековья в философии господствовали "церковные" идеи предустановленной гармонии и постоянства, неизменности всех форм в природе. В биологии также господствовало представление о постоянстве и неизменности видов растений и животных и всей органической природы в целом, отражавшее религиозную догму о "сотворении" всего сущего, в том числе -- животных и растений. Некоторую брешь в этой прочно державшейся в течение всего средневековья и эпохи Возрождения библейской догме пробило начавшееся в 17 в. развитие палеонтологии, показавшей несостоятельность представлений об ископаемых животных и растений, как о продуктах "игры природы". Укрепляется идея о принадлежности ископаемых остатков тем животным и растениям, которые действительно жили на Земле в далекие времена и сильно отличаются от современных. Биологи и церковь помирились на том, что ископаемые животные и растения -- остатки тех организмов, которые погибли во время всемирного потопа. Расцвет науки и культуры в эпоху Возрождения, географические открытия, сопровождающиеся открытием массы сведений о разных странах, об их флоры и фауне способствовали появлению новой отрасли биологии -- систематике растительного и животного мира. Систематика впоследствии сыграла огромную роль в развитии эволюционного учения. Глубокий след в истории биологии, особенно систематике растений и животных оставили труды К. Линнея (1707 -- 1778). В своей классификации животных он впервые ставит человека в один ряд с обезьянами и полуобезьянами, объединив их в одну группу "приматов", причем человеку он дает особое название -- Homo Sapiens (разумный человек), в отличие от человекоподобных обезьян. Линней правильно учел также один из наиболее характерных признаков высшего класса животных -- их молочные железы, -- что дало ему основания впервые употребить термин "млекопитающее", доныне сохранившийся в классификации позвоночных. Дальнейшее совершенствование систематики растений и животных, развитие палеонтологии, углубление знаний в области ботаники и сравнительной анатомии животных (зоологии) привели к возрождению эволюционной идеи (в конце 18 в). Вместе с тем эволюционной теории приходилось пробивать себе дорогу в борьбе с учениями Линнея и Кювье, которые господствовали вплоть до второй половины 19 в. Здесь следует иметь в виду, что и тот и другой сыграли не только положительную, но и отрицательную роль в истории развития эволюционного учения. Мы уже отмечали, что Линней был, по сути, первым "классификатором" живой природы и что его классификация сама по себе являлась колоссальным достижением биологии, одним из важнейших стимулов ее прогресса, но если говорить о миросозерцании Линнея, о его взглядах на эволюцию, образование мира и происхождение видов животных и растений, то здесь Линней-реформатор уступает место Линнею-консерватору. Последний считал, что живые существа появились в результате творческого акта и остаются постоянно неизменными. Согласно Линнею "видов столько, сколько различных форм произвел в начале мира всемогущий; эти формы, согласно законам размножения произвели множество других, но всегда подобных себе. Значит, видов столько, сколько различных форм и строений встречается в наше время". Кювье дал много нового, интересного и положительного в области палеонтологии, зоологии, систематики, но был автором теории, о которой Ф. Энгельс писал: "теория Кювье о претерпеваемых землей революциях была революцией на словах и реакционной на деле". Дело в том, что в 1821 году Кювье выдвинул теорию о связи появления новых видов животных с гигантскими катастрофами, которые претерпевал земной шар. Он считал, что в результате этих катастроф, вызывающих затопление материков или, наоборот, появления из-под воды новых, гибли и обновлялись фауны. Взамен прежних появлялись новые виды животных, совершенно не похожие на прежних. Победа над взглядами Линнея и Кювье принадлежит не столько естествоиспытателям сколько философам. В первую очередь это относится к Канту и впоследствии -- Лапласу и Гершелю, показавшим, что наша Земля, как и вся солнечная система, не существует вечно, когда-то возникла из туманных масс и, раз возникнув, беспрерывно изменяется, развивается и, в конце концов, должна погибнуть. В 1759 году Вольф выступает с опровержением теории постоянства видов. Во 2-й половине 18 века с учениями об изменчивости и развитии органических форм выступает Бюффон, полагавший, что все живое происходит из моря, которое в глубокой древности было средой для возникновения различных живых существ, следы которых можно найти в ископаемых породах. Эти животные, по мнению Бюффона, беспрерывно изменялись, причем в процессе развития одни из них становились более приспособленными, совершенными, а другие вырождались и погибали в борьбе за существование. Примерно в то же время, знаменитый поэт Гете, занимаясь вопросами биологии, приходит к тому выводу, что все органические формы, как растительные, так и животные, являются лишь продуктом развития и превращения первичных форм или, как он их называет, "перворастения" и "первоживотного". В начале 19 века Тревиранус выдвинул гипотезу, что жизнь на Земле началась с низших простейших форм -- животно-растений, из которых впоследствии, эволюционным путем произошли все последующие (вплоть до современных) формы органической природы. При этом Тревинарус полагал, что развитие шло во многих, самых разнообразных направлениях. А в 1809 г. появляется замечательное сочинение Жан Батиста Ламарка "Философия зоологии", в которой впервые делается попытка систематического изложения эволюционной теории. Ламарк ставит под сомнение господствующее в его время учение об отдельных актах творения и о постоянстве видов животных и растений и выдвигает против него свое учение о естественном происхождении, изменчивости и развитии органической природы. Ламарк стоит на точке зрения самозарождения и высказывает мысль, что "природа обладает всеми необходимыми средствами, чтобы самостоятельно произвести все, чему мы удивляемся в ней". Виды организмов самостоятельны лишь относительно и произошли они в результате незаметных и последовательных изменений предшествующих форм. Свою классификацию животного мира Ламарк начинает с описания наипростейших форм, всех степеней их усложнения и изменения и завершает высшими животными вплоть до наиболее совершенного из них -- человека.
В "лестнице" Ламарка формы живого расположены не по принципу внешнего сходства признаков, а по родству. Она основана на историческом принципе, на теории развития органической природы. Вместе с тем, по вопросам, касающихся главным образом причин и факторов эволюции Ламарк выдвигал положения, которые оказались совершенно неверными, не подтвердившимися в последующем развитии биологии. Так он полагался на, так называемый, внутренний принцип усложнения органических форм, на наследование приобретенных признаков, роли привычек и "воли" животных и т.д. Здесь просматривается ложная идея целенаправленности эволюционного процесса, в значительной мере сохранившаяся у многих биологов. Своеобразное, хотя в некоторых чертах сходное с теорией Ламарка, эволюционное учение выдвинул в начале 19 века Сент-Илер. Он исходил из идеи единства плана строения органических форм в природе, полагая, что осуществление этого плана является результатом изменчивости и развития органических форм от низших к более высоким. Сент-Илер считал, что основной причиной изменчивости органических форм является прямое и непосредственное влияние окружающей среды на строение и функции организмов, в результате чего возникают новые формы животных. Он отвергал ту часть учения Ламарка, которая основана на признании решающей роли привычек и "воли" животных в изменчивости и развитии организмов и стоял на точке зрения внезапных скачкообразных изменений, в отличие от Ламарка, который исходил из гипотезы постепенной непрерывной изменчивости. С 1859г., с появлением работы Чарльза Дарвина "О происхождении видов путем естественного отбора", эволюционное учение становится последовательной, систематизированной и научно обоснованной теорией эволюции органической природы. Прежде всего, Дарвин исходит из признания единства неорганической и органической природы, и теснейшей связи, взаимозависимости между растительным миром и миром животных. Основной движущей силой эволюционного процесса, по Дарвину, является естественный отбор, который, в свою очередь, является выражением основных свойств всего живого -- изменчивости и наследственности. В результате постоянного взаимодействия этих двух противоположных друг другу факторов представители одного и того же вида растений или животных сходны и в то же самое время различны между собой. Связано это с тем, что организмы способны изменяться в самых разнообразных направлениях и, вместе с тем, передавать по наследству своему потомству некоторые из этих изменений. Эти единичные случайные изменения, которые совершаются в организме в процессе его жизнедеятельности и в результате его взаимодействия с внешней средой, могут оказаться полезными, вредными или безразличными для организма не сами по себе, а в зависимости от определенных данных условий его существования. Помимо способности к изменчивости и наследственности растения и животные обладают еще способностью к безграничному размножению. Эта способность живых существ настолько велика, что любой организм мог бы заселить всю Землю, если бы огромная часть каждого нового поколения растений и животных не подвергалась истреблению благодаря недостатку пищи, света и других средств к существованию, а также вследствие взаимоистребления. Этим практически ограничивается для организмов возможность беспредельного размножения. Дарвин пришел к выводу, что в природе происходит беспрерывная ожесточенная борьба за существование между организмами, причем выживают в этой борьбе только те из них, которые оказываются наиболее приспособленными к окружающим их условиям существования. Это выживание организмов, наиболее приспособленных в борьбе за существование, Дарвин назвал естественным отбором. Если вспомнить при этом, что разнообразие организмов определяется изменчивостью, то станет вполне понятным, что приспособленность или неприспособленность того или иного организма к условиям существования является результатом случайного совпадения или несоответствия между особенностями организмов и условиями их существования, и что то или иное единичное, индивидуальное изменение случайно оказывается полезным, вредным или безразличным для организма в зависимости от данных условий его существования. Дарвин вплотную подошел к закономерностям происхождения различных видов животных и растений. В результате изменчивости у отдельных представителей того или иного вида появляются случайные, единичные, индивидуальные уклонения, из которых некоторые передаются по наследству потомству. Те особи, которые обладают сходными изменениями, оказавшимися полезными в борьбе за существование, составят разновидность в пределах изменяющегося вида, разновидность, которая, размножаясь из поколения в поколение, передавая по наследству потомству полезные уклонения, с течением времени превращаются в самостоятельный вид. Исходя из такого понимания процессов видообразования и эволюции органической природы, Дарвин дает новое, в высшей степени убедительное и научно обоснованное представление о, так называемом, "плане строения живых существ". В отличие от своих предшественников, которые представляли себе этот "план" в виде "лестницы" существ по ступеням совершенства, Дарвин представлял себе многообразие органического мира в виде сложно и разносторонне разветвленного генеалогического дерева с одним общим корнем. В результате естественного отбора и расхождения признаков в процессе изменчивости образуются такие биологические единицы как роды, семейства, отряды и т.д. Следует сказать, что и раньше и сейчас эволюционная теория Дарвина никогда не имела единодушной поддержки. Больше всего нападкам подвергалась та сторона учения Дарвина, которая касается борьбы за существование и естественного отбора и, конечно же, происхождения человека от обезьяноподобных животных. Отвечая критикам, Дарвин подчеркивал, что борьбу за существование надо понимать в широком смысле, включая сюда зависимость одного существа от другого, а также подразумевая не только жизнь одной особи, но и успех ее в обеспечении себя потомством. Некоторые буржуазные ученые выдвинули "теорию социального дарвинизма", перенося принцип борьбы за существование также на человеческое общество. Эта теория должна была служить научным оправданием вечной необходимости разделения общества на классы эксплуататоров и эксплуатируемых, конкурентной борьбы при капиталистическом способе производства и мальтусовской теории о народонаселении. По признанию Дарвина мысль о борьбе за существование пришла ему в голову, когда он познакомился с сочинениями буржуазного экономиста Мальтуса. Напомним, что последний считал, что на земном шаре рождается людей больше, чем имеется средств, необходимых для существования, пришел к реакционному выводу о необходимости сокращения рождаемости в необеспеченных семьях (т.е. в среде рабочих и крестьян). Дарвин, безусловно, допустил ошибку, сделав реакционную теорию Мальтуса отправным пунктом своего правильного учения о борьбе за существование в животном и растительном мире. Говоря об эволюционной теории необходимо подчеркнуть, что она находит блестящее подтверждение и фундаментальное обоснование в фактическом материале, доставленной систематикой, палеонтологией, физиологией животных и растений и т.д. Палеонтология доставляет богатый и чрезвычайно убедительный материал для установления различных периодов в истории развития органических форм, а также для выяснения преемственной связи между вымершими и ныне существующими органическими формами. Последние обнаруживают тем большее сходство с ныне живущими растениями и животными, чем ближе рассматриваемая геологическая эпоха к современности. По мере удаления назад от нашей геологической формации, органические формы обнаруживают черты все меньшего сходства и большего различия в сравнении с ныне существующими. Палеонтология доказывает правильность основной идеи эволюционного учения -- последовательности в происхождении органических форм. Сравнительная анатомия доставляет доказательства генетической связи между видами, родами, семействами, отрядами и классами организмов. На основании сравнительного изучения органов животных, принадлежащих к различным систематическим группам, сравнительная анатомия устанавливает с несомненностью, что органы, сходные по своим физиологическим отправлениям, могут быть несходными по своей структуре и положению, и, наоборот, органы одинакового происхождения, различные по своим отправлениям и внешнему виду, всегда сходны между собой по своей внутренней структуре. Так, например, крыло насекомого и крыло птицы сходны между собой по своим физиологическим отправлениям -- они выполняют одну и ту же функцию летания, -- но крайне различны по своему строению: в то время как крыло птицы устроено по типу передних конечностей млекопитающих, крыло насекомого представляет собой лишь кожную складку. Эти т.н. аналогичные органы свидетельствуют о том, что насекомые и птицы происходят от различных предков. Совершенно иной вывод напрашивается при сравнении руки обезьяны, передней конечности любого млекопитающего, крыла птицы и летучей мыши, ласта тюленя и т.д. -- эти органы, бесспорно различные по своим физиологическим отправлениям, сходны между собой по своему строению ("гомологические" органы). Эти органы представляют различные вариации одних и тех же групп костей, и это нельзя объяснить иначе, как предположением, что указанные животные, принадлежащие к различным систематическим группам, произошли от общих предков. Особенно яркий свет на закономерности развития органической природы проливает эмбриология, которая располагает богатейшим фактическим материалом для разрешения вопроса о соотношении между индивидуальным развитием органических форм эволюцией органической природы. Особый интерес в этом отношении представляет т.н. биогенетический закон, который устанавливает определенную закономерную связь между эмбриональным развитием того или иного живого существа и эволюцией его вымерших предков. Связь эта выражается в том, что "ряд форм, которые проходит индивидуальный организм во время своего развития от яйцеклетки до развитого состояния, есть короткое, сжатое повторение длинного ряда форм, которые прошли животные предки того же организма..." (Геккель). Так, например, то обстоятельство, что зародыш млекопитающих животных и птиц подобно рыбам имеет жаберные щели и жаберный скелет, свидетельствует о том, что высшие позвоночные животные происходят от рыбообразных предков, живших в воде и дышавших жабрами. Говоря об основных направлениях эволюционной теории, группа биологов в составе В. Качанова, С.А. Зернова, М.Л. Левина и др. приходит к следующим выводам. Основные направления эволюционной теории группируются вокруг учения Ч. Дарвина с одной стороны и учения Ламарка и Сен-Илера -- с другой. Коренное различие между этими двумя направлениями заключается в подходе к решению проблемы биологической целесообразности. Естественнонаучная основа теории Ламарка заключается в признании "внутренней цели" как основного принципа эволюционного процесса. С точки зрения дарвинизма решающим фактором эволюции органической природы является естественный отбор. Ламаркисты, ограничивая роль естественного отбора, по существу, отрицают различие между изменчивостью индивидуальной и видовой, между закономерностями развития отдельной особи и всей органической природой. Особый интерес представляет вопрос о закономерностях изменчивости и наследственности, прежде всего об их причинах и о том, какие именно изменения являются наследственными. Ламарк полагал, что изменчивость является результатом внутреннего стремления организма к совершенствованию, с одной стороны, и изменение потребностей и привычек организмов, обусловленными воздействиями окружающей среды, -- с другой. Сент-Илер считал, что наследственными являются все изменения в организме, которые возникают в результате прямого, непосредственного воздействия внешней среды. Дарвин в вопросе о причинах изменчивости полагал, что вообще изменения организмов могут возникать как в результате жизнедеятельности организмов в определенных условиях существования, так и в результате изменений условий окружающей среды. Причем у Дарвина можно найти прямое указание на то, что "законы, управляющие наследственностью, по большей части неизвестны". Говоря о различных направлениях эволюционной теории нельзя пройти мимо работ Гексли (1825-1895), Тимирязева (1845-1920), Геккеля (1834-1919) и других выдающихся ученых, значительно способствовавших углублению и расширению теоретических и экспериментальных основ дарвинизма. Относительно А. Уоллеса (1823-1913), современника Дарвина, одновременно с ним установившего некоторые общие закономерности эволюционного процесса (борьба за существование, естественный отбор и др.), необходимо сказать, что он, помимо естественных причин эволюционного процесса, в частности происхождения человека, допускал наличие особого некоторого "высшего интеллигентного существа", которое якобы направляет эволюционный процесс в определенном направлении и к определенной цели. Э. Геккель содействовал теоретическому обоснованию единства органической и неорганической природы, происхождения жизни химическим путем и т.д. Глубокий след в развитии эволюционной теории и популяризации учения Дарвина в России оставил К.А. Тимирязев. Огромное влияние на современное состояние эволюционной теории имело и поныне еще сохранило учение А. Вейсмана, которое легло в основу целой современной школы или направления эволюционной теории, известного под названием "неодарвинизма". Основное внимание в своем учении Вейсман (1834-1914) уделял вопросам, касающимся закономерностей наследственности и изменчивости и роли естественного отбора в эволюционном Процессе, и в этой связи обнаружил своеобразное понимание сущности самого процесса эволюции органической природы в целом. По этому учению изменчивость организмов сводится к смешению родительских наследственных субстанций ("зародышевых плазм"), происходящему во время оплодотворения при половом размножении. В результате смешения "зародышевых плазм" появляются новые признаки, передающиеся по наследству. Приспособленность организмов к окружающим условиям существования Вейсман объяснял действием естественного отбора, благодаря которому выживают и сохраняются только такие комбинации зачатков наследственных признаков (их содержит зародышевая плазма), которые обусловливают наибольшую приспособленность индивидов к данным условиям окружающей среды. Действие естественного отбора Вейсман распространил не только на организмы, но и их органы, ткани и клетки, доводя, таким образом, идею естественного отбора до абсурда. Это обстоятельство, в соединении с попыткой свести все многообразие эволюционного процесса к простой комбинации наследственных элементов, по существу своему является аргументом против эволюционной теории. Другой особенностью учения Вейсмана является его теория непрерывности зародышевой плазмы, согласно которой последняя в процессе оплодотворения целиком и полностью сохраняет свою "индивидуальность" и передается новой особи от предыдущей без всяких изменений в своей структуре. В соответствии с этим свойства зародышевой плазмы являются всегда предопределенными и не находятся в зависимости от тела того организма, к которому она переходит. По Вейсману каждый организм состоит из двух принципиально различных и независимых друг от друга элементов -- половых и соматических клеток, из которых первые предназначены для размножения, а вторые -- для питания и других жизненных отправлений организма. В отличие от соматических клеток, которые смертны и погибают вместе со смертью организма, половые клетки -- "потенциально бессмертны". Заключенная в половых клетках зародышевая плазма -- наследственная субстанция не меняется в результате воздействия внешних агентов. Последние могут влиять только на соматические клетки, вызывая в них соответствующие изменения, которые, однако, не могут быть наследственными. Указанные изменения ни в какой мере не отражаются на зародышевой плазме, вследствие чего они остаются бессмертными для потомства. На основании этой теории Вейсман сформулировал важнейшее положение своего учения -- постулат о ненаследственности приобретенных признаков. По Вейсману, изменения, возникшие у организма в течение его индивидуальной жизни, не только не могут быть переданы по наследству потомству, но и никаким образом не могут влиять на это потомство. К концу своей жизни Вейсман внес в свое учение значительные поправки, признав (наряду с зародышевой плазмой) наследственное влияние внешних агентов на зародышевую субстанцию. Кроме того, Вейсман отказался от своего постулата об абсолютной изолированности зародышевых клеток и от резкого разграничения соматических клеток от половых. Учение Вейсмана, считает В.Качанов, несомненно, сыграло значительную роль в развитии эволюционной теории, особенно благодаря четкой постановке вопроса о роли и значении половых клеток как носительниц наследственной субстанции и о принципиальном различии между наследственными и ненаследственными изменениями. Все же Вейсмана, по мнению советских биологов 20-х -- 40-х годов, нельзя назвать ни "классиком дарвинизма", ни, тем более, последовательным материалистом. В последнем уверены лишь "меньшевиствующие идеалисты". "Учение Вейсмана в значительной мере спекулятивно, подчас даже мистично, фактически часто слабо или совсем необоснованно, вследствие чего и многие его выводы оказались ошибочными и чуждыми дарвинистскому пониманию закономерностей органической эволюции", -- заключает свою статью в БСЭ изд. 1-е биолог В.Качанов. В этой же статье Качанов излагает свои соображения об основных современных проблемах эволюционной теории. Он считает, что характерной чертой эволюционной теории первой трети 20 века является разрыв и противоречие между количеством, качеством и объективной значимостью фактического опытного материала, которым располагает на нынешнем этапе своего развития эволюционная теория и теми выводами и обобщениями, которые делают буржуазные идеологи в области эволюционной теории. Часть буржуазных биологов и "эволюционистов" объявляют эволюционную теорию "предметом научно недоказанной веры" (Бейсон), отрицают вообще органическую эволюцию, сводя ее к различным комбинациям "вечных", "неизменных" наследственных зачатков (Лотен) или пытаются заменить ее виталистической "концепцией" развития и т.д. Многие ученые, обогатившие эволюционную теорию своими блестящими открытиями (Морган, Меллер, Северцов и др.), вследствие незнания или игнорирования диалектического материализма, часто сбиваются с позиций последовательного материализма в сторону механистического материализма, а иногда в сторону идеализма. Вместе с тем, благодаря успехам новейшей биологии существуют данные по филогенезу, морфологии и т.д., значительно приближающие нас к разрешению проблемы "восстановления истории органической природы". Богатство новых находок ископаемых остатков дало возможность не только описать многие формы вымерших животных, но и изучить их родственные связи и условия жизни. Разработан вопрос о происхождении низших наземных позвоночных от рыб, о происхождении рептилий от амфибий, о филогенезе птиц. Можно считать довольно точно выясненным вопрос о происхождении млекопитающих от рептилий и т.д. Все большее внимание приковывает изучение причин наследственной изменчивости и законов наследственности. На основании данных генетики и цитологии можно считать точно и бесспорно установленным и доказанным, что наследственные изменения могут возникнуть лишь в результате тех или иных изменений в хромосомном аппарате половых клеток. Наследственные изменения могут быть получены в результате скрещивания организмов с различным наследственным составом хромосом, а также в результате межвидового скрещивания. Это подтверждает правильность учения Дарвина о большом значении гибридизации или скрещивания, как причины изменчивости, сыгравшей большую роль в процессе эволюции. Исследования Де-Фриза (1848 -- 1935), Моргана (1866 -- 1945), Меллера (1890) и др. показали, что весьма важную роль в процессах видообразования играют, т.н. мутации -- спонтанные, скачкообразные изменения в структуре хромосом (генные мутации) или в их количестве (числе) и расположении (хромосомные мутации). Меллер открыл метод получения мутаций, уже распространившегося среди генетиков и со всей убедительностью свидетельствующего о том, что мутации могут быть вызваны действием агентов внешней среды. Открытие Меллера окончательно рассеивает мистицизм, которым "неодарвинисты" (вейсманисты) долгое время окружали "тайну" возникновения наследственных изменений, считая ее внутренним, независимым от внешних условий свойством организмов. Под влиянием фактов, доставляемых экспериментальной генетикой, и особенно исследованиями Меллера, некоторые "неодарвинисты" вынуждены допустить, что внешняя среда может служить "провоцирующим" фактором в мутационном процессе. Можно также встретить допущения, что агенты внешней среды способны "ускорить" или "усилить" мутационный процесс. Эти допущения являются шагом вперед по сравнению с догматическим отрицанием всякой роли внешних воздействий на наследственную изменчивость. Данные биологии (в том числе, конечно, генетики) в основном подтверждают точку зрения Ч.Дарвина, который полагал, что появление и характер наследственной изменчивости зависят от двух моментов: от природы самого организма и от характера тех условий, в которых организм существует. При этом "природа организма" является наиболее существенным фактором, определяющим характер изменчивости. Экспериментальные данные показывают, что сходные изменения возникают под воздействием различных агентов внешней среды и, наоборот, различные изменения возникают под воздействием одного и того же агента внешней среды. В то же время статистически все же можно установить известную последовательность, закономерность в количестве и качестве мутаций, возникающих под влиянием одного и того же внешнего агента. Следовательно, нельзя утверждать, что внешние агенты совершенно не влияют на характер изменчивости. Новейшие данные биологии содержат много нового в понимании закономерностей естественного отбора. Особый интерес в этом отношении представляет учение Йогансена (1857 -- 1927) о популяциях. По его мнению, возможность действия отбора обусловлена наличием генотипической изменчивости или вообще неоднородного, смешанного наследственного материала, т.е. популяции. Обычно эволюционную теорию отожествляют с учением Дарвина. Объясняется это тем, что учение Дарвина было первой научно разработанной материалистической теорией происхождения и развития органической природы. Кроме того, оно содержит в себе основные, необходимые элементы, без которых теперь не мыслима никакая действительная эволюционная теория. В то же время, будучи естественнонаучной теорией, дарвинизм не выходит за пределы обобщения естественнонаучных, преимущественно биологических фактов и, конечно, не может претендовать на роль самостоятельной философской концепции. Наоборот, представляя в основе своей материалистическую теорию эволюции органической природы, дарвинизм нередко сбивается на позиции "вульгарного позитивизма". Сюда можно отнести противоречия между дарвинистским пониманием случайности, как субъективной категории и дарвинистской концепцией эволюции на основе объективно-реальных случайностей. Следует также указать на противоречие между дарвинистским пониманием эволюционного процесса, как исключительно непрерывного и дарвинистской фактической концепцией эволюции как единства дискретности и непрерывности и т.д. Маркс, Энгельс и Ленин, вполне сознавая методологические недостатки дарвинизма, высоко ставили и ценили его именно как естественнонаучную теорию. В отличие от них многие буржуазные ученые и философы неоднократно пытались возвести дарвинизм в степень методологии, философского основания не только биологии, но и этики, социологии и т.д. В этом смысле можно указать так же на Ницше (1844 -- 1900), выдвинувшего в качестве "символа веры" своей этики положение, что более сильный должен господствовать над слабейшим, чего, якобы, хочет природа, что естественное неравенство -- это двигатель всякого прогресса и т.д. Эта черта характерна также для меньшевизма. Так Г.В. Плеханов (1856 -- 1900) утверждал, что марксизм, якобы, есть не что иное, как дарвинизм в применении к человеческому обществу. В заключение статьи об основных современных проблемах эволюционной теории В.Качанов утверждает, что современную биологию и самую эволюционную теорию, переживающую кризис, подобно всему естествознанию, из тупика методологических противоречий может вывести не дарвинизм сам по себе, а только как "разновидность теоретического мышления", о котором говорил Энгельс, и которая известна под названием марксизма-ленинизма, философия диалектического материализма... В заключение раздела, посвященного рассмотрению концепции Жизни в представлении биологии 20-х -- 40-х годов 20 столетия, приведу мнение группы ученых (С. Гершензон, С. Давиденков и др.), участвовавших в составлении научных материалов для БСЭ изд. 1-е т. 41. В этих публикациях важнейшая составная часть эволюционной теории -- вопрос наследственности рассмотрен значительно полнее, чем в приведенном выше материале и, что немаловажно, менее идеологизированно. Наследственность, по мнению этих ученых, -- это присущее всем организмам явление передачи потомству биологических свойств предков (морфологических и физиологических) -- можно рассматривать как сохраняющую сторону, в отличие от приспособления, которое разрушает унаследованное. Рассматривая историю развития взглядов на наследственность необходимо, прежде всего, обратить внимание на работу Дарвина "Изменения животных и растений под влиянием одомашнивания" (1868). В ней впервые была четко сформулирована мысль о том, что зародышевые клетки содержат в себе чрезвычайно многочисленные мельчайшие единицы или зачатки, определяющие во взаимодействии с окружающей средой и друг с другом характер развивающихся у потомков наследственных признаков. Можно упомянуть теории Гальтона (1822 -- 1911) о частицах, находящихся в зародышевых клетках и являющихся наследственными задатками, и Негели (1817 -- 1891) о наличии в каждой клетке организма двух видов плазмы: протоплазма -- средоточие процессов обмена и идиоплазма -- носительница наследственных свойств. Особый интерес вызывает теория Вейсмана, которая впервые полно изложена им в 1885 году и в некоторых разделах основательно измененная им в последующие годы. Основываясь на ряде эмбриологических и цитологических данных, Вейсман считает клеточное ядро носителем наследственных задатков и что последние расположены в хромосомах ядра. Это предположение блестяще подтвердилось дальнейшими открытиями. Второй важной чертой теории Вейсмана явилось отрицание адекватной передачи потомкам изменений, вызванных в теле родительского организма теми или иными воздействиями среды, т.е. отрицание наследования так называемых приобретенных признаков. Это положение Вейсмана сыграло огромную положительную роль в развитии учения о наследственности и теории эволюции. Вместе с тем теория Вейсмана содержит и ряд ошибочных положений. Сюда относится его теория "непрерывности зародышевой плазмы", а также утверждение (от которого он впоследствии отказался) о том, что наследственные изменения не могут вызываться воздействиями внешней среды, а являются всегда только результатом смешения зародышевых плазм при оплодотворении. Также ошибочны позиции Вейсмана в вопросе об индивидуальном развитии организма (идея о двух типах клеточного деления, теория зачаткового отбора и т.д.). Проводившиеся с конца 18в. экспериментальные исследования подготовили почву для замечательных открытий Менделя (1822 -- 1884). Последнему удалось (1866 г.) установить важнейшие законы, которые легли в основу современных представлений о наследственности. Исходя из своих опытов, Мендель вывел два основных закона наследственности. Первый из этих законов -- закон расщепления, состоит в том, что наследственные задатки двух контрастирующих признаков родителей, попадая к гибриду, не смешиваются у него, а сохраняются в чистом виде. Когда такой гибрид образует половые клетки, то половина из них получает один из этих задатков, а другая половина -- другой из них. Второй закон -- закон независимого распределения утверждает, что у гибрида, полученного от родителей, отличающихся по нескольким парам контрастирующих признаков, наследственные задатки каждой пары признаков распределяются между половыми клетками независимо от распределения наследственных задатков других пар признаков. Зная эти законы можно предсказывать результаты различных скрещиваний. Результаты опытов Менделя всегда блестяще совпадали с ожидаемыми на основе его законов. Биология середины 19 в. оказалась неподготовленной для правильной оценки значения открытий Менделя. Они оставались забытыми до 1900 г., когда ряд ученых установили в своих опытах те же законы наследственности что и Мендель. В дальнейшем, многочисленными исследованиями была показана приложимость законов Менделя к наследованию различных признаков у самых разнообразных растений и животных. Однако в 1906 -- 1910 годах менделизм пережил некоторый кризис, т.к. были обнаружены случаи, необъяснимые с точки зрения классического менделизма. Кризис разрешился только благодаря развитию хромосомной теории наследственности. Работы менделистов начала 20в. страдали крупными методологическими недостатками. Сюда можно отнести механистические представления об организме, как о сумме независимых наследственных признаков, противопоставление законов Менделя теории эволюции Дарвина. Что касается первого недостатка, то он был довольно быстро изжит последующими исследователями наследственности. Напротив, антидарвинистские тенденции первых менделистов, блестяще разоблаченные в свое время Тимирязевым, довольно долго сохранялись в генетике. Биологическое объяснение законов Менделя и исключения из них дает хромосомная теория наследственности. В ее основе -- мысль о различной роли в наследственности разных частей половой клетки (до этого считалось, что передача наследственных свойств является функцией всей половой клетки). Эта мысль о существовании в половой клетке особых наследственных единиц или задатков была высказана еще Дарвином. В дальнейшем, на основании обширного фактического материала из области эмбриологии, цитологии и гибридологии было выдвинуто представление, что наследственные задатки (гены) расположены в хромосомах клеточного ядра. "Последнее в настоящее время обосновано с совершенной достоверностью", -- подчеркивают Гершензон и Давиденков. Развивающаяся особь имеет гибридные признаки лишь тогда, когда в ее клетках содержатся наборы хромосом обоих родителей. Для нормального развития организма необходимо присутствие полного набора хромосом, свойственного данному виду. Удаление или прибавление какой-либо хромосомы приводит к нарушению правильного развития организма. Следует подчеркнуть, что в поведении хромосом при половом процессе можно видеть тот биологический механизм, который лежит в основе установленных статистическим путем законов Менделя. Решающие доказательства справедливости хромосомной теории наследования были получены главным образом школой Моргана (начиная с 1909г) при генетическом анализе категории признаков, уклоняющихся в своем наследовании от менделевской схемы. Речь идет о т.н. сцепленных признаках, которые не обнаруживают независимого распределения. Многочисленными исследованиями полностью доказана правильность гипотезы Моргана о линейном расположении генов и основанных на ней хромосомных карт. Хромосомная теория наследственности, вкладывающая в понятие наследственной единицы (гена) конкретное материальное содержание (ген -- частица хромосомы) была, в силу этого, отрицательно встречена рядом идеалистически настроенных менделистов. Последние допускали и допускают существование особых сверхматериальных факторов наследственности. Надо сказать, что изучение явлений наследственности не должно сводиться к изучению только хромосомного аппарата. Все более и более становится ясным, что необходимо иметь ввиду всю сложную систему исходных клеток, рассматривая наследственность как сложный процесс "отношений" ядра и цитоплазмы, как явление, которое связано с организмом в целом. Благодаря явлению доминирования (какого-либо признака) выявилась необходимость проводить различие между совокупностью генов организма (его генотипом) и его внешне проявляющимися признаками (его фенотипом). Но в первые годы после вторичного открытия законов Менделя было широко распространено неверное механистическое представление, что каждому наследственному признаку организма соответствует особый вызывающий его ген. Последующие исследования заставили в корне изменить эту точку зрения. Считается, что каждый ген влияет на очень многие признаки организма, а каждый признак соответственно зависит от действия многих генов. Это приводит к преставлению генотипа как целого. Необходимо также учитывать роль, которую играют в осуществлении наследственных признаков все сложные взаимоотношения между клетками развивающегося организма. Фенотип организма обусловливается действием генотипа и той конкретной среды, в которой протекает развитие. При различных внешних условиях сходные генотипы могут фенотипически проявляться очень различно -- в частности воздействия среды могут сильно влиять на доминирование, усиливая или ослабляя его. Тщательный учет роли внешних условий в осуществлении наследственных признаков необходим при всяком изучении наследственности. Знание характера влияния тех или иных конкретных факторов среды открывает широкие перспективы для управления фенотипом организма. Именно, идя этим путем, добились крупных практических результатов советские исследователи И.В. Мичурин (1855 -- 1935) и Т.Д. Лысенко, работы которых выдвинули в то же время ряд крупных теоретических проблем... На этом можно завершить рассмотрение взглядов Гершензона и Давиденкова на проблемы наследственности и довести до сведения читателя взгляды других советских биологов довоенного и военного времени (имеется ввиду мировая война 1939 -- 1945г). Ученые, посвящавшие свои статьи работам Лысенко, отмечали значение его теории стадийности, которая, по их мнению, явилась действенным методом разработки ряда приемов, повышающих урожайность различных культур и приближающих решение задачи управления развитием растений. Эти ученые утверждали, что борьба Т.Д. Лысенко и его сторонников с антидарвинистами из среды генетиков, способствует развитию генетической науки, свободной от формальных и механистических пут. Многие ученые отмечали важную роль в эволюции комбинативной изменчивости (образование новых сочетаний в результате скрещивания). Другие ученые подчеркивали, что последняя связана только с возникновением новых комбинаций генов; что касается самих генов (их свойств, числа и расположения в хромосомах), то они меняются в результате другой категории наследственных изменений -- мутаций. Последние могут вызывать изменения не только в самих генах, но и в строении хромосом и их числе (хромосомная абберация). Говоря о природе изменений, происходящих в гене во время мутации, эти ученые приписывали им химический характер. Один и тот же ген в результате мутаций может переходить в несколько различных состояний, каждому из которых свойственен определенный фенотипический эффект. При мутациях участков хромосом происходит перестройка структуры хромосом. При хромосомных абберациях происходит прибавление или убавление отдельных хромосом ил их наборов. Все хромосомные абберации приводят к изменению хода наследования (в том числе -- бесплодию). Вопрос о причинах мутации долгое время был весьма спорным. До Дарвина предполагалось, что наследственные изменения являются адекватным отображением изменений, происходящих в теле родителей под прямым влиянием внешних условий и носящих в основном приспособительный характер. Дарвин первенствующее значение придавал изменениям, возникающим в половых клетках под влиянием среды, но вне прямой связи с теми изменениями, которые вызываются этими же воздействиями в теле родителей. В дальнейшем главенствовали две точки зрения на причины наследственных изменений. Одна безоговорочно признавала наследование приобретенных признаков за основной источник наследственной изменчивости. Эта точка зрения противоречит учению Дарвина о естественном отборе. Она была опровергнута экспериментально -- наследование приобретенных признаков обнаружить не удалось. Другая точка зрения, выдвинутая Вейсманом, поначалу исходила из отрицания какого бы то ни было влияния среды на возникновение наследственных признаков. Эту, по сути, идеалистическую и антидарвинистскую концепцию восприняли многие генетики (Де-Фриз, Бетсон, Морган, Филиппченко и др.). Полностью она была развенчана только в 1927 году, когда Меллер доказал, что мутации могут быть вызваны воздействием Х-лучей. С тех пор удалось выяснить, что мутации могут вызываться воздействием на половые клетки большим числом различных внешних агентов -- радиоактивными и ультрафиолетовыми излучениями, повышенной температурой, некоторыми химическими веществами и т.д. Доказано, что наследственные изменения (мутации) вызываются воздействием среды. Направление их может быть самое различное, и не связано с характером тех приспособительных изменений, которые вызываются этими же воздействиями в теле родительских организмов. Благодаря успехам генетики отпало сделанное Дарвину возражение о том, что подхваченные и сохраненные естественным отбором уклонения должны, тем не менее, исчезать благодаря действию скрещивания. Менделизм показал, что признаки не сливаются, не складываются и не делятся, не стремятся стушеваться, а сохраняются неизменными, распределяясь между различными потомками. Получены многочисленные данные о существовании в природных популяциях многочисленных мутантных генов. Разработаны математические теории динамики генов в популяциях и действие на них естественного отбора. Очень многое сделано (Мичурин) для выяснения роли отдаленной гибридизации в видообразовании новых форм у растений, размножающихся вегетативном путем. Несмотря на наличие этих, и других успехов в области генетического изучения вопросов эволюции все еще сказываются антидарвинистские воззрения ранних менделистов. Отдельные генетики прямо скатываются к открытым антиэволюционным воззрениям (например, Нильсон-Эле 1873 -- 1949г.). Некоторые теории используются фашистскими биологами для "обоснования" расовой теории. Несмотря на успехи генетики, недостаточно изучена наследственность человека. Многие, основные вопросы общей генетики человека еще не разрешены. Если уже известно число человеческих хромосом, то более глубокое исследование хромосомного аппарата человека наталкивается на большие трудности. Морфологическая индивидуализация хромосом делает только первые шаги. Многие признаки человека явно наследственной природы (цвет и форма волос, цвет радужек, пигментация кожи, особенности строения скелета и др.) Вероятно здесь играют роль множественные наследственные факторы. Наряду с этим у человека встречаются наследственные болезни, которые, надо полагать, происходят при определенных условиях вследствие мутационного процесса, т.е. путем внезапного возникновения в определенном участке определенной хромосомы новых наследственных свойств. Передача наследственных болезней может происходить по различным типам (мышечная атрофия, передача карликового роста, гемофилия и т.д.). К наследственным процессам принято относить разнообразные врожденные уродства, наследственные болезни кожи, нервной системы некоторые психические болезни -- шизофрения, маниакально-депрессивный психоз и т.д.; различные болезни глаза -- атрофия зрительных нервов, некоторые виды катаракты, дальтонизм; некоторые болезни уха и пр. Среди всех этих наследственно обусловленных аномалий часто обнаруживаются своеобразные неправильности в ходе наследственной передачи. Весьма часты в патологии человека случаи неполной проявляемости, ограниченные тем или иным полом, когда, например, заболевают в семье преимущественно мужчины или преимущественно женщины. По вопросу о том, почему в каждом отдельном случае болезненный задаток проявляется или не проявляется, выяснилось, что на проявление наследственного задатка влияют многие другие гены. Кроме того, выявилась решающая роль внешней среды, могущей в благоприятных условиях затормозить, а в неблагоприятных случаях активизировать проявление патологического гена Понятно, что выяснение значения среды в происхождении наследственно обусловленных болезней заставляет отказаться от воззрения на эти болезненные процессы, как на, безусловно, неизлечимые. Терапия научилась лечить, казалось бы, неизлечимые болезни. Это вполне соответствует основным принципам генетики, которая перестала смотреть на "признак" как на нечто застывшее, фатальное и предопределенное определенным геном. Ген рассматривается теперь, как материальный элемент, развивающийся в сложном взаимодействии всего генотипа и в конкретных условиях среды. В генетике человека влияние среды играет особо важную роль (в происхождении таких, например, признаков как рост, объем грудной клетки и т.п.); в еще большей мере это касается наследственных болезней человека, где мы имеем дело с очень сложным и изменчивым процессом. Очевидно, что при плохом быте людей и неблагоприятных условиях работы наследственные задатки проявляются в тяжелой форме. При благоприятных условиях труда и быта они, напротив, будут проявляться в виде сравнительно легкого заболевания или даже вовсе не проявляться. Отсюда следует крайне важный практический вывод: в области наследственно обусловленных болезней, как и в общей медицине, важнейшее значение получают общепрофилактические, гигиенические и санитарные мероприятия и поднятие жизненного уровня населения...
На этом я заканчиваю рассмотрение научных взглядов на жизнь с позиций советских биологов 20-х -- 40-х годов минувшего столетия. Многие из этих взглядов устарели или оказались ошибочными. Впрочем, читатель сам сможет в этом убедиться, прочитав все разделы этой книги.
Раздел2
Во власти тьмы
Завершилась Великая Отечественная и мировая войны. Страна и населяющие ее народы, ценой страшных потерь отстояли свою независимость в борьбе с фашизмом, но так и не получили долгожданного мира. Пошла "холодная" война с бывшими союзниками по антигитлеровской коалиции и "горячая" -- внутри страны против так называемых "врагов народа" -- "антисоветчиков", "космополитов", "антипатриотов", "буржуазных формалистов" и т.д., и т.п. Вместо послевоенной демократизации страна получила очередной разгул сталинского тоталитаризма. На направлении главного удара оказались гуманитарные науки, литература и искусство. Биология понесла жестокий урон в результате варварского наступления на "лженауку" -- генетику и на "продажную девку империализма" -- кибернетику"
В данном разделе книги автор пытается довести до читателя научные взгляды на жизнь советских биологов 50-х годов 20-го столетия. Вот эти взгляды.
Вопрос о сущности жизни всегда был и остается одним из основных плацдармов, на котором развертывалась и развертывается ожесточенная борьба двух непримиримых философских лагерей -- материализма и идеализма. Идеалисты рассматривают жизнь как проявление какого-то "сверхъестественного, нематериального начала -- души", "мирового духа", "божественного разума" и т.д. Это вымышленное "начало" идеалисты считают первичным, вечным; оно есть "принцип, имеющий цель в самом себе" (Аристотель). Материя, сточки зрения идеалистов, безжизненна и косна. Она служит лишь материалом для построения живых существ, которые могут существовать лишь при условии, если этот материал оживляется душой, придающей форму и целесообразность строению. Этот идеалистический взгляд на жизнь лежит в основе всех религий мира. При всем своем разнообразии все они по существу одинаково утверждают, что высшее существо -- бог вдунул в бренную безжизненную плоть живую душу и что именно эта вечная частица божества и является живой (она движет и сохраняет живое существо). Когда душа улетает -- остается лишь пустая материальная оболочка -- гниющий, разлагающийся труп. Из подобных представлений исходит витализм, пытающийся объяснить сущность жизни посредством неких сверхъестественных, нематериальных "сил" и "принципов". Виталисты утверждают, что, изучая живые организмы и опытным путем исследуя строение органов, можно угадывать их целесообразное назначение. Познать сущность жизни при этом нельзя, т.к. ее причина лежит вне пределов получаемого опытом знания. Можно только лишь пассивно созерцать живую природу, и ни в какой мере не пытаться ее изменять, переделывать... С совершенно иных позиций подходят к вопросу о сущности жизни материалисты. С их точки зрения жизнь, как и весь остальной мир, материальна по своей природе и для ее объяснения нет необходимости привлекать какое-то сверхъестественное нематериальное, духовное начало. Объективный опыт и наблюдение над живой природой совместно с абстрагирующей работой человеческого мышления служат надежным путем, ведущим к познанию жизни. Вся история биологии показывает, насколько плодотворным является материалистический путь изучения живой природы, насколько полно он раскрывает сущность жизни и, вместе с тем, позволяет сознательно и направленно изменять живую природу, переделывать ее на благо человека. Последнее находит свое особенно яркое выражение в трудах советских биологов -- мичуринцев, которые на основе последовательно-материалистических представлений не только объясняют явления, но и в тесном содружестве с практиками смело преобразуют живую природу. Для этого в СССР созданы условия, невиданные до сих пор в истории человечества. Материализму не сразу удалось глубоко проникнуть в понимание сущности жизни. Продолжительное время многие ученые-материалисты строили свои выводы на методологических неправильных основаниях, подходя к познанию мира метафизически, в отрыве от истории развития материи. Широко распространенный среди биологов 19-го и 20-го веков механистический материализм рассматривает жизнь как неотъемлемое свойство материи вообще. По утверждению механистов, нет принципиальных различий между организмами и телами неорганической природы. Те же законы физики и химии, которые царят в неорганической природе, якобы управляют и всеми явлениями, совершающимися в живых организмах. Отрицая существование специфических биологических закономерностей, механисты сводят познание жизни только к наиболее полному объяснению жизни физикой и химией, к наиболее полному сведению всех жизненных явлений к физическим и химическим процессам. Причину жизненных свойств живых тел биологи-механисты ищут, прежде всего, в их структуре, в специфическом пространственном строении, которое мыслится подобным строению машины (определенная конструкция, составленная из твердых и неизменных материальных образований, из переплетающихся между собой лок и тяжей). Указанная структура, строго определенное взаиморасположение указанных частей протоплазмы в пространстве, является согласно излагаемой точке зрения, специфической причиной жизни, подобно тому, как характер работы машины определяется ее устройством, известным расположением колес, валов, поршней и др. составных частей механизма. Обмен веществ мыслится механистами лишь как непрерывный приток топлива в неизменяющуюся систему двигателя внутреннего сгорания. Основной метод познания жизни механисты видят в исследовании структуры протоплазмы под микроскопом -- если бы возможно было рассмотреть все тончайшие детали строения протоплазмы, то можно было бы тем самым познать самую жизнь. Так считают механисты. Однако, фактическое осуществление этого принципа, вполне естественно, не дало положительных результатов. Обнаруженные в конце 19 века разнообразные нитчатые, сетчатые и ячеистые структуры протоплазмы, видимые на фиксированных и окрашенных препаратах, оказались искусственными образованиями, возникающими после смерти клетки в результате взаимодействия фиксаторов с белками протоплазмы. Стало совершенно ясно, что изучение этих структур дает очень мало для понимания организации живого вещества. Поэтому поиски протоплазменных структур позднее были перенесены в область невидимых коллоидо-химических образований; структуру живого вещества стали трактовать как тончайшее сплетение коллоидных фибрилл и мицелл, образующих ту машиноподобную конструкцию, которая якобы лежит в основе жизни. Однако объективные коллоидо-химические данные о строении протоплазмы не подтвердили и этой картины. Тогда сторонники разбираемой точки зрения, в поисках конструктивных элементов машиноподобной организации живой материи обратились к еще более мелким образованиям -- молекулам. Причину жизненных явлений стали видеть во внутримолекулярной структуре, в некотором пространственном расположении атомов в молекулах особого "живого вещества". Но и при этом, указанные молекулы мыслились в виде каких-то застывших неизменных образований, в полном отрыве от присущих им химических процессов. Именно эта концепция легла в основу широко распространенного среди биологов капиталистических стран менделизма-морганизма. Сущность этого реакционного, идеалистического учения была блестяще вскрыта в докладе Т. Д.Лысенко на сессии Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук им. Ленина в августе 1948 года. Согласно менделизму-морганизму, материальным носителем жизни является ген -- единичная молекула наследственного вещества, входящая в состав ядерной хромосомы. Только эта генная молекула якобы наделена всеми атрибутами жизни, в частности, способностью к самовоспроизведению -- наследственностью; вся же остальная масса клеточного содержимого является лишь своеобразной средой для этой "живой молекулы", более или менее сложным скоплением запасных питательных веществ и безжизненных продуктов распада. В "удивительном" строении генной молекулы, в ее атомной структуре и скрыты, согласно морганизму, все тайны жизни. Специфическая генная структура в основном якобы всегда должна оставаться постоянной, статичной. Под воздействием внешних условий она может варьировать (мутировать) в несущественных деталях, но то основное пространственное расположение атомов в генной молекуле, от которого якобы зависит сама жизнь, должно сохраняться неизменным как в развитии отдельного организма, так и в течение всего развития жизни на Земле. Э. Шредингер в книге "Что такое жизнь с точки зрения физики", подытоживая взгляды Т. Моргана, Г. Меллера, С. Дарлингтона и других генетиков-морганистов, пришел к выводу, что в основе жизни лежит совершенно не изменяющаяся в процессе обмена веществ генная молекула, обладающая структурой твердого тела, которая придает ей черты часового механизма. Такого рода представления рекламируются в американской литературе как последнее слово науки о жизни. Но оно, конечно, ни в какой мере не может удовлетворить исследователя, заинтересованного в подлинно научном познании жизни. Ведь, характернейшей особенностью всех без исключения живых существ является то, что их внутренняя организация чрезвычайно хорошо приспособлена к осуществлению определенных жизненных явлений в данных условиях существования, в тесном взаимодействии с окружающей средой. Указанная приспособленность, "целесообразность" организации живой материи является тем камнем преткновения, о который спотыкаются все механистические теории жизни. Механисты, сравнивая живое существо с машиной, забывают, что внутренняя целесообразность устройства машины определяется творческой волей конструктора -- человек строит машину для выполнения своих целей. А что же определяет внутреннюю приспособленность живого существа? У механистов нет ответа на этот вопрос. А морганисты, логически развивая свои взгляды, полностью выявляют себя как идеалисты, неизбежно приходят к признанию творческой воли божества и к другим мистическим представлениям. Так, уже упомянутый выше, Шредингер, обращаясь в конце своей книги к вопросу о сущности жизни, о коренном отличии организма от механизма, находит это отличие лишь в том, что живое существо "это не грубое человеческое изделие, но прекрасный шедевр, когда-либо достигнутый по линии господней квантовой механики". Это лишний раз свидетельствует о том, что, идя по пути морганизма, нельзя без господа бога разрешить вопрос о сущности жизни. Громадный идеологический вред подобных реакционных теорий и состоит в том, что они, формально прикрываясь материалистической фразеологией, неизбежно приходят к идеалистическим выводам... Совершенно иные перспективы открывает для познания жизни применение диалектического метода. Согласно диалектическому материализму жизнь материальна по своей природе, но не является неотъемлемым свойством всей материи вообще. Жизнью наделены лишь живые существа, она не присуща объектам неорганического мира. Таким образом, между неорганическим миром и живой природой имеется коренное, принципиальное различие. Жизнь -- это особая форма движения материи, но эта форма не существовала вечно, она не отделена от неорганической природы непроходимой пропастью, а, напротив, возникла из нее как новое качество, в процессе эволюции мира. Диалектический материализм учит, что материя, находясь в постоянном движении, проходит ряд этапов, ступеней своего развития. При этом возникают все более сложные формы движения материи, обладающие все новыми, отсутствовавшими ранее свойствами. Жизнь и является одной из таких форм движения, возникшей в процессе развития материи. Поэтому она обладает свойствами, отличающими ее от неорганического мира, и ей присущи особые, специфические -- биологические закономерности, не сводимые только к закономерностям физики и химии. Таким образом, диалектический материализм даже самую задачу познания жизни формулирует иначе, чем механицизм. Для последнего она сводится к наиболее полному объяснению жизни физикой и химией; напротив, для диалектического материализма познание жизни заключается в установлении ее качественного отличия от других форм материи, которое и заставляет рассматривать жизнь как особую форму движения.
Все объективные биологические данные с полной определенностью убеждают в том, что своеобразие живого мира заключается не только в структуре живого тела, но и в тех процессах, которые непрерывной чередой совершаются в течение всей жизни организма. Уподобление живого существа механизму принципиально неверно. Для машины основной, характерной формой движения служит лишь механическое перемещение ее отдельных частей в пространстве. Поэтому наиболее существенным для организации машины является именно расположение ее частей. Для живого же тела основной, специфической формой движения является, прежде всего, и главным образом обмен веществ, т.е. химическое взаимодействие живого тела с веществами внешней среды. Поэтому весьма существенным для организации живого тела является не только расположение и перемещение его частей в пространстве, но и известный порядок химических процессов во времени, их определенное, согласованное сочетание, направленное на самообновление и сохранение всей системы в целом. Любой организм живет, существует только до тех пор, пока через него непрерывным потоком проносятся все новые и новые частицы вещества и присущая ему энергия. Впервые обобщающее научное определение жизни было дано Ф. Энгельсом: "жизнь -- есть способ существования белковых тел, и этот способ существования заключается по своему существу в постоянном обновлении их химических составных частей путем питания и выделения". Ф. Энгельсу принадлежит также решающее слово в признании клеточной теории жизни. Создание этой теории, утверждавшей клетку в качестве основы строения и развития животных и растительных организмов, по мнению Энгельса, явилось одним из величайших открытий естествознания 19-го века. Известно, что клеточные и неклеточные структуры организма -- его белковое живое вещество -- принимают активное участие в обмене веществ. Клетка является одной из наиболее общих форм организации живого вещества. Составными частями клетки являются цитоплазма и ядро. В цитоплазме содержатся постоянные структуры и непостоянные включения, которые возникают, накапливаются и расходуются в клетке в процессе ее жизнедеятельности. В ядре клетки различают одно или несколько ядрышек и особое красящее вещество -- хроматин. Форма и размеры клеток разнообразны. Размеры клеток, как правило, очень малы (несколько микронов), но иногда клетки бывают очень крупной величины (например, нервные клетки с их длинными отростками достигают нескольких метров). Размножаются клетки чаще непрямым делением, реже -- прямым. Клетки растений, в отличие от животных клеток, характеризуются наличием твердой оболочки, состоящей из клетчатки. У взрослой клетки в протоплазме появляется клеточный сок (в нем растворены сахара, белки, дубильные вещества, кислоты и т.д.) В клетке имеются также особые тельца, играющие важную роль при ассимиляции углерода. Клеточная теория, доказавшая существование единства органического мира, подготовила почву для эволюционной теории. Однако во второй половине 19-го века немецкий биолог Р. Вирхов и некоторые другие ученые выдвинули положения, которые отрицали теорию эволюционного развития. Эти положения легли в основу лжеучения Вейсмана-Моргана о, так называемой, зародышевой плазме как о некоем бессмертном веществе наследственности. Только трудами советских ученых были опровергнуты реакционные догмы вейсманизма и вирховианства. Исследованиями О.Б.Лепешинской показано, что клетка может образоваться не только путем деления другой клетки, но и из неклеточного живого вещества... Жизнь на Земле представлена множеством живых существ -- животных и растительных организмов. Животные являются гетеротрофными организмами. Имеется ввиду, что источником их питания служат готовые органические вещества, синтезируемые зелеными растениями (автотрофными организмами). Известны около 1,5 млн. видов животных. Выделяют следующие типы: простейшие (15 тыс. видов), губки (5 тыс. видов), кишечнополостные (9 тыс. видов), черви (несколько типов, 20 тыс. видов), моллюски (105 тыс. видов), членистоногие (1050000 видов, в том числе насекомых около 1 млн.), иглокожие (5 тыс. видов) и хордовые (около 48 тыс. видов). Эти типы животных включают в себя подтипы: полухордовые, оболочники, бесчерепные и позвоночные. Среди позвоночных выделяют классы: круглоротых, рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. У более высокоорганизованных животных (начиная с кишечнополостных) имеется нервная система, координирующая функции всех органов. Животный и растительный организмы имеют общее происхождение от древнейших примитивных форм жизни и поэтому обладают рядом общих черт, свойственных всему живому (обмен веществ, раздражимость и пр.). Конкретные виды растений очень разнообразны. Понятие растения включает не только зеленые (деревья, травы и т.п.), но и многие не зеленые организмы. Обычно растения прикреплены к субстрату и неподвижны, но некоторые способны к активному перемещению в пространстве. Наиболее общим свойством растений является способность усвоения им, так называемых, зольных элементов питания, поглощаемых из окружающей среды главным образом в виде неорганических соединений. Та же потребность у животного организма удовлетворяется через усвоение органической пищи. Между растением и животным имеется различие и в обеспечении себя азотом. Значительная часть растений использует нитриты, нитраты и неорганические соединения аммиака, а некоторые -- и молекулярный азот атмосферы. Часть растений пользуется органическими соединениями азота, но обычно разлагает их до аммиака и далее строит более сложные соединения -- аминокислоты и белки. В меньшей степени общей чертой отличия растения от животного является тип углеродного питания. Удовлетворение потребности в углероде за счет фотосинтеза (см. ниже) свойственно только растениям, содержащим хлорофилл (см. ниже) или, редко, некоторые другие пигменты с аналогичной хлорофиллу функцией. Но и бесхлорофилльные организмы составляют весьма значительную (вероятно, не менее 0,33...) часть всего видового разнообразия растительного мира, и из них только очень немногие, способные к хемосинтезу (образованию органических веществ из углекислого газа без участия света, при помощи энергии, образующейся в результате реакций окисления), -- подобно хлорофилльным растениям, автотрофны (т.е. питаются исключительно неорганическими веществами). Клетки растений, как правило, покрыты твердой, большей частью углеводистой оболочкой -- поэтому растение неспособно заглатывать твердые вещества (редким исключением являются миксомицеты). Возникновение оболочки относится к древнему этапу эволюционного развития растений, на что указывает наличие оболочки у подавляющей массы одноклеточных растений, а также у бактерий и сине-зеленых водорослей, у которых даже нет еще морфологически оформленного ядра. Появление клеточной оболочки и связанное с этим восприятие пищи не заглатыванием, а путем "всасывания", равно как и малая концентрация годных для питания растений минеральных соединений и углекислоты (для автотрофных растений), были причиной того, что морфологическая эволюция растительной формы жизни шла в основном в направлении прогрессивного возрастания поверхности тела. Это получило отражение в типичном для растения и обычно весьма обильном ветвлении его тела (кроны деревьев, корневые системы, мицелии грибов и т.п.) При значительном рассеянии элементов минерального питания в окружающей растение среде и при невозможности для растения воспринимать их в виде твердых частиц, активное движение, связанное с большой тратой энергии, было бы биологически невыгодно, вследствие чего оно и не получило развития у растений. Наоборот, для растений типично прикрепление к субстрату. Но то же расселение элементов минерального питания привело к необходимости постоянной перемены точек контакта всасывающих частей растения со средой. Этим отчасти объясняется свойственная большинству растений незавершенность роста в течение индивидуальной жизни, что не присуще животному. При глубокой расчлененности и продолжающемся всю жизнь нарастании тела отдельные части растения становятся более или менее удаленными друг от друга и приобретают известную автономность. Последнее получило выражение в широком распространении даже у высших растений способности к вегетативному размножению и регенерации. Перечисленные отличия растения от животного не имеют абсолютного характера. Особенно часто признаки животной организации встречаются у низко организованных растений. Низшие формы животных обнаруживают иногда черты сходства с примитивными растениями. Наоборот, высоко организованные животные и растения, как правило, достаточно четко различаются по своим особенностям. Многообразие животного и растительного мира явилось результатом длительного исторического развития (филогенез), в течение которого организмы, приспосабливаясь к меняющимся условиям существования, сами изменялись -- одни формы исчезали и на смену им возникали новые. Однако, несмотря на все огромное разнообразие организмов, всех их объединяет единый материальный субстрат -- живые белковые тела, для которых характерным является постоянный обмен веществ с окружающей природой. Этот обмен являет собой закономерный порядок превращения веществ, направленный на сохранение и самовоспроизведение живых тел. Обмен веществ с внешней средой может происходить также и у тел неорганической природы, однако, совершающиеся при этом химические реакции приводят к разрушению данного тела и превращению его в тело с другими свойствами. В то же время, лежащий в основе жизни биологический обмен веществ ведет к самообновлению и самовоспроизведению живых тел, является необходимым условием их существования. В процессе обмена веществ живое тело (организм) воспринимает из окружающей среды разнообразные вещества. В организме эти вещества подвергаются глубоким изменениям, в результате которых они превращаются в вещества самого организма, становятся подобными химическим соединениям, уже ранее входившим в состав живого тела. В этом состоит процесс ассимиляции. Вещества организма не остаются неизменными, а более или менее быстро разлагаются с выделением энергии; их замещают вновь ассимилированные химические вещества, а возникшие при разложении продукты распада выделяются во внешнюю среду. Таким образом, в тесном взаимодействии с ассимиляцией протекает обратный процесс -- диссимиляция и вещество живого тела никогда не остается неизменным. В основе характерного для обмена веществ порядка явлений лежит согласованность отдельных химических реакций, зависящих от каталитических действий ферментов. Последние являются простыми и сложными белками. К ферментам, являющимся простыми белками, т.е. состоящими только из аминокислот (содержащих в радикале аминогруппу NH2), относятся гидролитические ферменты. К сложным ферментам, которые состоят из термолабильной белковой части и термостабильной небелковой части (кофермент) принадлежат, например, ферменты, катализирующие процессы окисления и восстановления, а также многие ферменты переноса. Ферменты необычайно резко изменяют (обычно в сторону увеличения) скорость химических превращений в процессе обмена веществ. Они способствуют не только расщеплению, распаду, но и, наоборот, воссозданию, синтезу из продуктов распада более сложных веществ в организме. При этом один и тот же фермент может осуществлять и распад, и синтез одних и тех же веществ. Как и всякие катализаторы, ферменты снижают энергию активации, необходимую для осуществления данной химической реакции. Ферменты обнаружены у всех живых существ, начиная от самых примитивных микроорганизмов. Почти любое вещество, для того чтобы участвовать в обмене веществ, должно вступить во взаимодействие с ферментом. Каждая ферментивная реакция является отдельным звеном в цепи тех превращений, которые лежат в основе обмена веществ. В живом теле имеются ряд ферментов, необходимых для осуществления обмена веществ в целом. Каталитическая активность ферментов изменяется в широких пределах как в зависимости от физико-химических условий в живом теле, так и под влиянием воздействия внешней среды. Таким образом, характер обмена веществ зависит от состава и активности ферментов данного живого тела, а также от его взаимодействия с внешней средой. Основные черты обмена веществ сходны у всех живых тел нашей планеты. Однако в процессе развития в живой материи происходило изменение и совершенствование обмена веществ, причем эти изменения шли разными путями у разных представителей животного и растительного мира. В связи с этим у организмов, стоящих на различных ступенях исторического развития, наряду с известным сходством в основном порядке химических превращений имеются и существенные различия, и многообразие живых форм, многообразие типов обмена веществ. В основе возникновения новых видов лежат коренные сдвиги в обмене веществ, происходящие под влиянием изменений внешней среды. Различие обмена веществ особенно значительны в начале процесса ассимиляции. Это определяется тем, что первичные организмы пользовались для своего питания готовыми органическими веществами, возникшими абиогенным путем, и только при последующем развитии жизни у некоторых живых существ появилась способность к синтезу органических веществ. Если говорить об автотрофах (зеленные растения и некоторые бактерии), то они не нуждаются в готовых органических веществах и осуществляют их первичный синтез из углерода углекислоты. Большинство автотрофов использует для образования органических веществ энергию солнечного света при помощи фотосинтеза, который представляет собой цепь последовательно совершающихся окислительно-восстановительных реакций; в этих реакциях принимает участие зеленый пигмент листьев -- хлорофилл и ряд разнообразных ферментов. За счет энергии света происходит фотохимическое разложение воды, причем ее кислород выделяется в виде газа в атмосферу, а водород используется для восстановления углекислоты. При этом вначале возникают первичные органические соединения. Образующаяся фосфоглицериновая кислота, подвергаясь восстановлению, дает, в конечном счете, углеводы: гексозы (фруктозу, глюкозу и т.д.) и пентозы. Первые -- являются исходным материалом для синтеза сложных углеводов (сахарозы, крахмала, гликогена и др.), вторые -- дают начало высокомолекулярным соединениям, участвующим в построении опорных тканей растений. У автотрофных организмов в процессе ассимиляции углекислого газа и синтеза органического вещества происходит образование белков -- самых сложных органических соединений, лежащих в основе жизни. Белковая молекула построена из аминокислот. Из продуктов гидролиза белков выделено более 20 аминокислот. Белки -- постоянная и наиболее важная составная часть живого вещества, основа его структуры и функций. В состав белков входят азот, углерод, водород, кислород, почти всегда -- сера, иногда -- фосфор и железо. Характерной особенностью белков является их многообразие, зависящее от количества, свойств и способов соединения, входящих в молекулу аминокислот. Многие белки обладают специфичностью, выраженной способностью к строго избирательным реакциям и каталитическим функциям (увеличение или уменьшению скорости химических реакций) К таким белкам относятся белки-ферменты, белки-гормоны, белки-токсины и др. Белки живой плазмы, осуществляя свою ферментативную деятельность, обусловливают обмен веществ основу всей жизнедеятельности организма. Белки являются неотъемлемой составной частью пищи животных и человека. В пищеварительном тракте белки расщепляются на аминокислоты, которые всасываются в кровь и разносятся по всему организму. Из поступивших в кровь аминокислот в тканях синтезируются специфические белки данного организма. Большую роль в синтезе белка играют нуклеиновые кислоты и нуклеопротеиды (сложные белки, состоящие из нуклеиновой кислоты и простого белка, входящие в состав ядер и цитоплазмы всех животных и растительных клеток). Что касается нуклеиновых кислот, то они представляют собой органические вещества, которые, в зависимости от входящего в их состав углевода, являются рибонуклеиновыми или дезоксирибонуклеиновыми кислотами (соответственно -- РНК и ДНК). Нуклеиновые кислоты являются составной частью нуклеопротеидов. Некоторые биологи, в первую очередь менделисты- морганисты, рассматривают образование в организме того или иного белка как результат наличия у него уже готовых образчиков именно этого белка. Эти готовые образчики молекул каким-то образом "размножаются" и таким путем создается постоянство состава и строения организма. Фактические данные биохимии показывают ошибочность этих взглядов... С этим утверждением не согласны известный биохимик А.Н. Белозерский и молодой ученый Спирин, которые в 1956 году опубликовали результаты своих исследований, определяющих роль нуклеиновых кислот в процессе синтеза белка и передачи наследственной биологии. Ниже приводятся концептуальные взгляды указанных "возмутителей спокойствия" на содержание белковых структур, синтез белков и роль нуклеиновых кислот. Белки -- высокомолекулярные азотосодержащие вещества, молекулы которых построены из большого числа разнообразных аминокислотных остатков, соединенных между собой химическими связями различных типов. В состав этих белков входят в качестве постоянных структурных единиц двадцать разнообразных аминокислот, представляющих собой органические кислоты, содержащие одну или несколько аминных групп (NH2). В состав белков входят как основные, так и кислые аминокислоты, поэтому белки одновременно имеют свойства кислот и щелочей. При построении белковых молекул аминокислоты дают огромное число различных сочетаний. Аминокислоты (их остатки), соединенные химическими связями различной устойчивости, образуют полипептидные цепи и циклы, которые, в свою очередь, тоже соединяются между собой, образуя определенную пространственную конфигурацию и "упаковку" молекул белков. Азот, необходимый для синтеза белков высшими растениями и некоторыми микроорганизмами потребляется в виде аммоний солей и нитратов (восстановленных до аммиака). Аммиак вступает в соединение с некоторыми кислотами и, под действием соответствующих ферментов, образуются аминокислоты, которые могут далее подвергаться взаимным превращениям, образуя все другие аминокислоты, входящие в состав белков. Аминокислоты, вступая во взаимодействие друг с другом при участии ферментов, образуют молекулы белка. Простые белки, образовавшиеся в процессе ассимиляции, вступая во взаимодействие с другими веществами, дают начало сложным белкам-протеидам, играющим важнейшую роль в построении протоплазмы, в явлениях наследственности (нуклеопротеиды), и образуют ферменты, катализирующие разнообразные химические процессы в живых телах. Первоочередную роль в синтезе белка играют нуклеиновые кислоты и нуклеопротеиды. Серией работ по изучению синтеза белка была показана роль нуклеиновых кислот в образовании белковой молекулы. Нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярные полимеры биологического происхождения, построенные из большого количества единиц -- нуклеотидов (соединений, состоящих из углевода, связанного с остатком фосфорной кислоты и азотистого основания). В живой природе существуют 2 типа нуклеиновых кислот -- рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). РНК содержится во всех клеточных органоидах, включая микросомы, митохондрии, ядро, пластиды, а также в ряде вирусов (например, в растительных вирусах, вирусе полиомиелита и т.д.) и имеют единственный и постоянный углеводный компонент составляющих ее нуклеотидов -- Д-рибозу и азотистые компоненты -- пуриновые основания (цитозин и урацил). Связи между отдельными нуклеотидами в цепи РНК осуществляются за счет остатков фосфорной кислоты, соединяющих рибозы посредством фосфоэфирных связей. Образованные таким образом рибозофосфатные цепи с присоединенными к ним пуриновыми и пиримидиновыми основаниями могут достигать большой степени полимеризации (синтеза полимеров). ДНК в противоположность РНК, имеет ограниченную локализацию в клетке, сосредоточиваясь в клеточном ядре или ядерном веществе. Азотистые компоненты ДНК представлены теми же основаниями, что и РНК за исключением урацила, вместо которого присутствует тимин. Нуклеотиды в цепи ДНК соединены таким же образом, что и в РНК за счет фосфодиэфирной связи двух соседних дезоксирибозных остатков. Высокомолекулярные комплексы белков с нуклеиновыми кислотами -- нуклеопротеиды играют большую роль в явлениях наследственности. В зависимости от типа нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК) различают рибонуклеопротеиды и дезоксирибонуклеопротеиды. Последние сосредоточены в клеточном ядре и представляют собой вещество хромосом. Рибонуклеопротеиды более широко представлены в клетке и составляют основную массу таких клеточных органоидов как микросомы, митохондрии и ядрышка. Им приписывается решающая роль в осуществлении ряда основных жизненных функций. Нуклеиновые кислоты различного биологического происхождения имеют различные соотношения азотистых оснований и, по-видимому, различную их последовательность в цепи. Соотношение азотистых оснований является характерным (специфичным) для вида и, в то же время, оно не зависит от возраста, физиологического состояния, принадлежности к тому или иному органоиду, органу, ткани и т.д., будучи связано лишь с наследственной природой организма. На основании различных наблюдений сложилось представление о том, что полинуклеотидная цепь нуклеиновой кислоты, благодаря своей специфичности, может определять специфическое расположение аминокислот в полипептидной цепи белка, являясь как бы шаблоном, матрицей для построения белка. Предположительно таким путем специфическая структура нуклеиновой кислоты передается на белки, а последние уже определяют всю совокупность биологических свойств.
С учетом вызывающих споры принципов синтеза белка и наследственности таким (как описано выше) представляли себе механизм ассимиляции у автотрофов советские биологи 50-х годов 20 века. Что касается ассимиляции у гетеротрофов (животные, грибы, многие виды бактерий), то этот процесс, по их мнению, заключается в следующем. Гетеротрофы в основном получают питание готовыми органическими веществами и на этом в первую очередь основан у них обмен веществ (хотя гетеротрофы также обладают способностью усваивать незначительное количество углекислого газа). Животные получают углеводы в готовом виде с пищей преимущественно в виде ди- и полисахаридов (крахмал). В пищеварительном тракте углеводы под действием ферментов расщепляются на моносахариды, которые всасываются в кровь и разносятся ею по всем тканям организма. В тканях из моносахаридов может синтезироваться запасной углевод-гликоген, играющий важную роль в обмене веществ животного организма. Гетеротрофные организмы также способны синтезировать аминокислоты из аммиачных солей и углеводов. Однако для животных и человека основным источником аминокислот являются белки пищи. Ферменты расщепляют их в пищеварительном тракте на аминокислоты и последние всасываются в кровь. Вместе с тем существует целый ряд аминокислот, которые гетеротрофные организмы синтезировать не могут и вынуждены получать их в готовом виде с пищей. Для синтеза жиров и липоидов в растительных и животных организмах в качестве исходных материалов используются первичные продукты фотосинтеза, хемосинтеза и образовавшиеся из них или поглощенные с пищей углеводы. Животные организмы не только синтезируют жиры и липоиды, но и получают их с пищей. В этом случае жиры в пищеварительном тракте расщепляются ферментами на глицерин и жирные кислоты, усваиваются организмом и могут отлагаться в различных тканях, Источником энергии, необходимой для поддержания жизни, служат процессы разложения органических веществ в организме, идущие с выделением энергии. Эти процессы (диссимиляция) протекают одновременно с процессом ассимиляции и неразрывно с ним связаны. В основе диссимиляции лежат окислительно-восстановительные реакции, протекающие обычно при участии кислорода. Основные формы диссимиляции -- дыхание и брожение. Внешнее проявление дыхания у большинства животных и растений -- обмен газов с окружающей атмосферой, т.е. поглощение из нее кислорода и выделение в нее углекислоты. У одноклеточных животных и низших растений обмен газов при дыхании совершается путем диффузии через поверхность клеток. У высших растений газообмену способствуют многочисленные межклетники, пронизывающие все их тело. У многоклеточных животных перенос кислорода к потребляющим его клеткам и тканям и удаление образующейся в процессе тканевого дыхания углекислоты совершается путем циркуляции крови, связывающей и отдающей газы. Пополнение крови кислородом и освобождение ее от избытка углекислоты составляет внешнее дыхание, которое осуществляется при помощи жабер у рыб и других водных животных или легких у человека и наземных позвоночных. У некоторых животных, например, земноводных большое значение имеет также газообмен через кожу. Наряду с дыханием, другой основной формой диссимиляции является брожение -- процесс распада органических веществ (главным образом углеводов), происходящий под влиянием микроорганизмов (бактерий, дрожжей и пр.) или выделенных из них ферментов. Многие брожения протекают без участия кислорода воздуха, т.е. анаэробно. Брожение является источником энергии для жизнедеятельности микроорганизмов, подобно дыханию животных и растений. Важно подчеркнуть, что оба процесса обмена веществ -- ассимиляции и диссимиляции -- сопровождаются превращениями энергии, необходимой для жизнедеятельности. Ассимиляция и диссимиляция -- две стороны обмена -- обусловливают постоянное самообновление составных частей живой материи, любой части всего живого организма. Обмен веществ является той основой, на которой развиваются и изменяются в процессе развития все другие проявления жизни: питание и выделения, рост и размножение, движение, раздражимость, развитие, старение и смерть. Жизнь, по своей сущности, возможна только при условиях, при которых могут существовать белки как химические тела, и при которых обеспечен обмен веществ белков с окружающей природой. Характерной особенностью жизнедеятельности растений, животных и человека является строгая согласованность и слаженность процессов обмена веществ в целом организме. Это достигается за счет теснейшей координации обмена веществ в отдельных тканях и органах. Такая координация определяет характерный для данного организма тип обмена веществ, сложившийся в процессе исторического развития, поддерживаемый и направляемый благодаря взаимодействию с внешней средой У животных и человека ведущую роль в регулировании обмена веществ играет нервная система (НС), особенно кора больших полушарий головного мозга. Нервная система представляет собой систему органов, ответственную за связь организма с внешней средой, взаимосвязь органов между собой и, тем самым, регуляцию и координацию всех функций организма. НС образована главным образом нервной тканью, основным структурным и функциональным элементом которой являются клетки и их отростки (нейроны). Тела нейронов сконцентрированы в центральной нервной системе (ЦНС) и в периферических нервных узлах (ганглиях). Отростки нейронов образуют нервные волокна, входящие в состав проводящих путей ЦНС и в состав нервов (совокупности нервных волокон), по которым проводятся нервные импульсы. Нервы соединяются между собой путем перехода пучков или отдельных нервных волокон из одного нерва в другой. Нервы покрыты соединительной тканью, тяжи которой, в свою очередь образуют оболочки вокруг нервных пучков и отдельных нервных волокон. Нервы богато снабжены кровеносными сосудами. Циркуляция жидкости в нервах осуществляется благодаря пространствам вокруг пучков и отдельных нервных волокон. По одному и тому же нерву могут проходить как двигательные, так и чувствительные импульсы. Наиболее толстый нерв человека -- седалищный достигает 14 мм. По пути следования нервы постепенно истончаются, образуя веточки к органам и тканям. В иннервируемом органе нервы "рассыпаются" на отдельные пучки волокон, а затем и на отдельные волокна (толщина их измеряется микронами), которые соответственно своей природе образуют двигательные и чувствительные окончания. Надо сказать, что нейроны обладают высокой степенью возбудимости и проводимости. В нервной системе различают ЦНС и периферическую нервную систему (ПНС). ЦНС представлена у позвоночных и человека спинным и головным мозгом. Под ПНС подразумевают все нервные образования (нервы и нервные узлы), лежащие вне ЦНС. Последняя играет важнейшую роль в осуществлении рефлекторной деятельности. В соответствии с взглядами И.М. Сеченова (1829 -- 1905) "все акты сознательной и бессознательной жизни по способу происхождения -- суть рефлексы" Согласно учению И.П. Павлова (1849 -- 1936) о высшей нервной деятельности животные организмы рождаются с т.н. безусловными рефлексами. В течение жизни, при обязательном участии коры больших полушарий головного мозга формируются условные рефлексы. Последние, в процессе исторического развития животных организмов, могут переходить в безусловные. Рефлексы являются закономерными реакциями организма на раздражение рецепторов -- концевых образований чувствительных нервов. Рецепторы трансформируют энергию воспринимаемого раздражения в процессе нервного возбуждения, обладают возбудимостью к тем или иным физическим или химическим агентам. Возникающие в рецепторах возбуждения передаются в ЦНС, которая отвечает на них также возникновением возбуждения. По двигательным нервам возбуждение передается к различным органам, вызывая изменения их функционального состояния. Обычно рецепторы -- это сложно построенные образования, иногда значительных размеров (глаз, ухо), нередко -- микроскопических (например, осязательные тельца). Рецепторы, расположенные на поверхности тела организма, раздражаются агентами внешней среды, а рецепторы, расположенные в сосудах, мышцах, внутренних органах и т.п. раздражаются агентами внутренней среды в результате изменений, происходящих в самом организме. В ЦНС, куда по нервным волокнам поступают импульсы от рецепторов, происходит преобразование этих импульсов. Через ряд нервных клеток и отростков нейронов импульсы передаются к органам и тканям, вызывая (как указывалось выше) изменения их функциональных состояний. Важной частью НС животных и человека является вегетативная нервная система (ВНС), которая регулирует деятельность внутренних органов (кровообращение, пищеварение, дыхание, мочеиспускание и др.) В основе деятельности ВНС лежит рефлекторная передача раздражения через общий чувствительный путь, идущий через черепные и спинальные нервные узлы, клетки и волокна ВНС. В течение многих лет ВНС рассматривалась как автономное нервное образование независимое от головного и спинного мозга. Однако исследованиями в конце 19 и 1-й половины 20 го века было установлено, что ВНС тесно связана с остальными звеньями нервного аппарата (в, частности, с большими полушариями головного мозга). ВНС состоит из центральных отделов (вегетативных центров головного и спинного мозга), периферических нервных узлов и волокон. Вегетативные нервные волокна соединяют центры ВНС с иннервируемыми органами. По ряду анатомических и физиологических особенностей ВНС делится симпатический и парасимпатический отделы. Центры парасимпатической нервной системы (ПНС) расположены в среднем и продолговатом мозгу и крестцовом отделе спинного мозга, а центры симпатической нервной системы (СНС) -- в грудинно-поясничном отделе спинного мозга. Волокна ПНС прерываются в нервных узлах, расположенных в непосредственной близости от иннервируемого органа, а узлы СНС, находясь вдали от органа, образуют цепочки, брыжеечные и гревние узлы. Большинство органов и тканей снабжено как симпатическими, так и парасимпатическими волокнами, что способствует тонкой и точной регуляции функций. В регуляции деятельности ВНС большую роль играет особый отдел головного мозга -- гипоталамический. При возбуждении СНС учащается и усиливается деятельность сердца, суживаются сосуды внутренних органов и кожи, расширяются сосуды сердца, усиливается обмен веществ, повышается работоспособность мышц. ПНС замедляет деятельность сердца, расширяет сосуды внутренних органов и суживает сосуды сердца, усиливает перистальтику кишечника и т.д. Влияние ВНС на периферические органы и ткани осуществляется посредством химических посредников (медиаторов), выделяемых окончаниями вегетативных нервов. ЦНС реагирует на многочисленные раздражения, поступающие из внешней и внутренней среды, и через ВНС обеспечивает приспособление организма к постоянно меняющимся условиям, в которых он находится. Так, например, при охлаждении организма рефлекторно возбуждаются центры СНС, что ведет к сужению кожных сосудов, увеличению теплообразования в организме, уменьшению теплоотдачи; деятельность ряда желез внутренней секреции усиливается, в кровь поступает значительное количество адреналина, что ведет к усилению окислительных процессов в организме. Напротив, нагревание организма приводит к возбуждению ПНС. Под влиянием импульсов, поступающих в органы и ткани по парасимпатическим волокнам, уменьшается теплообразование, увеличивается теплоотдача, расширяются кожные сосуды. Эти реакции осуществляются ВНС под влиянием коры головного мозга через сложную систему нервных и гуморальных механизмов (воздействие через кровь и тканевую жидкость активных химических соединений, образующихся в процессе тканевого обмена веществ). Реактивность и возбудимость ВНС может изменяться в зависимости от ряда факторов: времени года или дня, атмосферного давления, температуры, влажности воздуха и т.д. На них оказывают определенное влияние свет, вкус, запах. Состояние ВНС определяет в значительной степени развитие патологического процесса в организме, течение болезни, самочувствие больного. При многих заболеваниях деятельность ВНС нарушается, и возникают состояния, известные в клинике заболеваний под названием вегетативного невроза или вегетативной дисфункции. Говоря о НС, советские биологи всегда подчеркивали, что в процессе исторического развития животных организмов происходила централизация их нервной системы. Если у кишечнополостных НС представляет собой диффузную сеть, то у червей, моллюсков членистоногих уже имеются обособленные скопления нервных клеток. Соединения последних образуют брюшную цепочку (брюшной мозг). У большинства этих животных особенно развит передний отдел брюшной цепочки (головной мозг). У позвоночных животных и человека различают спиной мозг, расположенный в позвоночном канале, и головной мозг, расположенный в черепной коробке. В головном мозгу, в свою очередь, различают ствол мозга, состоящий из ромбовидного, среднего и межуточного мозга, а также мозжечок и большой мозг. Мозг покрыт оболочками, в нем имеется система полостей. Пространства между оболочками, так же как и полости мозга, заполнены жидкостью Ткань спинного и головного мозга состоит из серого и белого вещества. Серое вещество представляет собой скопление, главным образом, нервных клеток, белое -- скопление, главным образом, отростков нервных клеток (нервных волокон). В ромбовидном мозгу (части головного мозга), являющимся продолжением спинного мозга, располагаются ядра большинства черепно-мозговых нервов -- тройничного, отводящего лицевого, слухового и т.д. По чувствительным волокнам этих нервов в рецепторные ядра поступают импульсы от внутреннего уха, кожи лица, слизистых оболочек глаз, полости носа и рта и т.д. От эффекторных ядер импульсы направляются к мускулатуре лица, языка и гортани, к слюнным железам, поджелудочной железе и к железам желудка, к сердцу, к гладкой мускулатуре желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы и органов дыхания. Таким образом, в ромбовидном мозгу сосредоточены нервные центры ряда жизненно важных функций. Ромбовидный мозг участвует также в регуляции и координации деятельности спинного мозга и осуществляет функции проведения нервных импульсов от спинного мозга к вышележащим отделам головного мозга (восходящие пути) и от последних -- к спинному мозгу (нисходящие пути). Продолжением ромбовидного мозга является средний мозг, представляющий собой короткую толстую трубку с узким каналом. На верхней поверхности среднего мозга имеются возвышения, т.н. четверохолмия. Передние бугры четверохолмия связаны с восприятием световых, а задние -- слуховых раздражений. При участии четверохолмия осуществляются безусловные ориентировочные рефлексы организма на световые и звуковые раздражения: поворот туловища, головы и глаз в сторону источника света; поворот туловища, головы и ушной раковины к звуковому раздражителю. Красное ядро среднего мозга (скопление нервных клеток среди белого вещества), входящие в состав серого вещества среднего мозга, играет большую роль в распределении мышечного тонуса. Средний мозг непосредственно переходит в межуточный мозг, главной частью которого у млекопитающих животных и человека являются зрительные бугры. Они выполняют функции приемо-передающего коллектора и связаны с большинством рецепторов организма, корой больших полушарий, ромбовидным мозгом, мозжечком, средним мозгом и т.д. Подбугровая (гипоталамическая) область мозга млекопитающих и человека является высшим подкорковым вегетативным центром. Здесь находятся нервные образования, участвующие в регуляции водного, солевого, жирового углеводного обмена, а также температуры тела. Подбугровая область иннервирует железистые клетки гипофиза; в свою очередь, гормоны, выделяемые гипофизом, всасываясь в желудочках мозга, оказывают непосредственное действие на вегетативные центры межуточного мозга. Таким образом, гипофиз и подбугровая область представляют собой регулятор обменных процессов в организме, в свою очередь, управляемый корой больших полушарий головного мозга. За межуточным мозгом следует большой мозг, состоящий из двух полушарий; особого развития он достигает у млекопитающих животных и человека. Полушария мозга разделяются на отделы, называемые долями: лобная, теменная, затылочная, височная и островковая. Поверхность больших полушарий пересечена значительным количеством борозд, отделяющих друг от друга извилины. Серое вещество большого мозга образует поверхность больших полушарий -- кору больших полушарий головного мозга. Оно расположено в глубине полушарий в виде подкорковых узлов. К последним поступают импульсы от зрительных бугров и из коры больших полушарий головного мозга. В качестве сигналов возбуждения импульсы передаются к клеткам спинного мозга. Эта связанная между собой совокупность подкорковых центров образует систему безусловно-рефлекторной деятельности организма. Особо важную роль она играет у низших позвоночных (рыб, земноводных) со слабо развитыми полушариями головного мозга; у высших млекопитающих животных (особенно у обезьян) и у человека эта система, носящая название экстрапирамидной, занимает подчиненное положение, высшую же функцию координации движений выполняет кора полушарий головного мозга, импульсы от которой направляются по т.н. пирамидным путям непосредственно к передним рогам спинного мозга. Белое вещество больших полушарий состоит из нервных волокон, осуществляющих сложные связи нервных клеток коры и клеток подкорковых узлов между собой и с клетками низлежащих нервных центров. Специальная группа нервных волокон белого вещества обеспечивает связь обоих больших полушарий. Кора больших полушарий головного мозга является органом высшей нервной деятельности животных и человека, материальным субстратом психических процессов и главным регулятором внешних и внутренних функций организма Основное значение в высшей нервной деятельности (в психических процессах) имеет т.н. вторая сигнальная система (по Павлову). В отличие от обычной условно-рефлекторной деятельности, присущей и человеку и животным (первая сигнальная система), при которой действительность отражается непосредственно в форме ощущений (свет, звук, боль др.) и восприятий, при второй сигнальной системе, присущей человеку, действительность отражается ("сигнализируется") опосредственно "в виде слов, произносимых, слышимых и видимых" (И.П. Павлов). Первая и вторая сигнальные системы человека, обладая качественными различиями, функционируют в тесном взаимодействии и единстве. Мозг человека обладает мыслительными способностями. При этом под мышлением подразумевается активный процесс отражения объективной действительности (сознание) в понятиях, суждениях, умозаключениях. Общественное сознание составляют научные, политические, правовые, философские, художественные, религиозные и иные взгляды, национальные особенности психического склада людей, различных общественных классов. Мышление представляет собой высшую форму движения материи. Основными мыслительными (умственными) операциями являются: сравнения, обобщения, абстракция, анализ, синтез, индукция, дедукция. Содержание мышления складывается на основе данных ощущений и восприятий, получаемых в процессе воздействия внешнего мира на органы чувств. Человеческое мышление, наряду с рациональным (противопоставляющим иррациональной мистике и теологии силу разума) и чувственным познанием реального, способно осуществлять интуитивный способ (без предварительного логического рассуждения). Человек и животные обладают способностью специфического (эмоционального) реагирования на воздействия раздражителей, исходящих из внешней среды и внутренней среды организма. Физиологической основой эмоций (радость, страх, ярость, половое возбуждение и т.п.) является распространение процессов, протекающих в коре головного мозга на подкорковые центры, а также включение в реакцию вегетативной нервной системы, особенно ее симпатического отдела (учащенное сердцебиение и дыхание, повышение газообмена, расширение или сужение сосудов кожи и т.д.). Особым видом эмоций являются чувства -- переживания человеком своего отношения к вещам и явлениям окружающего мира (к другим людям и их поступкам, к самому себе, к своим действиям). Человеку свойственна творческая деятельность, заключающаяся в создании тех или иных материальных и культурных ценностей в какой-либо отрасли производства, науки, литературы и искусства. Мышление человека, неразрывно связанное с его речью, качественно отличается от элементарных мыслительных способностей, свойственных всем высшим животным. Большую роль в процессе мышления играет память, как отражение прошлого опыта, заключающегося в запоминании, сохранении и последующем воспроизведении или узнавании того, что раньше воспринималось, переживалось или делалось. Одним из основных проявлений памяти является воспроизведение представлений (ассоциация представлений), физиологическую основу которых составляет механизм образования временных нервных связей. Последние были открыты И.П. Павловым при изучении условных рефлексов у животных. Решающей предпосылкой и основой развития человеческого мышления и речи явился труд. Мышление и язык людей возникли и развились в процессе их общественной практики. Отстаивая эту истину, диалектический материализм борется как с идеализмом, превращающим сознание в творца действительности, так и с вульгарным материализмом, сводящим сознание к материи. Идеалисты утверждают, что реально существует лишь наше сознание (материальный мир, бытие, природа существуют только в наших ощущениях, представлениях, понятиях). Что касается "вульгарного материализма", то для его сторонников характерно утверждение, что "мозг также выделяет мысль, как печень -- желчь". Также антинаучной является предложенная З. Фрейдом (1856 -- 1939) теория психоанализа, согласно которой движущей силой поведения человека и общества являются бессознательные биологические влечения и инстинкты. В основу поведения человека "фрейдизм" кладет инстинкт индивидуального и родового самосохранения... Выше отмечалось, что деятельность нервной системы основана на процессах возбуждения и торможения. Возбуждение является физиологическим процессом, присущим всякому организму и возникающим в любой клетке при раздражающем воздействии среды. При возбуждении живые образования переходят из состояния относительного физиологического покоя в состояние деятельности. Напомним, что, возникающие в рецепторах возбуждения передаются в ЦНС, которая отвечает на него также возникновением возбуждения. Последнее по двигательным нервам передается к различным органам, вызывая изменения их функционального состояния. У простых одноклеточных организмов возбуждение выражается в двигательной реакции. У сложных организмов проявления возбуждения различны для разных видов ткани (клетки) Если говорить о нервных клетках и волокнах, то там возникает нервный импульс (распространяющееся возбуждение) или парабиоз (нераспространяющееся местное возбуждение). В основе возбуждения лежит сложный комплекс физических и химических процессов. Наиболее характерным является возникновение электрического потенциала возбуждения. Установлено, что возбужденный участок нерва, мышцы и других тканей -- электроотрицательны по отношению к их невозбужденным участкам. Возбуждение связано также с перемещением тканевых ионов (калия, кальция), с изменением состояния протоплазмы, изменением обмена веществ, увеличением теплообразования. В процессе эволюции с появлением волокнистых тканей -- мышечной и особенно нервной -- процесс возбуждения превратился в распространяющийся, прерывистый, импульсный, быстротечный. Распространяющееся возбуждение (нервные импульсы) проводятся нервной системой с большой скоростью. Быстрее всего проводят возбуждения мякотные нервные волокна (у человека -- со скоростью до 120мсек). Что касается парабиоза, то он имеет место при длительных и сильных воздействиях физического и химического характера. При этом участок нерва утрачивает способность проводить импульсы возбуждения. В окончаниях нервов и нервных центрах парабиоз вызывается частыми по ритму, длительно действующими импульсами возбуждения. И.П. Павлов методом условных рефлексов выяснил, что очаги аналогичного "застойного возбуждения" возникают при некоторых условиях и в коре больших полушарий головного мозга Факты свидетельствуют о возможности переходов возбуждения в торможение, о диалектическом единстве этих двух основных нервных процессов. Процесс торможения в ЦНС был открыт Сеченовым в 1863 году. Этот процесс, как и возбуждение, может распространяться по нервной системе или концентрироваться в ее определенных участках. Так распространение торможения по высшим отделам мозга лежит в основе сна. Взаимосвязь возбуждения и торможения выражается в явлении индукции, т.е. в возникновении одного из этих процессов под влиянием другого. Сочетание процессов возбуждения и торможения в НС обусловливает согласование, координацию деятельности различных органов и систем организма. Торможение играет важную роль в осуществлении высшей нервной деятельности. Имеется в виду: 1) внешнее торможение условных рефлексов, которое вызывается резкими посторонними раздражителями. Последние способны образовать в коре больших полушарий очаг сильного возбуждения. Вокруг этого очага в результате индукции возникает тормозное (угнетенное, застойное) состояние; 2) различные виды внутреннего торможения, которое имеет место при угасании условных рефлексов, при их дифференцировании и запаздывании. Все виды коркового торможения способствуют приспособлению организма к изменчивым условиям окружающей среды. Торможение выключает деятельность нервных центров и рабочих органов в тех случаях, когда может быть перейден предел их выносливости, работоспособности и, тем самым, предохраняет их от истощения, переутомления. Примером такого охранного торможения может служить сон. На последнем следует остановиться особо, поскольку сон, сновидение -- являются одним из немаловажных признаков проявления жизни. Характеризуя сон, следует сказать, что он представляет собой состояние покоя, периодически возникающее у животных, обладающих ЦНС, и у человека. Сон проявляется в уменьшении возбудимости ЦНС, выключении обычной условно-рефлекторной деятельности и сознания, угнетении двигательной активности и расслаблении мускулатуры, замедлении ритма сердечной деятельности, дыхания и др. физиологических функций, общем понижении интенсивности обмена веществ. Периодичность сна связана с суточным ритмом жизнедеятельности организма. Наступление сна зависит от торможения нервных клеток высших отделов нервной системы. Во время бодрствования организма в работающих (возбужденных) нервных клетках происходят физико-химические и химические изменения, ведущие к их утомлению и истощению. Во время сна (торможения-выключения нервных клеток из активной внешней деятельности) происходит восстановление исходного состояния нервных клеток. Сон наступает в том случае, когда торможение охватывает все (или почти все) отделы коры головного мозга и распространяется на низлежащие подкорковые отделы мозга. Чем большее количество нервных клеток охвачено торможением, тем сон глубже. Однако восприимчивость к некоторым раздражениям даже во время глубокого сна может сохраняться, т.к. какие-то участки мозга остаются в состоянии бодрствования (в коре головного мозга сохраняются сторожевые пункты) возбуждения. Поэтому, например, мать, крепко спящая после трудового дня, не реагируя на шум, толчки, стук, сразу просыпается при слабом плаче ребенка. При неглубоком, поверхностном сне торможение не захватывает значительной части нервных клеток головного мозга. Хаотическая деятельность таких незаторможенных нервных клеток во время сна является причиной появления сновидений. Существенную роль в возникновении сновидений играют слабые раздражения, идущие из внешнего мира, а также от внутренних органов. При неглубоком сне эти раздражения достигают коры головного мозга, некоторые клетки, которой в силу торможения большей части коры оказываются особенно чувствительными к слабым раздражениям. Содержание сновидений связано с впечатлениями, полученными в прошлом и оставившими после себя следы, которые во время сна вступают между собой в необычные, часто нелепые связи. Это обусловлено наступающим во сне функциональным разъединением между различными участками коры мозга, а также между корой больших полушарий и подкоркой. Этим объясняется частая хаотичность, бессвязность, а иногда фантастический характер сновидений. Близким ко сну (сноподобным) состоянием у животных и человека является гипноз. Он возникает под влиянием внезапных, чрезмерных по силе внешних раздражений либо очень слабых и монотонных слуховых и зрительных воздействий (а у человека также под влиянием словесного внушения). Гипноз характеризуется различными временными ограничениями в восприятиях и действиях организма, своеобразным частичным его "отрывом" от окружающей среды. В основе гипноза, как и в основе сна, лежит процесс торможения, развивающийся в высших отделах ЦС и играющий в отношении нервных клеток роль естественного фактора самозащиты или охранительно-восстановительную роль. В отличие от сна, торможение при гипнозе охватывает лишь отдельные районы и части высших отделов головного мозга. При гипнозе сохраняются отдельные очаги возбуждения, которые обеспечивают возможность связи между гипнотизируемым и гипнотизером. Благодаря этому человек в состоянии гипноза, как бы отгороженный от всех иных внешних воздействий, может воспринимать словесное внушение гипнотизера и выполнять большинство предложений и приказаний последнего. Некоторые из внушаемых предложений гипнотизируемый продолжает при определенных условиях выполнять и после пробуждения от гипнотического сна (на этом основано лечебное применение гипноза). По глубине торможения различают несколько стадий развития гипноза, начиная с простой сонливости до стадии глубокого гипноза. В последнем случае при пробуждении человек обычно ничего не помнит из того, что с ним происходило во время сна. Выше были рассмотрен ряд явлений, связанных с обменом веществ. Следует сказать, что из возникшего в процессе развития материи закономерного обмена веществ можно вывести все качества живых тел. Наиболее очевидным из них является присущая живым телам способность к самовоспроизведению. В основе этого явления лежит то, что организм, захватывая из внешней среды посторонние, чуждые ему по своей химической природе соединения, превращает их в вещества, до известной степени тождественные тем, из которых он построен (процессы ассимиляции, диссимиляции, синтеза белка и т.д. рассмотрены выше). Другим проявлением жизни является рост организма, на который расходуется часть энергии, возникающей в процессе обмена веществ. Под ростом животных подразумевается увеличение живой массы -- веса и размеров организма в целом или отдельных его органов. Рост -- одна из сторон индивидуального развития организма, в котором количественные изменения -- рост, и качественные преобразования -- дифференцировка, тесно взаимосвязаны. Часто наблюдается чередование периодов усиленного роста и преобладание качественных превращений; процессы усиленной дифференцировки совпадают с периодом депрессии роста и наоборот Т.о., рост порождает дифференцировку, а дифференцировка создает возможность дальнейшего роста. Рост организма, как и его развитие в целом, совершается на основе обмена веществ, на основе определенного соотношения ассимиляции и диссимиляции; рост осуществляется обычно лишь при условии преобладания ассимиляционных процессов над диссимиляционными; при сбалансировании этих процессов рост прекращается. Морфологическую основу роста составляют: 1) деления и увеличение числа клеток, 2) увеличение размеров клеток и 3) увеличение массы внеклеточных образований. Все эти процессы в разные периоды роста протекают в различных сочетаниях и находятся в тесной связи с другими процессами в организме и условиями жизни. Рост всего организма и отдельных его частей связан с начальными размерами зародыша (зиготы), величиной закладки органа, скоростью роста организма в целом или отдельных его органов, продолжительностью роста и размерами взрослого животного. Различают определенный рост, заканчивающийся к определенному возрасту, и неопределенный, продолжающийся в течение всей жизни организма (например, у многих растений и некоторых животных -- крыс, рыб). Неудовлетворение потребностей растущих животных в питательных веществах ведет к различным формам недоразвития. Недоразвитие, задержки в росте могут компенсироваться лишь частично последующим обильным питанием. Определенная периодичность роста наблюдается у многих животных в зависимости от времени года. У большинства животных происходит значительное снижение скорости роста в период наступления половой зрелости. Рост отдельных органов и тканей организма протекает не изолированно друг от друга, не автономно, а в теснейшей взаимной связи и в соподчинении целостному организму. Важнейшими факторами, определяющими рост и влияющими на его особенности у отдельных животных, являются: наследственность, исторически складывающаяся в определенных условиях жизни, и те конкретные условия внешней среды, в которых протекает развитие организма. Исключительную роль в регулировании и интеграции роста организма как целого принадлежит центральной нервной системе. Под ее контролем развиваются и осуществляют свое гормональное действие на рост организма железы внутренней секреции. Через посредство ЦНС осуществляется и многостороннее действие на организм всех факторов внешней среды. Мичуринское учение, рассматривающее организм и условия его жизни в их диалектическом единстве и исходящее из признания наследования приобретенных организмом свойств, вооружает человека средствами сознательного изменения природы животных и растений в нужную сторону и управления их ростом. Рост растений представляет собой одну из сторон их развития и включает процессы увеличения размеров их органов и усложнение структурной организации, связанные с новообразованием клеток, тканей и органов. Как правило, результатом роста является общее увеличение массы организма в целом. Однако в ряде случаев рост может сопровождаться уменьшением веса, например, при росте зеленных растений в условиях недостатка света или в темноте. Рост растений включает процессы деления, растяжения и непрерывно связан с процессами дифференцировки клеток. Одним из сильнейших факторов, влияющих на ход дифференцировки и на направленность ростовых процессов, является соотношение между длиной дня и ночи (длина фотопериода). Характерной особенностью роста растений является определенное направление роста их органов и строго определенное размещение одних органов по отношению к другим. Ориентировка направления роста отдельных органов зависит от свойства полярности клеток и органов и от направления действия или локализации некоторых условий внешней среды -- силы тяжести, света, влажности концентрации питательных или активных химических веществ и т.д. Важным фактором в ходе роста растений являются вырабатываемые ими физиологически активные вещества -- стимуляторы роста. Процессы роста тесно связаны с общим обменом веществ: с питанием и биосинтезами как источниками материала, с дыханием -- как источником энергии. Что касается стимуляторов роста, то они, образуясь в больших или меньших количествах, локализуясь в разных местах в разных концентрациях, накладывают на процессы роста некоторые специфические отпечатки: ускоряют или задерживают их, влияют на ту или иную направленность ростовых процессов в разных органах. Важной особенностью роста растений является ритмичность ростовых процессов, наиболее ярко выраженная у многолетних растений в соответствии со сменой внешних условий в течение года. В неблагоприятные для жизнедеятельности периоды, например, в течение холодной зимы или сухого лета, рост растений прекращается, и они переходят в состояние покоя. При этом интенсивность процессов жизнедеятельности опускается до едва учитываемого уровня (например, дыхание, обмен веществ) или они совсем прекращаются (например, деление, растяжение, дифференцировка клеток) Характерной особенностью организмов является их способность к механическому движению, к активному перемещению в пространстве. В основе этого явления лежит обратимое изменение формы белковых частиц, их растяжение и сжатие в результате ритмически повторяющихся энергетических реакций. В некоторых специализированных органах, например в мышцах животных, белковые фибриллы (нитевидные белковые структуры в клетках и тканях животных) определенным образом взаимоориентированы между собой в пространстве, образуя известного рода конструкцию. Но такого рода построение специализированных частей протоплазмы ни в коем случае нельзя уподоблять конструкции машины. В машине элементы конструкции не принимают никакого участия в химических превращениях энергетического материала. Если бы составные части машины в процессе работы подвергались химическим изменениям, это, конечно, немедленно привело бы к разрушению всего механизма. Напротив, элементы конструкции живого тела -- белковые фибриллы -- сами принимают непосредственное участие в тех реакциях обмена, которые служат источником трансформируемой в механическое движение энергии. Как показали исследования, главный сократительный белок мышц -- миозин, является ферментом, катализирующим расщепление кислотного соединения, в котором концентрируется необходимая для работы мышцы энергия дыхания или гликолиза (расщепление углеводов в отсутствии кислорода). Таким образом, та важнейшая химическая реакция, при которой освобождается необходимая для мышечного сокращения энергия, может происходить только при непосредственном химическом участии самого конструктивного элемента мышц. В мышечных фибриллах миозин обратимо вступает в комплексное соединение с другим белком -- актином. Этот комплекс -- актомиозин -- обладает способностью резко изменять свои молекулярно-физические свойства. В результате своего ферментативного действия, он расщепляет упомянутую выше кислоту (концентрат мышечной энергии) и самостоятельно восстанавливает свое исходное состояние. Это ритмически повторяющееся изменение молекулярно-физических свойств белкового комплекса лежит в основе наблюдаемого механического движения. В ряде случаев механическое движение является наиболее наглядным выражением раздражимости -- этого общего для всей живой материи свойства. Благодаря этому свойству живое способно реагировать в той или иной форме на самые разнообразные воздействия внешней и внутренней среды. Во всех проявлениях жизнедеятельности, как животных, так и растительных организмов раздражимость играет исключительно важную роль. В процессе исторического развития жизни на основе раздражимости, как свойства, наблюдаемого даже на самых элементарных низших стадиях развития живого, формировалась возбудимость, как следствие дифференцированности тканей, получившей у животных специальное развитие в нервном, мышечном, а также железистом аппаратах. Вопреки мнению физиологов идеалистического направления, рассматривавших раздражимость, как явление, не поддающееся естественнонаучному анализу, большинство физиологов стремилось раскрыть материальную природу этого явления. И.М. Сеченов, понимая под чувствительностью одну из форм раздражимости, указывал на то, что "на самой низшей ступени животного царства" чувствительность "в своей исходной форме... едва ли чем отличается от так называемой раздражительности некоторых тканей (например, мышечной) у высших животных, потому что с анатомической и физиологической стороны и представляет кусок раздражительной и вместе с тем сократительной протоплазмы". Данные естествознания позволяют в конкретной форме представить раздражимость как состояние белковых комплексов, взаимосвязанное с процессами обмена веществ. Знакомство с реакцией мышечного актомиозина на воздействие аденозинтрифосфорной кислоты (естественного концентрата мышечной энергии) действительно показывает, что уже этому изолированному белковому комплексу свойственно явление раздражимости, конечно, в самом элементарном смысле этого слова. Совершенно очевидно, что в организмах, даже наиболее примитивных (не имеющих признаков нервной системы) раздражимость проявляется в гораздо более сложной, чем в изолированном белковом комплексе, дифференцированной форме, имеющей функциональное значение, но и здесь она целиком базируется на закономерностях обмена веществ. Как показано выше, важнейшим способом возбуждения у животных организмов является нервное возбуждение. Следует отметить, что нервная система, вызывая возбуждение или торможение различных систем и воздействуя, таким образом, на структуру белковых тел и определенные звенья биохимических процессов (связанных с раздражимостью и функциональной активностью иннервируемых систем), сама оказывает трофическое (непосредственное, без изменения интенсивности деятельности обмена веществ тканей) влияние на структуру белковых тел и обмен веществ этих систем. Опыты показывают, что нормальный уровень раздражимости в животном организме поддерживается и регулируется нервной системой в порядке постоянных рефлекторно-трофических влияний. Реакции на раздражения у растений и Животных во многом схожи, но между ними имеются и существенные различия. Растения не имеют специальных воспринимающих и проводящих раздражение тканей, подобно нервам у животных и не имеют их единого центра, каким у животных является ЦНС. Однако, несмотря на относительную примитивность реакций растений на раздражения, сложнейшая система плазматических, сосудистых и гормональных связей объединяет все их части и органы в единый целостный организм и регулирует все физиологические и биохимические процессы. Раздражителями служат любые факторы среды: свет, сила тяжести, влага, температура; механические, электрические, химические и др. воздействия... Обмен веществ, как цепь строго согласованных между собой во времени процессов, конечно, не может оставаться неизменным. В своем развитии в тесном взаимодействии с условиями внешней среды обмен веществ подвергается тем или иным сдвигам. В том случае, когда эти сдвиги приобретают принципиальный, качественный характер, они выливаются в те этапы-стадии, через которые, согласно Т.Д. Лысенко, проходит развитие организмов. Последнее является составной частью единого процесса развития природы -- движения от простого к сложному, от низшего к высшему, движения от старого качественного состояния к новому, более высокому качественному состоянию, процесса обновления, рождения нового, отмирания старого в противоположность распаду, регрессу, деградации. Признание движения и развития в природе и обществе -- составляет основной принцип марксистского диалектического метода. Движение является неотъемлемым свойством материи, ее атрибутом. Движение -- это изменение вообще; ему подвержена вся материя, все ее формы, и никакая частица материи не пребывает вне движения, в абсолютном покое. В неорганической природе происходит вечный процесс созидания и разрушения, образование более сложных структур и их распада. Из неорганической, неживой природы возникла более высокоорганизованная живая природа, живые организмы. Возникновение живого из неживого было огромным скачком в развитии материи. Оно положило начало качественно новой форме движения материи -- органической жизни. Органическая жизнь существует на Земле около миллиарда лет. За это время в ней произошли колоссальные изменения -- развитие от доклеточного живого вещества до современных высших животных и человека. Выделение человека из мира животных означало новый огромный скачок в развитии природы, положивший начало качественно новой форме движения материи -- общественной жизни. В основе развития человеческого общества, его закономерного движения по восходящей линии лежит развитие производства. Прогрессивными ступенями развития общества являются общественно-экономические формации. Первобытное общество сменил рабовладельческий строй. Его, в свою очередь, сменил феодальный строй. Феодализм сменился капитализмом, который с неизбежностью уступит место новому, более высокому строю -- коммунизму; первая фаза которого -- социализм -- уже построен в СССР и осуществляется в странах народной демократии. Материалистическая диалектика -- это наиболее полное, глубокое и всестороннее учение о развитии. В противоположность метафизике, которая рассматривает процесс развития как простой процесс роста, как чисто количественные изменения, повторение пройденного, движение по кругу и т.д., марксистская диалектика показывает, что развитие -- это движение от старого качественного состояния к новому, более высокому качественному состоянию, движение по восходящей линии от простого к сложному, от низшего к высшему, от менее дифференцированного, менее многообразного к более дифференцированному, более многообразному. В противоположность метафизике, которая понимает развитие односторонне, однобоко, сводя его либо к постепенным эволюционным изменениям, либо к неизвестно чем подготовленным катастрофическим переворотам, марксистская диалектика исходит из того, что развитие -- закономерный процесс, имеющий двоякую форму: эволюционную и революционную. Постепенное накопление количественных изменений приводит к наступлению качественных изменений. Марксистская диалектика показала, что всем предметам и явлениям мира присущи внутренние противоречия. Борьба противоположностей составляет движущую силу, источник и внутреннее содержание процесса развития, в ходе которого новое, передовое, прогрессивное побеждает старое, отжившее, косное. В процессе развития, как и всегда в процессе движения, происходит переход от возможности к действительности. Каждая достигнутая ступень в развитии -- это действительность, но она несет в себе возможность замены себя новой, более высокой действительностью. Марксистская диалектика учит, что новое -- это то, что растет и развивается в жизни, имеет будущность, что выше, лучше старого, что развивается лишь в борьбе со старым. Новое -- неодолимо. Зарождение нового происходит в недрах старого. Последующая ступень закономерно следует из предыдущей, а предыдущая готовит почву, создает условия для последующей. Каждое явление содержит в себе прошлое, настоящее и будущее. Так как новое возникает и развивается в недрах старого, то оно вступает в противоречие со старым. Новое и старое существуют в каждом предмете и явлении, в каждой общественной формации, и противоречия между ними выливаются в форму борьбы. Новое борется за свое существование и дальнейшее развитие. Новое на первых порах значительно слабее старого, но чем дальше идет процесс развития, тем больше усиливается новое. Борьба нового против старого, в конечном счете, приводит к его победе над старым. Поэтому для диалектического метода важно не то, что кажется в данный момент прочным, но начинает уже отмирать, а то, что возникает и развивается, если даже выглядит оно в данный момент непрочным, ибо неодолимо только то, что возникает и развивается... Говоря о развитии живой материи, об историческом развитии органического мира необходимо напомнить, что это развитие подчиняется эволюционному закону. Эволюционное учение можно охарактеризовать как учение о развитии органического мира путем перехода одних органических форм в другие. В задачу эволюционного учения входит научное обоснование изменяемости видов, а также выяснение условий, причин и закономерностей развития органических форм и живой природы в целом от первого появления жизни до настоящего времени. Поскольку первые формы жизни возникли из неживого вещества, в задачу эволюционного учения входит также освещение вопроса о происхождении жизни. Все виды растений и животных, существующих в настоящее время, развились из видов, населявших Землю в прошлые геологические эпохи. В свою очередь, и они (виды) не неизменны, а переходят в новые формы живых существ. Хорошо известно, что эту материалистическую теорию о развитии живой природы формулировал Ламарк и развил Дарвин, показавший, что в основе эволюции органического мира лежит естественный отбор. Суть последнего заключается в том, что организмы, более приспособленные к жизни в данной внешней среде, выживают, а менее приспособленные не выживают или не дают потомства. Доживают до зрелого возраста и дают более или менее многочисленное потомство обычно те особи, которые выдерживают борьбу за существование лучше других. Основой естественного отбора по Дарвину является совместное действие 3-х факторов: изменчивости, наследственности и якобы существующей в природе перенаселенности. Начнем с последнего. Борьба за существование обусловлена размножением организмов в геометрической прогрессии. Даже деление одноклеточного организма на два дочерних ведет к увеличению численности в геометрической прогрессии. По мнению Дарвина важный для действия отбора результат борьбы за существования заключается не только в гибели одних особей и выживании других, но и в оставлении потомства (дожившие до зрелого возраста или даже до старости особи иногда не оставляют потомства). Борьба за существование в дарвиновском понимании охватывает и внутривидовые и межвидовые отношения и согласуется с "законом" Мальтуса (1766 -- 1834) о возрастании народонаселения в геометрической прогрессии, а средств существования -- в арифметической (с человеконенавистническим выводом о необходимости воздержания от браков).
Дарвин некритически использовал для построения своей теории реакционное "учение" Мальтуса о неизбежности перенаселения, за что был подвергнут справедливой критике со стороны К. Маркса, Ф. Энгельса, Н.Г. Чернышевского и др. До настоящего времени среди биологов "пятидесятников" нет единодушия в отношении идеи внутривидовой борьбы. Это можно, в частности, заметить по тем справочным материалам, которые содержит МСЭ издание 3-е (1958 -- 1960) и БСЭ издание 2-е (1950 -- 1958). Говоря о работах Мичурина, Лысенко и др. МСЭ пишет: " Мичуринская биология, развивая учение Дарвина о естественном отборе в историческом развитии живой природы, показала, что в природе нет, и не может быть, перенаселения и внутривидовой борьбы". А вот, что пишет по этому поводу БСЭ: "Некоторые ученые (Лысенко и др.), не возражая против идеи межвидовой борьбы, решительно отвергают идею внутривидовой борьбы; они считают эту идею мальтузианской и реакционной". И далее; "Тезис о полном отсутствии в природе внутривидовой борьбы стоит в явном противоречии с фактами, которыми располагает современная биология". В БСЭ ученый Л.Ш. Давиташвили приводит в качестве доказательств указанного тезиса борьбу между самцами, борьбу птиц за гнездовую территорию (или участок), борьбу за участки бобров, внутривидовую конкуренцию у зайцев за пищу во время засухи и т.д. Далее Давиташвили пишет: Биологи, отрицающие внутривидовую борьбу, иногда говорят, что внутривидовой борьбы нет, и не может быть, потому что в процессе эволюции естественный отбор мог выработать лишь такие отношения между особями вида, которые полезны для вида; между тем наличие внутривидовой борьбы не было бы полезно для вида. Такое рассуждение неправильно. Принимая, что все внутривидовые связи между особями направлены на обеспечение существование и процветание вида, все же следует признать, что некоторые, иногда умеренные, а иногда острые формы внутривидовой борьбы, ведя к гибели сравнительно небольшой части популяции, могут в целом служить именно процветанию вида путем удаления слабых или менее приспособленных особей"... Вступая в некоторое противоречие с Дарвином, который, как указывалось выше, считал, что основой естественного отбора является совместное действие изменчивости, наследственности и перенаселенности, естествознание 50-х годов рассматривает естественный отбор как совместное и неразрывное действие наследственности, изменчивости и выживаемости. Наследственность организмов и изменчивость изучаются наукой, которая называется генетикой. Если обратиться за справкой к энциклопедическому словарю издание 1-е (1953 -- 1955), то там можно прочесть: "Существуют две генетики -- мичуринская и вейсманистская. Мичуринская основывается на диалектическом материализме; она рассматривает организм как единое целое, признает единство организма и условий его жизни и наследуемость свойств, приобретаемых организмом под воздействием последних, вооружает практику методами направленного изменения наследственности организмов. Вейсманистская генетика -- плод метафизики и идеализма; она, вопреки науке, различает в организме сому (собственное тело) и некое автономное "наследственное вещество", якобы независимое в своих свойствах от условий развития организма". Наибольший интерес для понимания взглядов биологов 50-х годов на наследственность и изменчивость и в целом -- на генетику представляют статьи Т.Д. Лысенко, Х.В. Кушнера и Н.И. Фейгинсона. "В настоящее время существуют две генетики, -- пишет Лысенко, -- которые резко противоположны в своих исходных положениях. Первая из них, именуемая менделевско-моргановской, признает в организме особую, принципиально отличную от тела организма, зародышевую плазму, которая, в отличие от обычного тела, только и обладает наследственностью... Изменения (мутации) зародышевой плазмы, или наследственного вещества, независимы от условий жизни, воздействующих на тело организма. Поэтому никогда и никакие новые свойства и признаки, приобретенные организмом в результате воздействия условий жизни, не наследуются. Теория менделизма-морганизма категорически отвергает возможность направленного изменения природы растительных и животных организмов путем управления условиями их жизни и развития. Говоря о "новой" генетике, Лысенко писал: "Новая генетика, мичуринского направления отвергает основное положение старой, менделевско-моргановской генетики, полную независимость свойств наследственности от условий жизни растений и животных. Мичуринская генетика не признает существования в организме какого бы то ни было особого от тела организма наследственного вещества. Эта наука под наследственностью понимает основное характерное свойство живого тела, которое выражается в способности этого тела жить, питаться, расти и размножаться соответственно своей природе... Изменения живого тела происходит от измененного (от нормы) обмена веществ... Измененные зачатки новых организмов всегда получаются только в результате изменения тела родительского организма, в результате прямого или косвенного воздействия условий жизни на развитие организма или отдельных его частей... Только управляя условиями жизни и развития растений и животных, можно все больше и больше постигать их природу и этим самым находить способы изменения ее в нужную сельскохозяйственной практике сторону". Критикуя "хромосомную теорию" наследственности, Лысенко писал: "Возникшие на грани веков -- прошлого и настоящего -- вейсманизм, а вслед за ним менделизм-морганизм своим острием были направлены против материалистических элементов теории развития Дарвина. В основе хромосомной теории лежит осужденное еще К.А. Тимирязевым нелепое положение Вейсмана о непрерывности зародышевой плазмы и независимости ее от тела (сомы). Морганисты-менделисты вслед за Вейсманом исходят из того, что родители не являются родителями своих детей. Дети и родители, согласно их учения, являются братьями и сестрами. Больше того, и первые (т.е. родители) и вторые (т.е. дети) вообще не являются самими собой. Они -- только побочные продукты неиссякаемой зародышевой плазмы". Чтобы подчеркнуть "несостоятельность" хромосомной теории Лысенко цитирует ошибочные с его точки зрения положения Моргана и Касла. В частности (у Касла): "Принцип "непрерывности зародышевого вещества" (вещества воспроизводящих клеток) является одним из основных принципов генетики. Он показывает, почему изменения тела, вызванные у родителей влиянием окружающей среды, не наследуются потомством. Это происходит потому, что потомки не являются продуктом тела родителя, но лишь продуктом тела зародышевого вещества, которое облечено этим телом".
Отвергая эти положения, Лысенко утверждал: "Стоит только допустить абсолютно верное и общеизвестное положение, что половые клетки или зачатки новых организмов рождаются организмом, его телом, а не той половой клеткой, из которой произошел данный уже зрелый организм, как вся "стройная" хромосомная теория наследственности сразу же нацело расстраивается. Этим самым роль и значимость хромосом в развитии клеток и организма нисколько, конечно, не умаляется. Мичуринская генетика признает хромосомы, не отрицает их наличия, но она не признает хромосомной теории наследственности, не признает менделизма- морганизма... Никакого отдельного от обычного тела наследственного вещества в организме и в клетках не имеется... Уже одно то, что живое тело, будучи изолированным от необходимых ему условий жизни, перестает быть живым, говорит о том, что организм и условия его жизни являются неразрывным диалектическим единством". Лысенко особо выделял практическое значение "мичуринской генетики" и роль И.В. Мичурина. "Мичурин на основе своих в высшей степени плодотворных работ по выведению сортов плодоягодных растений создал новую агробиологическую теорию. Эта теория в Советском Союзе широко и творчески воспринята (так утверждали энциклопедические справочники 50-х годов). На июльской 1948 г. сессии Всесоюзной Академии с.х. наук им. В.И. Ленина обсуждался вопрос "О положении в биологической науке" На этой сессии материалистическое мичуринское учение восторжествовало над идеалистическим учением вейсманизма- морганизма. Таково было мнение руководителей Советской науки. Они отмечали также, что научная дискуссия по вопросам биологии была проведена под направляющим влиянием Коммунистической партии. "Руководящие идеи товарища Сталина и здесь сыграли решающую роль, открыв широкие перспективы в научной и практической работе".
Развивая положения "мичуринского учения" сторонники Лысенко утверждали следующее. Процессы обмена веществ, лежащие в основе развития организма, являются в то же время процессами непрерывного взаимодействия его с окружающей средой, с ее условиями. Развитие организма в каждом отдельном поколении приводит к форме, сходной с растительными организмами в той мере, в какой данные условия существования соответствуют условиям развития предыдущих поколений, т.е. удовлетворяют исторически сложившимся требованиям данной наследственности к условиям жизни. Несовпадение условий существований с требованиями организма в границах, допускающих, однако, его выживание, изменяет характер взаимодействия между организмом и средой, вызывая новый тип обмена веществ, т.е. создает новую наследственность. Устанавливая причины изменчивости живых существ, заключающуюся в изменении взаимодействия между организмом и условиями окружающей среды, мичуринское ("лысенковское"?) учение в то же время вскрывает биологическую необходимость избирательного отношения организма к условиям среды, объясняет причину консервативной наследственности, открывает путь к формированию организмов с новыми наследственными особенностями. Биолог Х.Ф. Кушнер писал: "Мичуринское учение позволяет не только объяснять явления живой природы, но и разрабатывать способы целенаправленного ее изменения... Практика социалистического земледелия и животноводства, владение марксистско-ленинской теорией познания природы позволили советским биологам совершить поистине революционный переворот в учении о наследственности, подойти к познанию сущности наследственности, ее важнейших закономерностей и направленному изменению в соответствии с задачами сельского хозяйства. Таким образом, исходя в познании наследственности из практики, советские биологи в то же время вооружают практику эффективными приемами селекции культурных растений и сельскохозяйственных животных". Х.Ф. Кушнер имел здесь ввиду метод так называемого "непрерывного улучшающего отбора", который сочетался с методом "сознательной переделки растений на основе положений мичуринской агробиологической науки". С целью получения более пластичных, легче приспосабливающихся к изменению условий внешней среды организмов широко применялся метод скрещивания растений различных сортов; использовался также метод межвидовой и даже межродовой гибридизации; применение, наряду с половой, вегетативной гибридизации и т.д. В своих статьях Кушнер отмечал огромное значение таких мичуринских работ как: разработка метода подбора родительских пар для скрещивания и комплекса воздействий на гибридный организм; отдаленная гибридизация с использованием оригинальных методов преодоления нескрещиваемости форм, получение гибридов груши и рябины, тыквы и огурца, персика и дикого миндаля и т.д. "В области животноводства, -- пишет Кушнер, -- сходные с мичуринскими взгляды на наследственность развивал крупнейший советский зоотехник М.Ф. Иванов. Он, как и Мичурин, исходил из положения о наследовании свойств, приобретаемых под влиянием условий жизни, и считал условия кормления, содержания, ухода и эксплуатации одним из главных факторов совершенствования и выведения новых пород... Много нового в учение о наследственности внес Т.Д. Лысенко. Данное им определение наследственности открыло путь для познания сущности наследственности организмов и для разработки практических методов изменения ее в желаемую сторону. В соответствии с этим определением подлинно научное познание наследственности организмов, прежде всего, означает выявление тех условий внешней среды, которые требуются организму для развития данных признаков или свойств. Примером такого подхода к изучению наследственности является анализ природы озимости и яровости хлебных злаков, проведенный в работах Лысенко". Другой советский биолог -- сподвижник Лысенко -- Поляков И.А. писал: "В процессе жизнедеятельности каждый организм выбирает из окружающей внешней среды требующиеся ему условия, подобные тем, которые ассимилировали предшествующие поколения. Если организм в процессе своего развития, указывает Лысенко, находит для себя и использует эти условия, то его свойства по сравнению со свойствами предшествующих поколений существенно не изменяются. Если же организм не находит нужных ему условий, то он, в зависимости от ряда обстоятельств, или не выживает, или вынужденно использует, ассимилирует условия внешней среды, в какой-то степени отличающиеся от условий ассимилированных предыдущими поколениями. В результате организм приобретает в процессе своего развития существенно новые свойства, изменяется его наследственность.
В основе изменения наследственности организма, и, следовательно, наследования приобретенных свойств, лежит изменение нормы и типа ассимиляции, нормы и типа обмена веществ". Вместе с тем И.А. Поляков предупреждает, что наследственность организма, сложившаяся исторически, всегда консервативна, трудно поддается воздействию необычных условий жизни организма, и это факт нельзя недооценивать. "Консервативность наследственности, -- пишет Поляков, -- закономерное явление, оно обусловливает в природе относительное постоянство растительных и животных форм, а в сельскохозяйственной практике -- возможность существования определенных сортов растений и пород животных"... Как указывалось выше, по мнению биологов, одним из факторов, влияющих на естественный отбор, является изменчивость, т.е. свойство живых тел приобретать новые особенности строения и функции или утрачивать прежние под воздействием условий жизни. Советский биолог Н.И. Фейгинсон полагал, что "основные закономерности изменчивости установлены главным образом трудами Мичурина и Лысенко". Фейгинсон определяет следующие закономерности изменчивости: 1) В наибольшей степени податливы к изменениям организмы в молодом возрасте. По мере своего формирования они становятся менее пластичными, более устойчивыми к воздействию условий. Эту закономерность, по мнению Фейгинсона, открыл, научно обосновал и широко использовал в своих работах Мичурин; 2) Первопричиной изменений живых тел всегда являются изменения условий жизни. Фейгинсон ссылается на Тимирязева, который считал, что "причины изменчивости бывают главным образом троякого рода: а) упражнение органов, б) скрещивание между собой двух или большего числа органических форм, в) влияние среды, непосредственное или косвенное.
Перечисляя эти причины, Тимирязев подчеркивал, что влияние внешних условий это -- "самый важный и, в конце концов, единственно возможный источник возникновения совершенно новых особенностей строения или отправления, т.к. первые два сводятся на развитие или перетасовку уже существующих"; 3) "Изменения потребностей, т.е. наследственности живого тела, всегда адекватны воздействию условий внешней среды, если эти условия ассимилированы живым телом", -- Лысенко Т.Д Отсюда, как указывает Фейгинсон, вытекает общее правило: "Чтобы заставить организм измениться в сторону дальнейшего использования какого-нибудь условия, необходимо принудительно включить это условие в ход развития организма"; 4) Изменение отдельных свойств и признаков организма часто бывают сопряжены друг с другом так, что одно с необходимостью вызывает другие. Это явление так называемой соотносительной (коррелятивной) изменчивости, изученное еще Ч. Дарвином, может быть результатом как зародышевого развития, так и последовательности развития признаков во всем ходе индивидуального развития; 5) Изменение тела организма в результате ассимиляции им необычного для него условия. Наиболее наглядно это прослеживается в случаях вегетативного размножения... В своих работах Дарвин делил явления изменчивости на две категории: на изменчивость определенную и изменчивость неопределенную. И в том, и в другом случае, по Дарвину, источником изменения служат условия жизни. Но при определенной изменчивости характер изменений определяется воздействием условий (все или почти все особи изменяются одинаково под влиянием определенных условий), а при неопределенной изменчивости, как считал Дарвин, условия дают только толчок, характер же изменений определяется только " природой организма", а "природа условий" роли не играет. "Точка зрения Дарвина на пассивную роль условий в вызывании так называемых неопределенных изменений, -- пишет Н.И. Фейгинсон, -- была, безусловно, ошибочна и отражала сравнительно низкий уровень знаний об изменчивости в то время. В мичуринском учении факты неопределенной изменчивости (по терминологии Дарвина) разъяснены в связи с особенностями организмов, обладающих расшатанной наследственностью, при которой возможно включение в ход развития весьма разнообразных, складывающихся случайно условий, что и приводит к кажущейся ненаправленности изменчивости"
Приведенные выше "концепции Кушнера, Полякова, Фейгинсона", с содержащимися в них восторженными оценками "лысенковских теорий" и агробиологических экспериментов долгое время находили понимание и поддержку у руководителей Советской науки. Только в 60-е годы они были вынуждены признать: "Ряд положений его (Лысенко) теории не получили экспериментального подтверждения и не могли быть реализованы в производстве". А до этого, в 1956 году по "цитадели лысенковской генетики" был нанесен серьезный удар, когда биохимики А.Н. Белозерский и А.Г. Спирин опубликовали результаты своих исследований о роли нуклеиновых кислот в синтезе белка и записи в их молекулах наследственной информации. В соответствии с исследованиями указанных ученых решающую роль в наследственности играют структуры клеточного ядра. "Лысенковская генетика" и "лысенковская агробиология" нанесли науке и хозяйству страны огромный урон. Они оказались не просто ошибкой ученых-биологов, но грандиозной потемкинской деревней 20-го века... Как указывалось выше, способность к развитию (эволюции) заложена в самой основе организации живой материи, в обмене веществ. Таково мнение ученых-материалистов. Содержание эволюционного учения не исчерпывается обоснованием изменяемости и наследования форм. В эволюционное учение входит также освещение закономерностей развития органического мира и различных его групп, эволюции живых существ, совершившейся в зависимости от преобразований Земли, изменений среды. Советский биолог Л.Ш. Давиташвили считал, что "изучение современного органического мира и данных об организмах прошлых времен привело к раскрытию некоторых важных закономерностей эволюции растений и животных, темпов этого процесса, его направленности, его связей с изменениями лика Земли, условиями жизни, взаимосвязей различных групп организмов в их историческом развитии". К закономерностям исторического развития органического мира Давиташвили относит: темпы эволюционного развития, борьбу нового со старым, адаптации органических форм, вымирание видов и групп организмов, изменение экологических свойств организмов -- экогенез, соотношение между онтогенезом и филогенезом, относительный характер органической целесообразности, необратимость эволюции, конвергенция и параллелизм, монофилия развитие факторов и закономерностей эволюционного развития в процессе эволюции. Рассматривая закономерности темпов эволюционного развития, Давиташвили считал, что темпы филогенеза (изменения, претерпеваемые живыми формами в течение всего времени существования жизни на Земле) зависят от характера внешних условий и их изменений. Известны случаи значительного убыстрения эволюции вследствие изменения внешних условий (быстрое развитие новых родов моллюсков в опресненных плиоценовых морях Черноморской и Каспийской областей; выход видов на новые, слабо заселенные места и т.д.) Повышение темпов эволюции Давиташвили связывает также с возрастающим усложнением взаимозависимости между совместно живущими органическими формами. В отношении борьбы нового со старым Давиташвили пишет: "История живой природы иллюстрирует возникновение нового в недрах старого, а затем замещение старого новым. Исчезновение старого в развитии органического мира не являлось непосредственным результатом крупных преобразований земной коры и вызываемых ими изменений физико-географических условий".
Появление новых форм, лучше приспособленных к данным условиям существования и особенно форм, вообще более совершенных, таит в себе зародыш гибели форм, живущих в тех же условиях, но уступающих новым формам в отношении приспособленности к данным условиям среды или по высоте организации. Переходя к вопросу приспособлений (адаптаций) органических форм Давиташвили обращает внимание на то, что они "далеко не равноценны по своему перспективному значению. Одни из адаптаций ценны и полезны главным образом в рамках определенных конкретных условий существования и бесполезны, или почти бесполезны, за пределами этих условий". Рассматривая такого рода специализации у моллюсков ("зарывающиеся", имеющие приспособления для зарывания в рыхлый песок; "сверлящие", приспособленные к просверливанию каменистого субстрата; "прирастающие" к грунту массивной раковиной) Давиташвили замечает: "Приобретение таких адаптаций не открывает перспектив выхода за пределы данной экологической зоны и проникновения в другие зоны.
Узкая специализация вида выражается в крайней степени приспособленности к строго определенным условиям существования, при которых он успешно борется за жизнь и даже достигает расцвета; но небольшое изменение в обстановке, в частности в составе населения, может повлечь за собой гибель такого вида. Таким образом, узкая специализация является и силой и слабостью такой органической формы"". Вместе с тем, существуют некоторые адаптации органических форм, которые, в отличие от выше рассмотренных, имеют более широкое перспективное значение: их развитие открывает возможность выхода потомков данного вида за пределы занимаемой ими экологической зоны. "Такие приспособительные изменения органических форм характерны для прогрессивного развития", -- заключает Давиташвили. Касаясь вопроса вымирания видов и групп организмов, Давиташвили говорит о вымирании форм, обитавших на обособленных (хотя и обширных) участках суши или моря, которое объясняет относительно резким изменением таких условий среды как значительные и сравнительно быстрые похолодания -- распространение ледникового покрова, резкие и неоднократные изменения солености вод и т.д. Однако повсеместное вымирание очень широко распространенных видов и групп не может быть непосредственным результатом таких изменений. "Наблюдения над современной живой природой и факты истории органического мира свидетельствуют в пользу того, что конкуренция между видами или уничтожение одних организмов другими нередко ведут к вымиранию видов и групп. Геология не знает фактов мгновенного, всеобщего и резкого изменения климата, гидрологических условий и других условий существования на всей поверхности земного шара, не знает внезапных тектонических революций и катастроф всесветного значения. Поэтому несостоятельны утверждения, например, французского ученого К. Аранбурга, считающего, что "великие вымирания связаны с всеобщими геотектоническими потрясениями или геодинамическими кризисами, периодически преобразующими лик Земли. Многие исследователи ищут другие абиотические факторы "великих вымираний" (отравляющее действие продуктов вулканических извержений, изменения коротковолновой солнечной радиации, возрастание уровня ультрафиолетового излучения из-за разрыва окутывавшей Землю сплошной облачности и т.д.). Одним из общих, существенных недостатков указанных гипотез является то, что авторы исходят из допущения внезапного одновременного вымирания многочисленных форм организмов, что находится в противоречии с фактами истории органического мира. Вымирание древних групп животных и растений связано с появлением новых, более опасных конкурентов и врагов. Давиташвили считает закономерными изменения экологических свойств организмов. В истории любой группы животных и растений можно наблюдать экогенез -- сложную последовательность многочисленных изменений экологических отношений организмов. История крупных групп -- типов, классов, подклассов, отрядов -- обычно показывает общую экогенетическую экспансию каждой из этих крупных групп на протяжении всего времени ее существования. Экогенетическая экспансия выражается в освоении эволюцирующимися представителями данной группы все новых и новых экологических ниш, что связано с приспособлением к новым условиям, а также с повышением организации соответствующих форм. Для обоснования эволюционного учения большое значение имеют исследования соотношений между индивидуальным развитием -- онтогенезом (совокупность морфофизиологических изменений, претерпеваемых организмом от момента его зарождения до конца жизни) и историческим развитием -- филогенезом (изменения, претерпеваемые живыми формами в течение времени существования жизни на Земле). По Э. Геккелю (т.н. "биогенетический закон") онтогенез -- есть краткое повторение филогенеза. Давиташвили считает, что "хотя этот "закон", в том виде, как его понимает Геккель, есть упрощенное выражение чрезвычайно сложных явлений в развитии живых существ, он все же содержит существенное зерно истины: в индивидуальном развитии организмов являются элементы повторения, воспроизведения структур уже не имеющих у этих организмов того биологического значения, которое было свойственно соответствующим структурам их предков". Некоторые исследователи полностью отрицают биогенетический закон. Суть одного из возражений заключается в том, что зародышевые образования, явно соответствующие определенным органам взрослых особей предковых форм, несут какие-то функции у потомков и являются, следовательно, полезными. Однако, вполне естественно, что орган, утративший свои основные функции, сохраняет или приобретает другие функции. Одной из закономерностей эволюции Давиташвили считает относительный характер органической целесообразности. "Эволюция организмов путем естественного отбора приводит к органической целесообразности -- к соответствию строения и функций организмов их потребности жить, размножаться и распространяться. Однако, наука, отвергающая участие сверхъестественных сил в создании живых существ не может допустить существование абсолютной целесообразности". Например, в строении скелета ног парнопалых, перешедших к жизни на открытых пространствах, замечаются различные степени целесообразности строения. На этом основано учение В.О. Ковалевского (1842 -- 1883) об адаптивных и инадаптивных типах. Инадаптивные пути филогенетического развития обычно связаны с относительно менее глубокими изменениями в строении и функциях органов, чем адаптивные, поэтому инадаптивные типы могут появиться и раньше адаптивных. Однако более целесообразная организация адаптивных типов ведет к тому, что они переживают инадаптивные. В ряду закономерностей эволюционного учения можно также выделить закон необратимости эволюции. Четкую формулировку этого закона дал бельгийский ученый Л. Долло (1857 -- 1931): "организм не может вернуться хотя бы частично к прежнему состоянию, которое было уже осуществлено в ряду его предков". Долло писал, что организм не возвращается точно к прежнему состоянию даже тогда, когда он оказывается в условиях существования, тождественных тем, через которые прошли его предки Эволюция по его словам -- есть суммирование конкретных индивидуальных изменений, совершившихся в определенном порядке.
Чтобы представить ее обратимость, надо допустить возможность вмешательства причин точно противоположных причинам, вызвавшим и закрепившим индивидуальные изменения, из которых получилась первоначальная серия трансформации и притом принять, что эти причины действовали в абсолютно точной обратной последовательности. Такой ход явлений совершенно немыслим. Организмы, возвращаясь в процессе эволюции в среду обитания далеких предков, не могут стать абсолютно похожими на них. Так, вторично приспособившиеся к жизни в воде ихтиозавры не стали вновь рыбами, а сохранили черты строения пресмыкающихся, а киты -- млекопитающих. В эволюции органического мира преобладает дивергенция -- расхождение признаков и свойств у первоначально близких групп организмов, углубление различий между ними. Наблюдаются, однако, также и процессы, идущие как бы в противоположном направлении. Имеется ввиду конвергенция -- развитие у форм двух или многих различных групп таких черт сходства, которых не было у близких предков этих форм и которые вырабатываются в результате приспособления к сходным условиям существования. Явления конвергенции широко распространены как у растений, так и у животных, обитающих в одних и тех же экологических областях, например, в пустынях. Это явление нельзя отождествлять с параллелизмом в филогенетическом развитии, при котором представители двух или многих групп, связанных одна с другой более или менее близким родством, дают начало рядам форм, развивающимся параллельно или сходно в зависимости от сходных условий существования.
Дарвинистское эволюционное учение исходит из монофилитического понимания филогенеза.
Согласно идее монофилии, каждый вид, каждый род и т.д. происходит из одного корня: вид от одного вида, ранее существовавшего, и притом от популяций, живших участке всего ареала обитания данного вида. Полифилетическая гипотеза должна быть признана опровергнутой всем развитием биологической науки.
В течение исторического развития живой природы изменялись не только формы жизни, организмы, но и сами законы эволюции. Для ученых-биологов 50-х годов это суждение было непреложной истиной. Условия и причины возникновения жизни, а также условия и причины развития ее доклеточных форм существенно отличались от условий и причин эволюционного развития после возникновения клеток. И в дальнейшем закономерности и факторы эволюционного развития также изменялись. Для лучшей характеристики существовавших в 50-е годы 20 в. взглядов на происхождение и развитие жизни на Земле представляет интерес статья академика А.И. Опарина (БСЭ т. 34, изд. 1955) -- автора теории абиогенеза. Забегая вперед, следует сказать, что абиогенез и сейчас (в начале 3-го тысячелетия) является исходной гипотезой современной теории происхождения жизни, возникновения живого из неживого. В своей статье Опарин указывал, что "большой фактический материал, которым располагает естествознание в области астрономии, химии. Геологии и биологии, позволяет конкретно представить путь развития материи, приведший к возникновению жизни на Земле". "Уже при самом формировании Земли из газопылевой материи в ее состав вошли вода, аммиак и углеводороды, т.е. все то, что необходимо для образования простейших органических веществ. Дальнейшие превращения этих веществ в первичной земной атмосфере и гидросфере составляют второй этап на пути к возникновению жизни". Процесс возникновения жизни на Земле А.И. Опарин представляет себе следующим образом. Углеводороды и их простейшие кислородные и азотистые производные, возникшие на поверхности Земли, находясь в водном растворе -- в первичной земной гидросфере -- должны были претерпевать полимеризацию и конденсацию и таким путем превращаться в разнообразные сложные органические соединения, подобные тем, которые сейчас имеются в телах животных и растений. В этой смеси органических веществ должны были возникнуть и аминокислоты. Как пишет Опарин "возможность их полимеризации в белковоподобные молекулы, в указанных выше условиях водного раствора, до последнего времени встречала серьезные возражения, основанные на том, что для этого процесса необходимы затраты значительного количества энергии. Сейчас эти затруднения преодолены и теоретически и экспериментально, в частности, на примере синтеза белковоподобных веществ под давлением. Таким образом, пути первичного возникновения белков, как высокомолекулярных полимеров аминокислот, нам более или менее ясны, но это еще не решает вопроса о возникновении живого вещества -- белковых тел, обладающих обменом веществ, т.е. таким закономерным порядком химических превращений, который направлен к постоянному самообновлению и самосохранению всей живой системы в целом в тесном взаимодействии с условиями окружающей среды. Это первичное возникновение простейших форм жизни представляет собой третий этап на пути развития материи". На третьем этапе решающим фактором (как считал Опарин) явилось взаимодействие белковых тел с внешней средой. Ибо характерная для всего живого внутренняя приспособленность организации к осуществлению жизненных функций ("целесообразность") могла возникнуть только на основе такого взаимодействия. По наблюдениям Опарина при смешивании растворов различных белков или белковоподобных веществ их молекулы легко объединяются между собой в целые молекулярные рои, комплексы или агрегаты, которые, достигнув определенной величины, выделяются из раствора в форме видимых под микроскопом образований, в виде т.н. коацерватных капель. Опарин считал, что такого же рода комплексные белковые тела должны были возникать и в первичной земной гидросфере на определенной стадии ее развития "Это возникновение белковых коацерватных капель явилось важным этапом на пути становления жизни. До этого момента органические вещества были равномерно распределены, растворены в водах земной гидросферы, неразрывно слиты со своей средой. При образовании коацерватов молекулы разнообразных белков объединялись в капли -- индивидуальные комплексы, отделенные от окружающей среды определенно выраженной поверхностью. Только на основе такого выделения и могло создаться необходимое взаимодействие между белковой системой и окружающей ее средой -- взаимодействие, приведшее к возникновению жизни... Если это взаимодействие обусловливает перевес скорости синтеза над скоростью распада, капля приобретает характер динамически устойчивой системы... Достигнув определенной величины, капля при известных условиях может разделяться на "дочерние" капли. Напротив, при преобладании скорости процессов распада капля оказывается динамически неустойчивой... Рано или поздно она обязательно исчезает, распадается даже при условии практического постоянства внешней среды". Далее Опарин объясняет, что в первичной земной гидросфере, где образующиеся при смешивании белков коацерватные капли плавали не просто в воде, а в растворе разнообразных органических и неорганических веществ, они (капли) поглощали эти вещества и за их счет могли расти. Однако это осуществлялось лишь в отношении тех капель, индивидуальная организация которых обуславливала их динамическую устойчивость в данных условиях внешней среды. Только такие коацерватные капли могли длительно существовать, расти и разделяться на "дочерние" образования. Те же капли, в которых при данных условиях внешней среды химические изменения были направлены главным образом в сторону распада, были обречены тем самым на быстрое исчезновение, и поэтому такого рода формы организации уже не могли играть существенной роли в дальнейшем развитии белковых тел. "Так, -- пишет Опарин, -- в самом процессе становления жизни возникла новая закономерность, которая может быть охарактеризована как "естественный отбор" индивидуальных белковых комплексов.
Под строгим контролем этого отбора шла вся дальнейшая эволюция белковых коацерватов. Именно поэтому в них создавалась та взаимосогласованность явлений, та приспособленность внутреннего строения к выполнению жизненных функций в данных условиях внешней среды, которая характерна для организации всех живых существ. Сравнительное изучение обмена веществ у современных примитивных организмов показывает, как на изложенной основе постепенно складывался высокоорганизованный порядок явлений, который присущ всем живым существам и может быть охарактеризован как особая форма движения материи. Так, на определенной стадии развития материи возникла жизнь на Земле"... В конце своей публикации Опарин указывает, что "на Земле с возникновением жизни создались новые формы, новые чрезвычайно совершенные методы превращения неживого в живое. Сейчас уже это превращение совершается не прежними извилистыми и медленными путями, требующими для своего осуществления многих миллионов лет, а быстро, у нас на глазах, на основе совершенного обмена веществ живых организмов. Таким образом, в процессе фотосинтеза и хомосинтеза создаются сейчас органические вещества, которые, поступая с пищей из внешней среды в организмы, претворяются в белки живого вещества. Поэтому мы всюду наблюдаем, что живое возникает сейчас из безжизненного только через посредство через посредство живого, и нам не удается нигде в природе обнаружить первичного зарождения жизни. Но несомненно, что детальное изучение той формы движения материи, которую мы называем жизнью, в частности, изучение обмена веществ современных организмов, позволит искусственно воспроизвести эту форму движения, синтезировать жизнь". Одним из основных свойств живых существ является размножение -- воспроизведение организмом новых особей. Можно сказать, что размножение служит для поддержания и увеличения численности вида. Различают половое размножение, при котором новый организм развивается из женской половой клетки, обычно после слияния ее с мужской половой клеткой (оплодотворение) и бесполое размножение, при котором от тела организма отделяется больший или меньший участок с последующим развитием из него нового организма. Имеются две формы бесполого размножения: вегетативное -- когда из части, отделившейся от материнского организма, развивается новый организм, и собственно бесполое размножение (или спорообразование), при котором образуются специальные клетки -- споры, дающие начало новому организму.
Оплодотворению у животных предшествует осеменение, заключающееся в сближении сперматозоида с яйцеклеткой. В результате оплодотворения образуется единая клетка -- зигота, из которой в дальнейшем развивается новый организм. При оплодотворении происходит мейозное деление клеток, когда ядро яйцеклетки с уменьшенным вдвое набором хромосом сливается с ядром сперматозоида, благодаря чему восстанавливается диплоидный набор хромосом (две хромосомы), характерный для всех клеток тела. О хромосомах следует сказать, что они являются основными структурными элементами клеточного ядра. Наиболее отчетливо они наблюдаются во время непрямого деления клеток (митоза), когда они имеют вид компактных, интенсивно окрашивающихся (основными красителями) тел. Основу строения хромосом составляют нуклеопротеидные нити, содержащие дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и обладающие способностью скручиваться в спираль (в период митоза) и раскручиваться в покоящемся ядре. Половые клетки содержат одинарный (гаплоидный) набор хромосом, все остальные клетки тела -- двойной (диплоидный). При оплодотворении сливаются не только ядро яйцеклетки с ядром сперматозоида, но и цитоплазмы сперматозоида и яйцеклетки. В отличие от мейоза, при котором происходит редукция числа хромосом, при митозе (кариокинез) происходит перестройка всей клетки в целом. Митоз делится на 4-е фазы, во время которых в ядре происходит образование хромосом из ядерного вещества, их перемещение в цитоплазме и формирование двух новых ядер. Затем цитоплазма делится (перетяжкой) и образуются две клетки. Как подчеркивают биологи, готовившие справочный материал для "Энциклопедического словаря" т.2 изд.1954, "хромосомы во время кариокинеза образуются заново вопреки утверждениям вейсманистов-морганистов о постоянстве и неизменности хромосом как зачатков носителей наследственности. Форма и число хромосом могут меняться, если изменять условия, при которых происходит кариокинез". Биологи уверены, что в процессе исторического развития организмов бесполое размножение возникло раньше полового. У высокоорганизованных животных половое размножение стало единственным, в то время как у растений даже на самых высоких ступенях их развития, например, у цветковых, наряду с половым сохраняется и бесполое размножение. При половом размножении обеспечивается большая пластичность потомства, поскольку при половом процессе объединяются клетки организмов, обладающих в той или иной мере различной наследственностью. Для всех типов животного мира характерно половое размножение, но во многих типах, наряду с ним, имеется и бесполое размножение. У ряда животных наблюдается чередование поколений, при котором поколение, размножающееся половым путем, либо сменяется поколением, размножающимся бесполым путем, либо чередуются поколения, размножающиеся половым путем (раздельнополое и гермафродитное; из оплодотворенных и неоплодотворенных яиц; различные по строению). Интенсивность размножения различна у представителей разных видов. При этом обычно (в пределах класса), чем больше продолжительность жизни животного, тем меньше количество детенышей рождается одновременно. У представителей различных типов животных встречаются разные формы полового и бесполого размножения. У простейших наблюдаются: равномерное деление; неравномерное деление и почкование; множественное деление -- разделение ядра на несколько ядер с последующим делением клетки на значительное количество дочерних клеток.
У одних простейших наблюдается только бесполое размножение (например, многие жгутиковые), у других -- только половое (большинство грегарин), у остальных -- чередование бесполого и полового размножения. Многоклеточные животные размножаются бесполым (представители многих классов беспозвоночных и низших хордовых) и половым (представители всех классов) путем. Среди них имеются гермафродитные и раздельнополые формы. У позвоночных обычна раздельнополость (гермафродизм наблюдается лишь у немногих форм -- некоторые костистые рыбы). Особенно интенсивно размножение у рыб (количество откладываемых икринок составляет у луна-рыбы до 300 млн., у трески -- около 10 млн.) У многих рыб наблюдается яйцеживорождение. У пресмыкающихся в процессе размножения имеется ряд приспособлений к наземному образу жизни. Таковы особенности строения яйца -- более крупного, с большими запасами питательных веществ и воды, окруженного плотными, но обеспечивающими возможность газообмена оболочками. У некоторых видов, особенно северных, наблюдается яйцеживорождение и живорождение. Размножение птиц связано с рядом прогрессивных особенностей: оплодотворенные яйца откладываются обычно в специальные сооружения -- гнезда; развитие зародышей в яйцах происходит под влиянием тепла, сообщенного им теплом родителей; птенцы, выведшиеся из яиц, обычно защищаются родителями от врагов, а также выкармливаются ими. Сохранность потомства у птиц, поэтому несравненно большая, чем у других животных. Для млекопитающих животных характерно живорождение, устройство различных видов гнезд и логовищ для деторождения, вскармливание детенышей молоком и продолжительная забота о них. Млекопитающих животных можно разбить на 4-е группы: 1) откладывающие оплодотворенные яйца и вынашивающие их в гнезде (утконос); 2) откладывающие оплодотворенные яйца и вынашивающие их в кожистой сумке на брюхе самки (ехидна); 3) рождающие недоношенных детенышей, которые развиваются первоначально в матке, не имеющей плаценты, а затем донашиваются в сумке на брюхе матери (сумчатые); 4) рождающие хорошо развитых детенышей, которые развиваются в матке и связаны с ней плацентой (высшие, или плацентарные, млекопитающие). В процессе исторического развития животных способность к бесполому размножению постепенно уменьшалась. Имел место переход от наружного оплодотворения к внутреннему, как более прогрессивному, сберегающему большее количество половых клеток.
Наблюдается переход от гермафродитизма к однополости. У растений, как и у животных, имеются обе формы размножения: бесполое и половое. Среди многообразия способов бесполого размножения можно выделить вегетативное и собственно бесполое или спорообразование. Вегетативное размножение осуществляется путем развития новых особей или непосредственно из вегетативных органов или их частей, или из особых образований, возникающих на вегетативных частях растений (стеблях, корнях или листьях) и специально предназначенных для вегетативного размножения. Способы вегетативного размножения у низших растений разнообразны. У одноклеточных форм оно выражается в делении клетки на две, у многоклеточных -- в распадении их тела (таллома) на отдельные участки или в отделении от слоевища частей, специально предназначенных для этой цели. Кроме того, имеет значение также случайное отрывание от их вегетативного тела участков, способных к регенерации (т.е. восстановление утраченных органов или их частей и к развитию новых растений из отдельных участков их тела (например, у грибов -- участков грибницы)). Одним из видов вегетативного размножения является почкование, свойственное, например, дрожжам. Вегетативное размножение имеет значение особенно для тех низших растений, которые не образуют спор бесполого размножения (бактерии и ряд водорослей). У высших растений вегетативное размножение распространено очень широко и способы его разнообразны.
В основе его лежит способность к регенерации. Вегетативное размножение играет очень большую роль в природе, в особенности в том случае, если половое размножение подавлено или почему-либо невозможно. Человек в своей практической деятельности широко использует способность растений к вегетативному размножению, и многие культурные растения размножаются почти исключительно вегетативным путем. У мхов, папоротников, хвощей вегетативное размножение осуществляется различными способами (образование выводковых почек, разделение слоевища или кустика -- у мхов, образование ветвящихся корневищ -- у папоротников и хвощей и т.д.). Многообразные способы вегетативного размножения у покрытосеменных растений можно разделить на группы: 1) размножение при помощи специальных органов -- а) клубней (картофель, земляная груша); б) луковиц (лук, чеснок, лилия и др.); в) плетей (земляника, ползучий лютик и т.д.); г) зимующих почек у многих водных растений; д) укороченных зачаточных побегов (у мятлика и др.). 2) размножение неспециализированными органами или частями их, вначале не отделенными от материнского растения (деление куста, размножение корневищами, отводками, черенками прививкой и т.д.) У голосеменных почти нет специальных приспособлений к вегетативному размножению.
Лишь немногие из них можно размножить черенками (туя, тисс, сосна). Собственно бесполое размножение осуществляется при помощи развивающихся в спорангиях спор: подвижных -- у большинства водорослей и некоторых грибов, или неподвижных -- у высших (кроме семенных), а также у многих низших растений. Собственно бесполое размножение (спорообразование) у высших растений (кроме семенных) является обязательной фазой их жизненного цикла, правильно чередуясь с половым размножением. Половое размножение имеется у большинства растений. Оно отсутствует у бактерий, сине-зеленых водорослей, многих несовершенных грибов, некоторых лишайников. У низших растений половое размножение выражено крайне разнообразно. В результате полового процесса у них образуется зигота, которая или переходит в состояние покоя или немедленно прорастает, дает либо диплоидный вегетативный таллом, либо споры полового размножения. У сумчатых и базидиальных грибов типичной зиготы не образуется, половой процесс у них весьма своеобразен. У голосеменных и покрытосеменных растений в результате полового размножения образуются семена, развивающиеся из семяпочек (на особых видоизмененных листьях -- у голосеменных; внутри завязи цветка -- у покрытосеменных). У покрытосеменных растений внутри семяпочки образуются четыре мегаспоры. Три из них обычно отмирают, а оставшаяся дает зародышевый мешок. Одна из его клеток -- яйцеклетка -- после оплодотворения развивается в зародыш растения. Из семяпочки образуется семя, а вся завязь превращается в плод.
При коренных нарушениях обмена, при его декомпенсации наступает смерть организма -- прекращение его жизнедеятельности, разложение белковых тел. По разумению биологов М.И. Авдеева и Н.А. Ильина, смерть можно понять только на основе материалистического объяснения сущности жизни организма. В основе диалектико-материалистического представления о смерти лежит мысль, высказанная Ф. Энгельсом: "Уже и теперь не считают научной ту физиологию, которая не рассматривает смерть как существенный момент жизни..., которая не понимает, что отрицание жизни, по существу, содержится в самой жизни, так что жизнь всегда мыслится в соотношении со своим необходимым результатом, заключающимся в ней постоянно в зародыше, -- смертью". Иногда выделяют понятие "частичная смерть", т.е. смерть группы клеток, части или целого органа (некроз, некробиоз). По существу, явления разрушения в организме -- составные части любого нормального процесса жизнедеятельности, на что указывали еще И.М. Сеченов и И.П. Павлов. Проявления смерти менялись по мере усложнения организации живых существ. У простейших (одноклеточных) организмов гибель особи проявляется в форме деления, поскольку оно связано с прекращением существования данной особи и возникновением вместо нее двух новых. Наблюдения над размножением простейших дали повод А. Вейсману (1834 -- 1914) выдвинуть идеалистическую теорию о "потенциальном бессмертии" простейших. Согласно этой теории смерть свойственна лишь многоклеточным организмам, в то время как простейшие бессмертны, т.к. у них смерть в виде образования трупа не происходит. Эта теория, по существу, представляет собой один из вариантов идеалистической теории вечности жизни. По сравнению со смертью у простейших, смерть у многоклеточных, сопровождаемая образованием трупа, носит более сложный характер. В зависимости от причин, обусловливающих наступление смерти, у высших животных и у человека различают: 1) смерть физиологическую или естественную, наступившую в результате физиологического (естественного) старения; 2) смерть преждевременную (которую иногда называют патологической). В индивидуальном развитии животных после периода зрелости происходит угасание жизненных функций организма -- наступает старение (последовательное приближение старости). Старение -- закономерно наступающий процесс, следствие непрерывных биологических изменений, составляющих процесс жизни. Известны около 200 гипотез биологической сущности старения. При всем их разнообразии они могут быть распределены на следующие группы: 1) старение -- результат "изнашивания" организма (немецкий ученый О. Любарш), "израсходования" запасов ферментов (немецкий ученый О. Бюгли) или "исчерпания" особых "ядерных" веществ (американский ученый Ж. Леб).
Эти гипотезы опровергаются фактом беспрерывного самообновления белковых тел; 2) старение -- результат отравления организма ядами, которые или образуются как продукт жизнедеятельности кишечных бактерий (И.И. Мечников), или проникают в каждую клетку извне -- из внешней среды или из других частей того же организма (американские ученые Ч. Чайлд, Т. Монтгомери). В этих гипотезах биологическая сущность старения сводится только к частному случаю отравления организма; 3) старение -- результат последовательного падения основных жизненных функций, замедления обмена веществ (немецкий ученый М. Рубнер), уменьшения восприятия пищи и кислорода при неблагоприятном изменении соотношения объема и поверхности живых структур в организме (английский ученый Г. Спенсер), постепенной утраты способности живого вещества к самообновлению (советский ученый А.Г. Нагорный); 4) старение -- результат обратного развития (инволюции) отдельных тканей или органов: семенников или яичников (австрийский ученый Э. Штейнах), щитовидной железы (французский ученый А. Лоран), гипофиза (английский ученый А. Китс), соединительной ткани (советский ученый А. Богомолец) и др. В этих гипотезах сущность старения сведена к частным физиологическим и морфологическим изменениям; 5) старение -- результат возрастного изменения коллоидного состояния живого вещества (чешский ученый В. Ружичка). В коллоидах, к которым принадлежит и живой белок, со временем происходит слипание и укрупнение частиц, что приводит к уменьшению их суммарной поверхности и их способности удерживать воду, причем происходит переход в более устойчивые, плотные, выпадающие в осадок соединения.
Эти изменения протоплазмы влекут за собой прогрессирующее замедление всех биохимических и биофизических реакций, т.е. -- старение. Этим же объясняется и задержка в тканях некоторых веществ, переходящих из подвижных в слаборастворимые, относительно более инертные соединения. Например, возрастные изменения кальция, холестерина в стенках кровеносных сосудов; отложения пигментов, особенно в нервных элементах. Объясняя ряд явлений старения, эта гипотеза все же существенные недостатки: в ней не учитывается, что в живом организме белковые тела беспрерывно разлагаются и беспрерывно образуются заново, а не представляют собой одни и те же неизменные порции коллоидных "растворов"; 6) старение -- результат первичного дегенерирования и последовательного уменьшения количества нервных клеток в ЦНС (русский ученый А.С. Догель) Эти гипотезы, связывающие старение органов с изменениями нервной системы не выясняют сущности старения самих нервных клеток. В то же время следует отметить, что у животных с недостаточно централизованной нервной системой наблюдаются возрастные изменения, которые можно трактовать как старение; у более высокоорганизованных беспозвоночных наблюдается все большее развитие ЦНС и соответственно повышение ее роли в старении; роль дегенеративных возрастных изменений нервной системы весьма велика в процессе старения позвоночных животных; при старении меняется внутреннее строение и количество нервных клеток у млекопитающих. И.И. Мечников указал на необходимость различать "преждевременное" или "патологическое" старение и "естественное" или "физиологическое" старение.
Он опровергал взгляд на старость как на болезнь, ибо она может и не быть обременена заболеваниями. При физиологическом старении в организме млекопитающих наблюдается последовательное понижение интенсивности обмена веществ, а также атрофические изменения, постепенно и равномерно развивающиеся во всех системах органов и приводящие к понижению функциональных и реактивных способностей; однако, наряду с этим, происходит приспособление организма к этим изменениям. Физиологическое старение, не обремененное заболеваниями, является одним из условий долголетия. Возрастные изменения обмена веществ выражаются в изменениях, как основного, так и специальных видов обмена (водного, минерального, жиролипоидного, углеводного, белкового). Очень важными являются изменения обмена липоидов, в частности, холестерина. Как показали опыты на кроликах, овцах и др. животных, при длительной (месяцы или годы) пищевой перегрузке животными жирами и другими продуктами питания, содержащими большое количество холестерина (яичные желтки, мозги и др.) возникает атеросклероз, т.е. происходит отложение жироподобных веществ на внутренней оболочке стенки кровеносных сосудов. Однако, известно, что примерно у каждого из десяти человек 70-80 летнего возраста, хотя в их артериях и имеются известные возрастные изменения, атеросклероз не обнаруживается. Изменения обмена веществ и реактивности организма при старении сопровождается изменениями в эндокринной системе человека, которая не просто регрессирует, но и приобретает особый, типичный для старости характер деятельности, приспосабливаясь к новому периоду индивидуального развития организма. Подобные приспособления происходят и в нервной системе. Несмотря на уменьшение веса головного мозга, гибель нервных клеток, накопление инертных веществ и т.д. ЦНС сохраняет возможность не только приспособляться самой, но и приспособлять весь организм к новым условиям. Даже при явных признаках телесного одряхления организма нервная система может сохранять и совершенствовать функциональную способность к активной деятельности. По мнению биологов 50-х годов, сроком наступления старости у человека условно считается возраст 65-74 года (ранний период старости) и 75 лет и выше -- старость в собственном смысле слова. Ряд болезненных изменений, наблюдаемый у людей 60-70 летнего возраста (артериосклероз, повышение кровяного давления, эмфизема легких, подагра и др.), не являются собственно признаками старения, а представляют собой заболевания или являются их результатом. "Патологическое старение, -- считает Н.А. Ильин, -- обусловливается, прежде всего, социальными факторами". И дальше, в полном соответствии с инструкциями отдела агитации и пропаганды ЦК КПСС. Продолжает: "...В капиталистическом обществе социально-экономические условия препятствуют сохранению здоровья трудящихся. Только в социалистическом обществе, в котором уничтожена эксплуатация человека человеком, непрерывно повышается материальное благосостояние трудящихся, созданы условия для широкого оздоровления народа, уничтожения социальных болезней, развития физической культуры. Право на труд, уничтожение безработицы, условия для безграничного творчества являются важнейшими факторами, устраняющими возможность патологической старости и способствующими продлению жизни человека". Характеризуя старение растений, Н.И. Дубовицкая и А.Н. Кренке отмечают, что "старение растений -- закономерные возрастные изменения в состоянии растений, приводящие к их ослаблению, а затем и к смерти. Старение растений происходит непрерывно, хотя и неравномерно как в растительном организме в целом, так и в отдельных его органах. Растения, как и животные, претерпевают морфологические, физиологические и биохимические изменения в течение всего индивидуального развития. С возрастом уменьшается содержание воды в клетках, снижается интенсивность дыхания и фотосинтеза; ферменты становятся менее активными, процессы распада белка начинают преобладать над его синтезом; накапливаются нерастворимые соединения; увеличивается количество минеральных веществ; понижается способность к регенерации и сопротивляемость организма к неблагоприятным внешним условиям". Далее указанные авторы отмечают, что с возрастом у растений процессы омоложения, протекающие наряду со старением и в неразрывной связи с ним и сопровождающиеся новообразованием веществ и структур, начинают замедляться, а процессы старения усиливаются. Растение одновременно состоит из разных по возрасту частей и органов. Старость и смерть наступают у всех растений, но процессы старения у разных видов могут протекать неодинаково. Различна и продолжительность жизни разных видов растений, являющаяся, с одной стороны эволюционно сложившимся признаком, с другой -- могущим широко смещаться внешними условиями. Дубовицкая и Кренке считают ошибочным взгляд о потенциальном бессмертии одноклеточных растительных организмов и способности многоклеточных многолетних растений к неограниченному размножению: "Процессы омоложения, происходящие при вегетативном размножении, могут лишь несколько задержать старение, но, в конце концов, и при длительном вегетативном размножении наступает старение и смерть растений" Как указывалось выше, в результате физиологического (естественного) старения наступает физиологическая смерть. Она происходит в результате длительного, последовательно развивающегося угасания основных жизненных отправлений организма (смерть от старческого одряхления). Паталого-анатомические исследования трупов глубоких стариков часто не обнаруживают в органах таких изменений, которые можно было бы признать за непосредственную причину смерти. Взгляды на причины наступления смерти в результате старения весьма различны.
Смерть преждевременная (патологическая) вызывается болезненными состояниями организма, поражениями жизненно важных органов (например, мозга, сердца, легких, печени).
При ряде заболеваний причиной смерти может быть поражение сердечной мышцы под влиянием различных токсинов, образующихся в организме во время той или иной болезни или в результате хронического отравления организма алкоголем, никотином и др. В ряде случаев смерть наступает вследствие паралича здорового сердца в связи с поражением дыхательного и сосудодвигательного центров продолговатого мозга (например, кровоизлияние и др.). Смерть насильственная может явиться следствием несчастного случая, самоубийства, убийства. Преждевременная смерть может быть "скоропостижной" -- наступать в течение нескольких минут или даже секунд в результате очень быстрого развития патологического состояния. Смерть теплокровных животных и человека связана с прекращением основных жизненных функций организма, прежде всего дыхания и кровообращения. Следует различать два основных этапа смерти: т.н. клиническую смерть и, следующую за ней, т.н. биологическую или истинную смерть. Во время клинической смерти дыхание и сердечная деятельность прекращаются, но ткани еще не подвергаются распаду и, в известной степени, сохраняют жизнеспособность.
В этот период оказывается еще возможным путем применения определенных терапевтических методов восстановить основные жизненные функции организма и вернуть его к жизни. Вопросу оживления посвящен ряд публикаций патриарха отечественной реаниматологии В.А. Неговского. Он отмечает, что все попытки оживления организма до 18-го века носили чисто эмпирический характер, т.к. в науке того времени господствовало ошибочное представление о то, что понимание сущности смерти лежит за пределами познания. Крупным этапом на пути изучения проблемы оживления организма явились исследования, касающиеся пересаживания и оживления различных тканей и органов, извлеченных из трупов животных и людей. В 1902 г. русский ученый А.А. Кулябко впервые в мире оживил сердце, вынутое из трупа человека в 1913 г. Ф.А. Андреев показал, что, если только что убитому животному ввести в сонную артерию по направлению к центру (центрипетально) заменяющий кровь солевой раствор вместе с адреналином и глюкозой, то сердце вновь начинает работать. Это приводит к восстановлению кровообращения и, в ряде случаев, к оживлению всего организма. В 20-х годах 20-го века Чечулиным и Брюхоненко проводились работы с оживлением изолированной головы собаки. Петровым И.Р. (1928) и В.А. Неговским (1938) было установлено, что с момента прекращения сердечной деятельности и дыхания наступает особый этап умирания организма, качественно отличный от предшествующего ему агонального периода и названного этапом клинической или относительной смерти. В это время организм нельзя считать мертвым, т.к. все ткани и органы, в том числе и кора больших полушарий головного мозга, еще способны ожить, если будут применены соответствующие воздействия. Такое состояние продолжается у человека не более 5-7 минут, после чего наступает биологическая смерть, во время которой уже нельзя достигнуть оживления организма, т.к. в коре мозга в этот период развиваются необратимые изменения. Естественно, что терапевтические мероприятия, направленные на восстановление жизненных функций организма, должны начинаться как можно раньше, еще в предагональном или агональном периодах. В комплексной методике оживления организма принцип артериального центрипетального нагнетания питательной жидкостью, предложенный Ф.А. Андреевым, получил свое дальнейшее развитие. Для оживления организма стали применять нагнетание в артерии предохраненной от свертывания крови. Наряду с артериальным нагнетанием крови (в лучевую или плечевую артерии) столь же существенным мероприятием является искусственное дыхание, проводимое, главным образом, с помощью аппаратов, обеспечивающих вдувание воздуха в легкие под определенным, строго дозированным давлением. Советскими учеными был открыт ряд закономерностей, касающихся процессов умирания и оживления организма. Установлено, что в процессе умирания организма раньше всего угасают важнейшие для его полноценной жизнедеятельности функции коры мозга; последним этапом выключения центральной регуляции жизненных функций организма является прекращение деятельности продолговатого мозга, что вызывает угасание дыхания, после чего прекращает свою деятельность и сердце. В состоянии агонии и клинической смерти резко меняется характер обменных процессов организма: мозг, а в меньшей степени и другие ткани, начинают получать энергию для своего существования не за счет дыхания, а за счет бескислородного (анаэробного) использования углеводов. Такой характер обменных процессов типичен и для первых этапов оживления организма. В процессе оживления организма основным является создание условий, обеспечивающих возможность проявления рефлекторной деятельности (снабжение органов кровью) и стимуляции этой деятельности. При артериальном нагнетании крови происходит восстановление кровоснабжения сердца и раздражение нервных окончаний сердечно-сосудистой системы, вызывающее рефлекторное восстановление деятельности сердца. Восстановление кровообращения обеспечивает кровоснабжение продолговатого мозга. Искусственное дыхание сопровождается раздражением нервных окончаний в легких, что вызывает стимуляцию дыхательного центра продолговатого мозга и приводит к восстановлению самостоятельного дыхания. С момента восстановления функций продолговатого мозга возникают центральные импульсы, обеспечивающие более совершенную и стойкую работу ожившего сердца. В дальнейшем начинают восстанавливаться функции как спинного мозга, так и высших отделов головного мозга (коры больших полушарий). Оживленная кора мозга обеспечивает более быструю и совершенную компенсацию нарушенных физиологических функций и определяет, таким образом, окончательный исход оживления. При недостаточно активном или поздно начатом (например, через 10-12 мин. после прекращения работы сердца) оживлении организма у оживших людей наблюдались тяжелые и стойкие нарушения высшей нервной деятельности. Эти люди в скором времени погибали. При своевременном и правильном проведении оживления организма никаких серьезных и стойких расстройств деятельности ЦНС не наступает.
В настоящее время за рубежом для оживления организма все чаще применяют методы артериального нагнетания крови, разработанные нашими отечественными учеными. К 1952 г. в советской медицинской литературе опубликовано свыше 800 случаев оживления людей, из них в 30-ти случаях больные находились в состоянии клинической смерти. Естественно, что если смерть наступила в силу какой-то тяжелой болезни, которая привела к необратимому разрушению жизненно важных органов и тканей, то оживление организма становится невозможным. Оживление организма возможно лишь в том случае, когда погибает жизнеспособный организм, например, в результате травмы, кровопотери, асфиксии (удушья) и т.п. В.А. Неговский, М.И. Авдеев и Н.А. Ильин обращают внимание на перспективность работ по применению искусственного охлаждения (гипотермия) с целью удлинения срока клинической смерти. При этом удается оживить животных даже через час после наступления состояния клинической смерти. Последнее опять-таки справедливо в том случае, если смерть не наступила в силу какой-либо тяжелой болезни с разрушением жизненно важных органов.
В своих публикациях биологи 50-х годов обходят вопросы космической биологии и медицины. Автор настоящей книги считает себя обязанным напомнить об исторической победе Жизни, отвоевавшей для себя безжизненное околоземное космическое пространство. К сожалению, автор не располагает материалами о работах П.И. Разенкова, Э.Б. Курляндской и др. на поприще космической биологии и медицины. В то время эти материалы были засекречены. Следует подчеркнуть, что советским ученым-биологам удалось выполнить историческую задачу -- совместно с многочисленной армией ученых, инженеров, рабочих и т.д. других специальностей обеспечить выход человека в Космос, его пребывание в безвоздушном пространстве, жизнеобеспечение воздушных кораблей и космических станций. Подготовка к космическим полетам человека потребовала осуществление разработок биологических и медицинских требований к системам обеспечения жизнедеятельности и управления космическими аппаратами, профессионального отбора и подготовки космонавтов, обучение методам профилактики и лечения заболеваний, обусловленных космическим полетом. В 50-е годы началось бурное развитие космической биологии, систематическое изучение жизнедеятельности организмов в условиях космического пространства, при полетах на космических летательных аппаратах.
Раздел 3
Битвы в пути
В истории советского государства 60-е годы 20-го века прошли под знаком "хрущевской оттепели"; в 70-е годы пришел "брежневский развитой социализм" с "застоем", "стагнацией", "психушками" для неблагонадежных и выдворением за рубеж инакомыслящих; 80-е годы -- время масштабных внутриполитических и экономических экспериментов, различных международных акций в тщетной попытке спасти агонизирующую советскую империю. Политические изменения вносили коррективы в жизнь науки, оказывали влияние на состояние дел в отечественной биологии. Однако постоянно действующим фактором был неослабевающий пресс марксистко-ленинских догм. Несмотря на это, в 60-е -- 70-е годы произошли крупные "прорывы" на генетическом и кибернетическом фронтах. Здесь марксистско-ленинская философия потерпела чувствительные поражения. Это предопределило наступление позитивных перемен в биологической науке. Пришло время, когда советская биология, словно стряхнув с себя груз грубых ошибок и заблуждений, начала наверстывать упущенное. Выяснилось, что "идеалистическое лжеучение вейсманистов-морганистов" -- это, на самом деле, наука о законах наследственности и изменчивости организмов, а "кибернетический бред" Н. Винера -- наука о материальных системах, способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию.
В отношении понимания сущности жизни в советской биологии сложились две концепции: ортодоксальная академическая (АН СССР), полагающая за основу жизни обмен веществ организмов и другая концепция, включающая в себя синтез развитых кибернетических и биофизических представлений. Наиболее известными выразителями первой концепции были П.П. Вавилов, А.И. Опарин, О.М. Бенюмов, Б.П. Самсонов, П.Ф. Рокицкий и др. Вторую концепцию жизни (см. конец раздела 3) формулировали А.А. Ляпунов, И.С. Шкловский и др. Согласно "академическим" взглядам на жизнь, последняя является высшей формой существования материи (по сравнению с физической и химической формами), закономерно возникающей при определенных условиях в процессе развития жизни. Живые объекты, отличаются от неживых обменом веществ, способностью к размножению, росту, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения; раздражимостью, приспособляемостью к среде и т.д. Отмечается, что строго научное разграничение на живые и неживые объекты вызывает определенные трудности. Так, до сих пор нет единого мнения о том, можно ли считать живыми вирусы, которые вне клеток организма-хозяина не обладают ни одним из атрибутов живого: в вирусной частице в это время отсутствуют метаболические процессы, обеспечивающие организм веществами и энергией; сама вирусная частица не способна размножаться.
Прежде чем подробно остановиться на "признаках живого" следует отметить, что, по мнению авторов публикаций наиболее точное и емкое определение жизни дал Ф. Энгельс, определивший жизнь, как способ существования (самообновления) белковых тел. Под белком подразумевалась протоплазма. Все известные ныне объекты, обладающие атрибутами живого, имеют в своем составе два основных типа биополимеров: белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Белки представляют собой высокомолекулярные природные органические вещества, которые играют фундаментальную роль в структуре и жизнедеятельности организмов (обмен веществ и энергетические превращения, связанные с реализацией биологических функций). Белки построены из остатков 20-ти аминокислот -- органических соединений, обладающих свойствами и кислот и оснований, участвующих в обмене азотистых веществ всех организмов. Порядок их включения в белки определяется генетическим кодом. Белки входят в состав сложных клеточных структур -- органелл. Хотя в состав последних входят также углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды, неорганические компоненты, -- белки особенно важны как основные структурообразователи, играющие ведущую роль в выполнении физиологических функций (например, способствуют переносу в клетку из клетки молекул и ионов, реализации электрической поляризации, необходимой для процесса возбуждения -- сокращения мышечного волокна, выделения секрета железистыми клетками, передачи информации по периферическим нервам в нервные центры и от них к мышцам и железам и т.д., и т.п.). Различают простые белки (протеины) и сложные (протеиды), содержащие кроме аминокислот еще небелковый компонент. В организме человека свыше 10 млн. различных белков. Необходимость их постоянного обновления лежит в основе обмена веществ. Решающая роль в биосинтезе белков принадлежит нуклеиновым кислотам -- высокомолекулярным органическим соединениям, образованных остатками нуклеотидов (азотистые основания, углеводы, остаток фосфорной кислоты). В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновой кислоты, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты. Последовательность нуклеотидов в нуклеиновых кислотах определяет их первичную структуру. Нуклеиновые кислоты присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению и передачи генетической информации, участвуют в механизмах, при помощи которых она реализуется в процессе синтеза клеточных белков. Как указывалось выше, одним из важнейших "признаков жизни" является обмен веществ. Под обменом веществ (метаболизмом) понимается закономерный порядок превращений веществ и энергии в живых системах, направленный на их сохранение и самовоспроизведение; совокупность всех химических реакций, протекающих в организме. Все, без исключения, органы и ткани организмов находятся в состоянии непрерывного химического взаимодействия с другими органами и тканями, а также с окружающей организм внешней средой. Установлено, что интенсивный обмен веществ происходит в любой живой клетке. С пищей в организм поступают из внешней среды разнообразные вещества. В организме эти вещества подвергаются изменениям (метаболизируются), в результате чего они частично превращаются в вещества самого организма. В этом состоит процесс ассимиляции. В тесном взаимодействии с процессом ассимиляции протекает обратный процесс -- диссимиляция. Вещества живого организма не остаются неизменными, а более или менее быстро расщепляются с выделением энергии. Их замещают вновь ассимилированные соединения, а возникшие при разложении продукты распада выводятся из организма. Химические процессы, протекающие в живых клетках, характеризуются высокой степенью упорядоченности: реакции распада и синтеза определенным образом организованы во времени и пространстве, согласованы между собой и образуют целостную, тончайше отрегулированную систему, сложившуюся в результате длительной эволюции. Теснейшая связь между процессами ассимиляции и диссимиляции проявляется в том, что последняя является не только источником энергии в организмах, но также источником исходных продуктов для синтетических реакций. В основе характерного для обмена веществ порядка явлений лежит согласованность скоростей отдельных химических реакций, которая зависит от каталитического действия специфических белков -- ферментов Вещества, участвующие в обмене веществ, вступают во взаимодействие с ферментами, ускоряющими изменения веществ в совершенно определенном направлении. Каждая ферментативная реакция является отдельным звеном в цепи технических превращений, которые в совокупности составляют обмен веществ. Каталитическая активность ферментов изменяется в очень широких пределах и находится под контролем сложной и тонкой системы регуляции. При этом организму обеспечиваются оптимальные условия жизнедеятельности при меняющихся условиях внешней среды. Обмен веществ складывался при самом возникновении жизни на Земле, поэтому в его основе лежит единый для всех организмов нашей планеты биохимический план.
Однако в процессе развития живой материи изменения и совершенствование обмена веществ шли неодинаковыми путями у разных представителей животного и растительного мира. Поэтому организмы, принадлежащие к различным систематическим группам и стоящие на разных ступенях исторического развития, наряду с принципиальным сходством в основном порядке химических превращений, имеют существенные и характерные отличия. Эволюция живой природы сопровождалась изменениями структур и свойств биополимеров (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и т.д.), а также энергетических механизмов, систем регуляции и координации обмена веществ. Особенно значительны различия в обмене веществ у представителей разных групп организмов в начальных этапах процесса ассимиляции. Как полагают, первичные организмы использовали для питания органические вещества, возникшие абиогенным путем (т.е. из неорганических элементов и соединений). При последующем развитии жизни у некоторых из живых существ возникла способность к синтезу органических веществ. По этому признаку все организмы могут быть разделены на две группы. У группы, к которой относятся все животные, грибы и многие виды бактерий, обмен веществ основан на питании готовыми органическими веществами.
Организмы другой группы (зеленые растения и некоторые бактерии) не нуждаются в готовых органических веществах и осуществляют их первичный синтез из входящих в их состав элементов. При этом, входящие в эту группу бактерии (серобактерии, железобактерии и др.), используют энергию окисления неорганических веществ (хемосинтез). Зеленые растения образуют органические вещества за счет энергии солнечного света в процессе фотосинтеза -- основного источника органического вещества на Земле. В процессе ассимиляции следует выделить биосинтез углеводов, липидов, белков. Рассматривая вопросы, связанные с биосинтезом углеводов, следует указать, что зеленые растения образуют углеводы в процессе фотосинтеза, ассимилируя двуокись углерода (углекислый газ). Фотосинтез представляет собой цепь последовательно совершающихся окислительно-восстановительных реакций, в которых принимает участие хлорофилл -- зеленый пигмент, способный улавливать солнечную энергию. Что касается животных, грибов и большинства бактерий, то они получают углеводы в готовом виде с пищей (сахароза, крахмал и др.). В пищеварительном тракте углеводы под действием ферментов расщепляются на моносахариды, которые всасываются в кровь и разносятся ею по всем тканям организма. Углеводный обмен в организме на всех стадиях синтеза и распада углеводов осуществляется под контролем нервной системы и при участии гормонов (см. ниже).
Исходным материалом для синтеза липидов (жиров и других жироподобных веществ) являются первичные продукты фотосинтеза, хемосинтеза и образовавшиеся из них или поглощенные с пищей углеводы. Животные получают жиры с пищей. При этом жиры в пищеварительном тракте расщепляются липазами на глицерин и жирные кислоты и усваиваются организмом. Биосинтез белков также различен для разных групп организмов. У зеленых растений синтез белков начинается с усвоения неорганического азота и синтеза аминокислот. Некоторые микроорганизмы усваивают из воздуха молекулярный азот, который при этом превращается в аммиак. Высшие растения и хемосинтезирующие микроорганизмы потребляют азот в виде аммонийных солей и нитратов. Под действием соответствующих ферментов и последующих соединений с кислотами образуются аминокислоты. Группа, в которую входят животные, грибы большая часть бактерий также способна синтезировать аминокислоты из аммиачных солей и углеводов, однако животные и человек получают основную массу аминокислот с белками пищи. Как указывалось выше, аминокислоты, соединяясь друг с другом под действием соответствующих ферментов, образуют различные белки. Огромную роль жизнедеятельности организмов играет диссимиляция. Следует подчеркнуть, что источником энергии, необходимой для поддержания жизни, роста, размножения, подвижности, возбудимости и других проявлений жизнедеятельности, являются процессы окисления части тех продуктов расщепления, которые используются клетками для синтеза структурных компонентов. Наиболее древним и поэтому наиболее общим для всех организмов является процесс анаэробного расщепления органических веществ, осуществляющийся без участия кислорода. Позднее этот первоначальный механизм получения энергии живыми клетками дополнился окислением образующихся промежуточных продуктов кислородом воздуха, который появился в атмосфере Земли в результате фотосинтеза. Так возникло внутриклеточное дыхание. Основным источником запасенной в химических связях энергии у большинства организмов являются углеводы. Расщепление полисахаридов в организме начинается с их ферментативного гидролиза. Например, у растений при прорастании семян, запасенный в них крахмал гидролизуется ферментами-амилазами, а у животных поглощенный с пищей крахмал гидролизуется под действием амилаз слюны и поджелудочной железы, образуя мальтозу. Последняя потом гидролизуется с образованием глюкозы. Далее следует длинная цепочка разнообразных превращений без участия кислорода (брожение, гликолиз) и с окислением в процессе дыхания. Диссимиляция жиров также начинается с их гидролитического расщепления липазами с образованием свободных жирных кислот и глицерина. Эти вещества далее легко окисляются, давая, в конечном итоге, воду и углекислый газ. Диссимиляция белков начинается с их гидролитического расщепления протеолитическими ферментами. Образующиеся аминокислоты в дальнейшем претерпевают окислительный распад (у растений часть аминокислот используется для построения тканей развивающегося растения). У человека и животных особенно интенсивный распад аминокислот происходит в печени. Следует отметить, что одним из важнейших биохимических отличий растений от животных является почти полное отсутствие у первых азотистых отбросов. Важно подчеркнуть, что все биохимические процессы, совершающиеся в организме, тесно связаны друг с другом. В превращениях веществ в организме важное место занимают витамины, вода и различные минеральные соединения. Витамины участвуют в многочисленных ферментативных реакциях. Функции ряда витаминов (например, аскорбиновой кислоты) окончательно не выяснены. Удивительная согласованность и слаженность процесса обмена веществ в живом организме достигается путем строгой его координации, как в клетках, так и в тканях и органах за счет регуляции обмена веществ. Эта координация определяет для данного организма характер обмена веществ, сложившийся в процессе исторического развития, поддерживаемый и направляемый механизмами наследственности и взаимодействием организма с внешней средой. Учитывая значение фактора наследственности и важнейшую роль генов в регулировании обмена веществ на клеточном уровне, есть смысл подробно познакомиться с вопросами наследственности (в понимании советских биологов 70-х -- 80-х годов) и только после этого продолжить рассмотрение вопросов регуляции обмена веществ. Такое отступление, тем более важно, что в дальнейшем, при рассмотрении других вопросов, связанных с происхождением жизни, ее развитием, воспроизводством и т.д. без этих знаний трудно обходиться. Можно сказать, что наследственность -- это присущее всем организмам свойство повторять в ряду поколений одинаковые признаки и особенности развития. Оно обусловлено передачей в процессе размножения от одного поколения к другому материальных структур клетки, содержащих программы развития из них новых особей. Тем самым наследственность обеспечивает преемственность морфологической, физиологической биохимической организации живых существ, характера их индивидуального развития (онтогенеза). Как общее биологическое явление наследственность -- важнейшее условие дифференцированных форм жизни, невозможных без относительного постоянства признаков организмов, хотя она нарушается изменчивостью -- возникновением различий между организмами. Затрагивая самые разнообразные признаки на всех этапах онтогенеза организмов, наследственность проявляется в закономерностях наследования признаков, т.е. передачи их от родителей потомкам. Иногда термин "наследственность" относят к передаче от одного поколения другому инфекционных начал (т.н. "инфекционная наследственность") или навыков обучения, образования, традиций (т.н. социальная или сигнальная наследственность). Подобное расширение понятия наследственности за пределы его биологической или эволюционной сущности -- достаточно спорно. Лишь в случаях, когда инфекционные агенты способны взаимодействовать с клетками хозяина, вплоть до включения в их генетический аппарат, отделить инфекционную наследственность от нормальной -- затруднительно. Условные рефлексы не наследуются, а заново вырабатываются каждым поколением, однако роль наследственности в скорости закрепления условных рефлексов и особенностей поведения -- бесспорна. Поэтому в сигнальную наследственность входит компонент биологической наследственности. Попытки объяснения явлений наследственности, относящиеся к глубокой древности (Гиппократ, Аристотель и др.), представляют лишь исторический интерес. Только вскрытие сущности полового размножения позволило уточнить понятие наследственности и связать ее с определенными частями клетки. К середине 19 века, благодаря многочисленным опытам по гибридизации растений, накапливаются данные о закономерностях наследственности. В 1865 г. Г. Мендель в ясной математической форме обобщил результаты своих экспериментов по гибридизации. Эти обобщения легли в основу учения о наследственности -- менделизма. Можно сказать, что чешский естествоиспытатель Г. Мендель явился автором основополагающих законов генетики -- науки о законах наследственности и изменчивости организмов. Почти одновременно были сделаны попытки умозрительно понять сущность наследственности. Ч. Дарвин предложил в 1868 г. свою "временную гипотезу пангенезиса", согласно которой от всех клеток организма отделяются их зачатки -- геммулы, которые, двигаясь с током крови, оседают в половых клетках и образованиях, служащих для бесполого размножения (почки и др.). При развитии организма геммулы превращаются в клетки того же типа, из которых они образовались. В гипотезе пангенезиса объединены два неравноценных представления: о наличии в половых клетках особых частиц, определяющих последующее развитие особи; о переносе их из клеток тела в половые. Первое положение было плодотворным и привело к современным представлениям о генетике. Второе -- оказалось неверным. Наиболее детализированную и, как оказалось, во многом ошибочную теорию наследственности предложил А. Вейсман (1892 г.). Вместе с тем, содержащаяся в его теории "зародышевой плазмы" идея о роли хромосом и о линейном расположении в них элементарных единиц наследственности оказалась верной и предвосхитила хромосомную теорию наследственности. После того, как голландский ученый де Фриз, немецкий -- К. Коренс и австрийский -- Э. Чермак вторично открыли законы наследования признаков, установленные Менделем, началось бурное развитие генетики.
Был утвержден принцип дискретности в явлениях наследования и организации генетического материала, сосредоточивший главное внимание на изучении закономерностей наследования потомками признаков и свойств родительских особей. Уже в первое десятилетие развития генетики на основе объединения данных гибридологического анализа (статическая характеристика распределения отдельных признаков в популяции потомков, полученных при скрещивании особей) и цитологии (изучение поведения хромосом в процессах клеточного деления, созревания половых клеток и оплодотворения) возникла цитогенетика. Последняя обосновала хромосомная теорию наследственность и теорию гена, как материальной единицы наследственности. Под термином "ген", введенным в 1909 г. датским ученым В. Йогансеном, стали понимать наследственный задаток признака. Решающий вклад в обоснование хромосомной теории наследственности, объяснявшей явления расщепления, независимого наследования признаков в потомстве, был внесен работами американского генетика Т.Х. Моргана (1911 г.) и его многочисленных сотрудников и учеников. Хромосомная теория наследственности вскрыла внутриклеточные механизмы наследственности, дала точное и единое объяснение всех явлений наследования при половом размножении, объяснила сущность изменений наследственности, т.е. изменчивости. Крупной вехой в развитии генетики стало открытие мутагенного (т.е. изменяющего наследственность) действия рентгеновских лучей (советские ученые Надсон и Филиппов -- 1925 г.). Работы по радиационному и химическому мутагенезу (советские генетики М. Мейсель -- 1928 г.; В. Сахаров -- 1933 г.; Гершензон -- 1939 г.; И. Рапопорт -- 1943 г.) способствовали изучению тонкой структуры гена. А.С. Серебровским и его сотрудниками была экспериментально доказана делимость гена и разработана теория его строения из субъединиц. Фундаментальный вклад в разработку проблем генетики популяций внес советский генетик С. Четвериков (1926 г.), объединивший в единой концепции идеи менделизма и дарвиновской теории эволюции. Для развития экспериментальной генетики популяций много сделали советские ученые Н. Дубинин, Д. Ромашов, Н. Тимофеев-Ресовский, а также школа Ф. Добржанского (США). Наиболее полное выражение единства генетики и селекции нашло в трудах советского ученого Н.И. Вавилова. С именами Г. Карпеченко и И. Мичурина связана разработка теории отдаленной гибридизации растений. Советский ученый Н.К. Кольцов в 1927 г. и в 1935 г. выдвинул и обосновал представление о молекулярной основе наследственности (хромосомы -- как наследственные молекулы). Использование в качестве объектов генетических исследований микроорганизмов и вирусов, а также проникновение в генетику идей и методов химии, физики и математики привели в 40-х годах к возникновению молекулярной генетики. Если в 20 -- 30 е годы советская генетика занимала ведущее место в мировой науке о наследственности и изменчивости, то, начиная с 1939 года, а особенно после августовской сессии ВАСХНИЛ (1948 г.) развитие советской генетики затормозилось. Только с октября 1964 г. вновь начался период всестороннего развития советской генетики. В современной генетике выделилось много новых направлений. Интенсивно развивается направление, исследующее роль генетического аппарата в процессах индивидуального развития организма -- онтогенеза (совокупности последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом от момента его зарождения до конца жизни). Это привело к расширению контактов генетики с эмбриологией, физиологией иммунологией и т.д. Важнейшей отраслью стала генетика человека и, главным образом, такой ее раздел, как генетика медицинская. Разрабатываются генетические аспекты проблемы борьбы со злокачественными новообразованиями и преждевременным старением. В модельных генетических исследованиях широко пользуются специально созданными линиями животных и растений (дрозофил, мышей, крыс, кукурузы и др.), а также штаммами микроорганизмов, вирусов и различными клеточными культурами. Все шире привлекаются биохимические и цитохимические методы, оптическая и электронная микроскопия, спектроскопия и т.д. Говоря об основных понятиях и законах генетики, следует подчеркнуть, что современная генетика рассматривает наследственность как коренное, неотделимое от понятия жизни свойство всех организмов повторять в ряду последовательных поколений сходные типы биосинтеза и обмена веществ в целом. Это обеспечивает структурную и функциональную преемственность живых существ -- от их внутриклеточного аппарата до морфофизиологической организации на всех стадиях индивидуального развития. Наследственная изменчивость (постоянно возникающие изменения генотипической основы организмов) и наследственность поставляют материал, на основе которого естественный отбор создает многообразие форм жизни и обеспечивает поступательный ход эволюции. Одно из коренных положений современной генетики состоит в том, что наследственная информация о развитии и свойствах организмов содержится главным образом в молекулярных структурах хромосом, заключенных в ядрах всех клеток организма и передаваемых от родителей потомкам. Биохимические процессы, лежащие в основе индивидуального развития организма, осуществляются на базе поступающей из ядра информации в цитоплазматических структурах клетки. Некоторые клеточные органеллы обладают генетической автономией, т.е. содержат наследственный материал. Однако в явлениях наследственности решающая роль принадлежит ядру. Одним из фундаментальных принципов генетики является дискретность наследственных факторов, определяющих развитие признаков и свойств. Признаки родительских особей при скрещивании не уничтожаются и не смешиваются. Развиваясь у гибридных особей первого поколения либо в форме, характерной для одного из родителей, либо в промежуточной форме, они вновь проявляются в определенных соотношениях в последующих поколениях, как это было впервые показано Г. Менделем. Это явление называется расщеплением. Анализ закономерностей наследования показал, что совокупность признаков организма (фенотип) далеко не всегда соответствует комплексу его наследственных задатков (генотипу), т.к. даже на одинаковой наследственной основе признаки могут развиваться по разному под влиянием различных внешних условий.
Наследственно-обусловленные признаки могут не проявляться в силу закономерностей расщепления, либо под влиянием тех или иных факторов внешней среды. Роль генотипа и среды в формировании фенотипа может быть различна, но всегда следует учитывать генотипически обусловленную реакцию организма на влияние среды. Изменения в фенотипе не отражаются адекватно на генотипической структуре половых клеток, поэтому традиционное представление о наследовании приобретенных признаков отвергнуто, как не имеющее фактической основы и неправильное теоретически. Одна из основополагающих теорий генетики -- хромосомная теория наследственности. Краеугольное положение э
Той теории состоит в том, что за развитие определенных свойств и признаков организма ответственны строго локализованные участки -- гены, расположенные в хромосомах в линейном порядке. Ген (от греческого genos -- род, происхождение) -- элементарная единица наследственности, представляющая отрезок молекулы ДНК (у некоторых вирусов -- РНК). Что касается ДНК и РНК, то они представляют собой высокомолекулярные соединения (см. ниже).
Каждый ген определяет строение одного из белков живой клетки и тем самым участвует в формировании признака или свойства организма. Совокупность генов -- генотип -- несет генетическую информацию обо всех видовых и индивидуальных особенностях организма. Доказано, что наследственность у всех организмов на Земле (включая бактерии и вирусы) закодирована в последовательностях нуклеотидов гена (биологически активных соединениях, построенных из азотистых оснований, углевода и остатка фосфорной кислоты). Главная функция гена -- программирование синтеза ферментных и других белков, осуществляющегося при участи клеточных РНК, определяется химическим строением гена (последовательностью в них дезоксирибонуклеотидов -- элементарных звеньев ДНК). При изменении структуры гена -- мутациях (см. ниже) нарушаются определенные биохимические процессы в клетках, что ведет к усилению, ослаблению или выпадению ранее существовавших реакций или признаков. Как указано выше, гены располагаются в хромосомах. Сосредоточенные в одной хромосоме гены передаются от родителей потомкам совместно, образуя единую группу сцепления. Число групп сцепления для любого нормального организма постоянно и зависит от числа хромосом в его половых клетках. Признаки, зависящие от сцепленных (т.е. расположенных в одной хромосоме) генов, также наследуется совместно. Сцепленное наследование признаков может нарушаться в результате перекреста хромосом, ведущего к перераспределению генетического материала (рекомбинации). Чем ближе расположены друг к другу гены, тем меньше вероятность их рекомбинации. На частоту рекомбинации влияет также пол особей, их физиологическое состояние, а также внешние условия (температура и др.). Частота рекомбинации может служить мерилом расстояния между генами. На этой основе разработаны методы определения положения генов в хромосоме. Для ряда растений и животных составлены т.н. генетические карты хромосом. Доказано, что один ген может влиять не на один, а на многие признаки организма. Вместе с тем, развитие каждого признака зависит не от одного, а от многих генов. Также признано, что функция гена и его влияния на фенотип зависят от физического положения гена в генетической системе, от совокупности остальных генов и от внешних условий. Под влиянием различных внешних воздействий гены могут изменяться -- мутировать. К независимому мутированию способны также составные части генов. После того как были вскрыты молекулярные основы организации наследственных структур и процессов, которые лежат в основе передачи наследственной информации в клетке (и в организме) и в поколениях клеток (и организмов), выяснилось, что гены контролируют процессы синтеза белков в клетках и что генные мутации (изменения химической структуры генов) ведут к изменению химической структуры белков (что в ряде случаев сводится к замене одной аминокислоты другой). Материальным носителем генетической информации служит гигантский полимер -- ДНК, входящая в качестве важнейшего компонента в структуру хромосом всех организмов, за исключением некоторых вирусов, содержащих РНК. Присутствующая в каждой живой клетке (главным образом в ее ядре) ДНК содержит в качестве сахара -- углевод дезоксирибозу, а в качестве азотистых оснований -- аденин, гуанин, цитозин и тимин. ДНК -- биополимер, состоящий из многих мономеров -- дезоксирибонуклеотидов, соединенных через остатки фосфорной кислоты в определенной последовательности, специфичной для каждой индивидуальной ДНК. Уникальная последовательность мономеров в данной молекуле ДНК представляет собой кодовую запись биологической информации -- генетический код (см. ниже). При удвоении молекул ДНК (в процессе клеточного деления) дочерние молекулы при участии специфических ферментов строятся, как на шаблоне, на материнских молекулах и точно воспроизводят их. "Записанный" в молекулярных структурах ДНК генетический код определяет порядок расположения аминокислот в белковой молекуле. Две полинуклеотидные цепочки образуют в молекуле ДНК двойную спираль, в которой азотистые основания связаны друг с другом при помощи водородных связей. Такая характерная структура обусловливает не только биологические свойства ДНК, но и ее физико-химические особенности. Установлены следующие основные закономерности, касающиеся генетического кода: 1) между последовательностью нуклеотидов и кодируемой последовательностью аминокислот существует линейное соответствие; 2) считывание генетического кода начинается с определенной точки; 3) считывание идет в одном направлении в пределах одного гена; 4) код является неперекрывающимся; 5) при считывании не бывает промежутков (код без запятых); 6) генетический код, как правило, является вырожденным, т.е. одну аминокислоту кодируют два и более триплетов-синонимов (вырожденность генетического кода уменьшает вероятность того, что мутационная замена основания в триплете приведет к ошибке); 7) кодовое число равно трем; 8) код в живой природе универсален (за некоторыми исключениями). В п.6) под триплетом (тройной) подразумевается комбинация из трех последовательно расположенных нуклеотидов в молекуле нуклеиновой кислоты. Передача информации с ДНК на синтезируемые белки осуществляется при помощи РНК. Реализация генетического кода в клетке происходит в два этапа. Первый из них протекает в ядре; он носит название транскрипции и заключается в синтезе молекул информационных РНК на соответствующих участках ДНК. При этом последовательность нуклеотидов ДНК "переписывается" в нуклеотидную последовательность РНК. Второй этап -- трансляция -- протекает в цитоплазме, на рибосомах; при этом последовательность нуклеотидов информационных РНК переводится в последовательность аминокислот в белке. Этот этап протекает при участии транспортной РНК и соответствующих ферментов. Из предыдущего следует, что РНК играет важнейшую биологическую роль во всех живых организмах, участвуя в реализации генетической информации и биосинтезе белков. РНК содержат в качестве углеводного компонента рибозу, а в качестве азотистых оснований -- аденин, гуанин, цитозин, урацил. В организме РНК находятся, главным образом, в виде комплексов с белками (рибонуклеопротеидов). Структура РНК представлена в основном однонитчатыми полинуклеотидными цепями, которые образуют двуспиральные участки.
В клетках бактерий, животных и растений различные типы РНК выполняют неодинаковые биологические функции и различаются по строению и метаболизму (обмену веществ и энергии). Важнейшие типы РНК следующие: а) рибосомные (р-РНК); б) транспортные РНК (т-РНК); в) информационные или матричные РНК (и-РНК или м-РНК). Рибосомные РНК входят в состав рибосом, которые являются внутриклеточными частицами, осуществляющими биосинтез белка. Рибосомы обнаружены в клетках всех без исключения живых организмов. Каждая клетка содержит тысячи или десятки тысяч рибосом. Форма рибосом близка к сферической, хотя ее очертания сложны и не могут быть описаны простой геометрической фигурой. Рибосомы осуществляют функции связывания (удержания) компонентов и катализа. Биологическая роль т-РНК заключается в присоединении аминокислотных остатков и переносе (транспорте) их на рибосомы. Все т-РНК имеют сложную двуспиральную структуру. Информационные и-РНК играют роль матриц при биосинтезе белков (в процессе считывания нуклеотидного кода и перевода его в определенную последовательность аминокислот).
Ген, контролирующий синтез органических соединений, содержащих аминокислотные остатки (полипептидных цепей того или иного белка) называют структурным геном. Аминокислотные остатки образуются в организме при ферментативном расщеплении белков и при биосинтезе из аминокислот (природные полипептиды обладают биологической активностью гормонов, антибиотиков токсинов). Установлено, что структурные гены, контролирующие синтез ферментов определенной последовательности реакций сцеплены в блоки (опероны). Имеются структуры (т.н. операторы), включающие синтез и-РНК структурными генами. Операторы, в свою очередь, находятся под контролем генов-регуляторов. Таким образом, гены составляют сложную систему, обеспечивающую строгое согласование процессов биосинтеза в клетке и в организме в целом. Генетический аппарат функционирует в тесном взаимодействии с внехромосомными или внеядерными компонентами клетки. Многие факты свидетельствуют о важной роли цитоплазмы в осуществлении развития организма, а в ряде случаев и в наследовании. В свою очередь, свойства цитоплазмы находятся под контролем ядерного аппарата, изменения которого в ходе скрещивания (селекции растений и животных) ведет к изменению свойств цитоплазмы.
Говоря о наследственности необходимо подчеркнуть, что наследственное разнообразие особей создается, с одной стороны, за счет рекомбинации генов, с другой -- в результате изменения самих генов, т.е. за счет мутаций. Выше отмечалась способность гена к рекомбинации (перераспределению) в хромосоме. Необходимо добавить следующее. Размножение одноклеточных организмов, а также клеток, составляющих тела многоклеточных, происходит в результате деления. При этом у бактерий деление осуществляется образованием поперечной перегородки. У одноклеточных водорослей и животных деление является одновременно бесполым размножением. У многоклеточных деление клеток лежит в основе роста тканей и полового размножения. Деление может происходить либо митозным, либо мейозным способами. Митоз обеспечивает тождественное распределение генетического материала между дочерними клетками и преемственность хромосом в ряду клеточных поколений. Что касается мейоза, то при этом способе деления клеток происходит уменьшение числа хромосом в дочерних клетках. В ходе мейоза, клетка, содержащая два набора хромосом (диплоидная) после двух последовательных делений дает начало четырем галоидным (содержат по одному набору хромосом) половым клеткам. При слиянии мужских и женских половых клеток восстанавливается диплоидный набор хромосом. Установлено, что при мейозном делении у высших организмов, при независимом расхождении хромосом происходит рекомбинация. Она происходит также при обмене участками парных хромосом. Как было отмечено выше, рекомбинация (перераспределение генетического материала) приводит к нарушению сцепленного наследования признаков. Что касается мутаций, то под последними понимают внезапно возникающие естественные (спонтанные) или вызываемые искусственно стойкие изменения наследственных структур живой материи, ответственных за хранение и передачу генетической информации. Способность давать мутацию (мутировать) -- универсальное свойство всех форм жизни от вирусов и микроорганизмов до высших растений, животных и человека. Оно лежит в основе наследственной изменчивости в живой природе. Мутации, возникающие в половых клетках или спорах, передаются по наследству. Мутации, возникающие в клетках, не участвующих в половом размножении, приводят к тому, что часть организма состоит из мутантных клеток, другая -- из немутантных. В этих случаях мутации могут наследоваться только при вегетативном размножении с участием мутантных соматических частей организма (черенков клубней, почек и т.п.). Внезапное возникновение наследственных изменений отмечалось многими учеными 18 и 19 веков, было хорошо известно Ч. Дарвину, но углубленное изучение мутации началось лишь с зарождением на пороге 20 века экспериментальной генетики. Термин "мутация" ввел в генетику в 1901 году де-Фриз. По характеру изменения генетического аппарата мутации делят на геномные, хромосомные и генные (точковые). Геномные мутации заключаются в изменении числа хромосом в клетках организма (увеличение или уменьшение числа наборов хромосом по сравнению с их обычным количеством). К хромосомным мутациям (хромосомным перестройкам) относятся: инверсии -- участок хромосомы перевернут на 180 градусов (так что гены расположены в обратном порядке по сравнению с нормальным), выпадение значительного или небольшого участка хромосомы, удвоение участка хромосомы, разрыв хромосомы на несколько частей. Генные мутации представляют собой стойкие изменения химического строения отдельных генов. В результате мутаций могут изменяться самые различные биохимические, физиологические и морфологические признаки организма.
Эти изменения у организмов, претерпевших мутации -- мутантов -- могут быть резко выраженными или слабыми, представляющими лишь незначительные отклонения от среднего для данного вида значения признака. Основную долю всех мутаций составляют генные мутации, которые вызывают чрезвычайно разнообразные изменения признаков организма. В результате мутации ген может переходить в разные состояния, по-разному влияющие на контролируемые данным геном признаки организма. Мутантные гены могут отличаться от соответствующих нормальных тем, что специфический для данного гена продукт (чаще всего фермент) не образуется вовсе и в и в большем или меньшем количестве. Генные мутации, как правило, вредны для организма, они нарушают жизненные процессы, протекающие в организме, снижают его жизнеспособность и плодовитость; нередко мутантный ген обусловливает гибель развивающегося организма. Реже возникают генные мутации, сравнительно мало влияющие на жизнеспособность и плодовитость организма; еще реже -- улучшающие те или иные его свойства. Эта последняя категория генных мутаций, несмотря на свою относительную редкость, имеет огромное значение, т.к. дает основной материал для естественного отбора (см. ниже), так и для искусственного отбора, являясь необходимым условием эволюции и селекции. Исследуя причины мутаций, ученые пришли к выводу об их случайном происхождении при тех или иных отказах, "неисправностях" в генетическом механизме. Так увеличение числа наборов хромосом при геномной мутации чаще всего возникает, когда хромосомы в начале клеточного деления (митоза) разделились, но деления клетки почему-либо не произошло. Уменьшение числа наборов хромосом большей частью следствие развития зародыша без оплодотворения и т.д. Причины хромосомных перестроек и наиболее важной категории мутаций -- генных -- долгое время оставались неизвестными. Это давало основание для ошибочных концепций, согласно которым спонтанные генные мутации возникают в природе якобы без участия воздействия окружающей среды. Однако, в дальнейшем, начиная с 20-х годов 20 века, работами по генетическому действию излучений и других физических и химических факторов (мутагенов) выявлено их влияние на частоту возникновения генных мутаций и хромосомных перестроек (увеличение в сотни раз по сравнению с частотой возникающих естественно спонтанных мутаций). В опытах на клеточных культурах лабораторных животных обнаружено также мутагенное действие многих вирусов. Таким образом, вирусы -- не только возбудители многих болезней животных и человека, растений и микроорганизмов, но и один из источников их наследственной изменчивости. Ученые также пришли к выводу, что все мутации вызывают генную мутацию, прямо или косвенно изменяя молекулярную структуру нуклеиновых кислот, в которой закодирована генетическая информация. Геномные мутации, хромосомные перестройки и генные мутации -- причина многих наследственных заболеваний и врожденных уродств у человека. Поэтому ограждение человека от действия мутагенов -- важнейшая задача. Огромное значение в этом отношении имеет осуществленное по инициативе СССР запрещение испытаний ядерного оружия в атмосфере, которые загрязняли окружающую среду радиоактивными веществами. Является важным тщательное соблюдение мер защиты человека от радиации в атомной индустрии, при использовании радиоактивных изотопов, рентгеновских лучей и т.п. Необходимо изучение возможного мутагенного действия различных новых лекарственных средств, пестицидов, химических препаратов. Профилактика вирусных инфекций имеет тем большее значение, что может быть использована и для защиты потомства от мутагенного действия вирусов. Многое будет зависеть от дальнейшего развития науки, именуемой генетикой человека, от разработки и реализации ее рекомендаций. Из направлений генетики человека наиболее интенсивно развиваются цитогенетика, биохимическая генетика, иммуногенетика, генетика высшей нервной деятельности, физиологическая генетика. Геном человека включает несколько миллионов генов, способных по-разному влиять на развитие признаков. В результате мутаций и перекомбинаций генов возникает присущее человеку разнообразие по самым разным признакам. Исследования в области генетики человека продемонстрировали наличие естественного отбора в человеческих популяциях. Однако отбор у человека приобретает специфические черты -- он интенсивно участвует только на эмбриональной стадии (т.н. самопроизвольные аборты -- отражение такого отбора). Отбор в человеческом обществе осуществляется посредством дифференциальной брачности, т.е. в результате взаимодействия социальных и биологических факторов. Мутационный процесс и отбор обусловливают огромное разнообразие (полиморфизм) по ряду признаков, что делает человека с биологической точки зрения необычайно пластичным и приспособленным видом. Широкое использование в генетике человека цитологических методов способствовало развитию цитогенетики, где основной объект исследования -- хромосомы, т.е. структуры клеточного ядра, в которых локализованы гены. Установлено (1946 г.), что хромосомный набор в клетках тела человека (соматических) состоит из 46 хромосом, причем женский пол определяется наличием Х-хромосом, а мужской -- Х-хромосомы и Y-хромосомы. В зрелых половых клетках находится половинное (гаплоидное) число хромосом. Митоз, мейоз и оплодотворение поддерживают преемственность и постоянство хромосомного набора, как в ряду клеточных поколений, так и в поколениях организмов.
В результате нарушения указанных процессов могут возникать аномалии хромосомного набора с изменением числа и структур хромосом. Это приводит к возникновению т.н. хромосомных болезней, которые нередко выражаются в слабоумии, развитии тяжелых врожденных уродств, аномалий половой дифференцировки или обусловливают самопроизвольные аборты. Успехи в развитии генетики человека сделали возможными предупреждение и лечение наследственных заболеваний. Один из эффективных методов их предупреждения -- медико-генетическое консультирование с предсказанием риска появления больного в потомстве лиц, страдающих данным заболеванием или имеющих больного родственника. Достижения биохимической генетики человека раскрыли первопричину (молекулярный механизм) многих наследственно обусловленных дефектов, аномалий обмена веществ, что способствовало разработке методов экспресс-диагностики, позволяющих быстро и рано выявить больных и лечение многих, прежде неизлечимых болезней. Генетика человека представляет собой естественнонаучную основу борьбы с расизмом, убедительно доказывая, что расы -- это форма адаптации человека к конкретным условиям среды (климатическим и иным), что они отличаются друг от друга не наличием "хороших" или "плохих" генов, а частотой распространения обычных генов, свойственных всем расам.
Генетика человека показывает, что все расы равноценны (но не одинаковы) с биологической точки зрения и обладают равными возможностями для развития, определяемого не генетическими, а социально- историческими условиями. Констатация биологических наследственных различий между отдельными людьми или расами не может служить основанием для каких-либо выводов морального, юридического или социального порядка, ущемляющих права этих людей или рас. Выше указывалось, что часть генных мутаций способна улучшать отдельные свойства организмов, давая основной материал для естественного отбора -- основной движущей силе эволюции жизни. Естественный отбор -- природный процесс выживания и воспроизведения организмов наиболее приспособленных к условиям среды, и гибели в ходе эволюции -- неприспособленных. Известно, что естественный отбор как основной движущий фактор исторического развития живой природы открыт Чарльзом Дарвином. В 1946 году советский биолог И.И. Шмальгаузен развил представление о групповом отборе выживания популяций видов, родов, семейств, отрядов. Шмальгаузен ввел теорию т.н. стабилизирующего отбора, также исследовал механизмы эволюционного процесса и индивидуального развития в качестве авторегулируемых систем. Этим Шмальгаузен предвосхитил ряд положений кибернетики, с позиций которой он в 1950-60 годах изложил эволюционную теорию. Ведущую роль в эволюции играет индивидуальный естественный отбор -- отбор наиболее приспособленных особей. Непрерывно идущий мутационный процесс, изменяющий генотипы, обеспечивает генетическое разнообразие популяции. Мутации и их комбинации, проявляясь в фенотипе (особенностях строения и жизнедеятельности организма, обусловленных взаимодействием его генотипа с условиями среды) обусловливают фенотипическое разнообразие организмов. В результате, особи данной популяции различно реагируют даже на одни и те же факторы внешней среды. Биологическая разнокачественность особей в популяции и высокие темпы размножения, приводящие к недостатку жизненных средств -- пищи, убежищ и т.д. служат предпосылкой борьбы за существование, в ходе которой часть особей популяции гибнут, а часть выживает, отбирается. Таким образом, естественный отбор может происходить только при наличии мутационной изменчивости, создающей материал для отбора, и представляет главный фактор эволюции. Чем острее борьба за существование, тем сильнее элиминация (гибель особей или групп организмов) и тем строже естественный отбор. Слишком резкие изменения внешней среды вызывают массовую гибель -- неизбирательную элиминацию, при которой, как и при отсутствии гибели, отбор не происходит. Естественный отбор идет только при избирательной элиминации -- гибели менее приспособленных особей. Выжившие, прошедшие естественный отбор особи, размножаясь, передают потомству свои наследственные особенности (свои генотипы), что и обеспечивает возможность приспособительного развития следующего поколения. Естественный отбор идет по фенотипам, но отбираются генотипы. Значение естественного отбора не в выживании как таковом, а в том, что выжившие особи оставляют потомство. Естественный отбор выступает в двух основных формах -- стабилизирующей и движущей. Открытый Шмальгаузеном стабилизирующий отбор наблюдается среди организмов данной группы при постоянных условиях существования. В этом случае все вновь возникающие мутации оказываются вредными, т.к. нарушают приспособленность к окружающей среде, сложившуюся в ходе предшествующей эволюции группы. Новые приспособления не развиваются, а сохраняются уже достигнутая приспособительная норма. Стабилизирующий отбор действует посредством удаления особей, отклоняющихся от средней нормы. Поэтому, под влиянием стабилизирующего отбора популяция (совокупность особей одного вида) остается неизменной по данному признаку, несмотря на постоянно идущий процесс мутагенеза. В ходе стабилизирующего отбора, согласно Шмальгаузену, происходит увеличение генетического разнообразия популяции. Движущая форма естественного отбора, как известно, проявляется при изменении внешней среды. Тогда наследственное уклонение, совпадающее с направлением изменения условий существования, подхватывается естественным отбором. В конечном итоге, вследствие гибели особей, не обладающими преимуществами в новой среде обитания, полезное уклонение постепенно распространяется в популяции. В природе постоянно сосуществуют обе формы естественного отбора. Можно говорить лишь о преобладании движущей или стабилизирующей формы на данном этапе эволюции исследуемой группы. Стабилизирующий отбор охраняет признаки, имеющие в определенных условиях существования приспособительное значение. Движущий отбор "создает" новые приспособления. Благодаря естественному отбору любая популяция обладает известным уровнем приспособленности к окружающей среде, что позволяет организмам, составляющим эту популяцию, выдерживать борьбу за существование. В этом выражается поддерживающая роль естественного отбора. Но поддерживаемый отбором уровень приспособленности обеспечивает выживание особей в тех условиях, к которым они приспособлены. Поэтому распределение организмов в пределах области распространения данного вида бывает неравномерным -- они чаще выживают в более подходящих условиях. Естественный отбор влияет и на географическое распространение организмов: в более благоприятной среде обитания возникают скопления, а менее благоприятная среда оказывается незаселенной. В этом выражается распределительная роль естественного отбора, определяющую популяционную структуру вида. Только благодаря естественному отбору появляются новые приспособления. Мутационная изменчивость без естественного отбора (бесконтрольное накопление мутаций) приводит к утере приспособленности. В ходе естественного отбора преобразуется сама изменчивость. Естественный отбор подхватывает все мутации генов, повышающие приспособительные значения данного наследственного уклонения. В конечном итоге, перестраивается весь организм. В создании новых приспособлений, в эволюционной перестройке организмов, в преобразовании популяций, приводящем к видообразованию, выражается творческая роль естественного отбора, определяющая прогрессивную эволюцию.
Рассмотренные выше теория и механизмы генетики позволяют лучше понять роль генетического аппарата в обмене веществ, в том числе его регуляции. Напомним, что регуляция обмена веществ на клеточном уровне осуществляется путем регуляции синтеза и активности ферментов. Синтез каждого фермента определяется соответствующим геном (см. выше).
Различные промежуточные продукты обмена веществ, действуя на определенный участок молекулы ДНК (в котором заключена информация о синтезе данного фермента) могут запускать, усиливать или, наоборот, прекращать его синтез. Важнейшую роль в регуляции обмена веществ и энергии в клетках играют белково-липидные биологические мембраны, расположенные на поверхности клеток и субклеточных частиц, а также канальцев и пузырьков, пронизывающих протоплазму. Поступление различных веществ в клетку и выход из нее регулируются проницаемостью биологических мембран, в которые "вмонтирована" значительная часть ферментов. Биологические мембраны представляют собой тонкие пограничные структуры молекулярных размеров. Важнейшая функция биологических мембран -- регулирование транспорта ионов, сахаров, аминокислот и др. продуктов обмена веществ. Биологические мембраны занимают огромную площадь (в организме человека -- тысячи кв.м.) и играют универсальную регуляторную роль в обмене веществ. Вот некоторые функции биологических мембран: активный транспорт веществ, общая и избирательная диффузия небольших молекул и ионов, регулирование транспорта ионов и продуктов обмена веществ внутри клеток, электроизоляционные свойства, генерация нервного импульса (мембраны нервных клеток), преобразование световой энергии в химическую энергию и т.д. Покрывая клетку и отделяя ее от окружающей среды, биологические мембраны обеспечивают морфологическую целостность клеток и субклеточных частиц, их прочность и эластичность. Поддерживая неравномерное распределение ионов калия, натрия, хлора и др. между протоплазмой и окружающей средой, они способствуют появлению разности биоэлектрических потенциалов, и, как следствие, процессам возбуждения и торможения (см. ниже). Свойства биологических мембран в значительной степени определяют генерирование и проведения возбуждения как в нервных и мышечных клетках, так и в местах контакта между ними. Важнейшим средством, с помощью которого осуществляется регуляция обмена веществ у животных, являются гормоны. Последние представляют собой биологически активные вещества, вырабатываемые эндокринными железами (у животных и человека) и выделяемые ими непосредственно в кровь. Основная функция гормонов -- обеспечение гормональной регуляции обмена веществ. У животных при значительном понижении содержания сахара в крови, усиливается выделение адреналина, способствующего распаду гликогена и образованию глюкозы. При избытке сахара в крови усиливается секреция инсулина, который тормозит процесс расщепления гликогена в печени, вследствие чего в кровь поступает меньше глюкозы. Гормональная регуляция обмена веществ тесно связана с координирующей деятельностью нервной системы посредством т.н. нервной регуляции. Чтобы понять механизм действия нервной регуляции следует вначале рассмотреть вопросы, связанные с построением нервной системы и т.н. нервной деятельностью организмов. Под нервной системой понимают совокупность структур в организме животных и человека, которая объединяет деятельность всех органов и систем и обеспечивает функционирование организма как единого целого в его постоянном взаимодействии с внешней средой. Нервная система воспринимает внутренние и внешние раздражения, анализирует эту информацию, отбирает и перерабатывает ее и в соответствии с этим регулирует и координирует функции организма. Нервная система образована главным образом нервной тканью, основной элемент которой -- нервная клетка с отростками, обладающая высокой возбудимостью и способностью к быстрому проведению возбуждения. Эволюция нервной системы, претерпеваемая ею в ходе исторического развития организмов, отличается большой сложностью. У простейших -- одноклеточных организмов -- нервная система отсутствует, но у некоторых инфузорий имеется внутриклеточная сеточка, выполняющая функцию проведения возбуждения к другим элементам клетки. Самая примитивная форманервной системы, сохранившаяся лишь у низших кишечнополостных (гидра) -- диффузная нервная система. При помощи отростков нервные клетки объединяются в сеть, в которой проведение возбуждения может осуществляться во всех направлениях. В процессе дальнейшей эволюции нервная система усложняется: происходит образование и погружение в глубь тела скопления нервных клеток (нервных узлов -- ганглиев). Связи между ними устанавливаются преимущественно при помощи длинных отростков (нервных волокон, нервов). Это -- т.н. диффузно-узловой тип строения нервной системы (например, турбеллярии) с развитыми воспринимающими нервными структурами (рецепторами), которые дифференцируются в соответствии с воспринимаемым видом энергии. В ходе развития проведение возбуждения становится направленным. Следующий этап эволюции -- переход к узловому типу строения нервной системы (кольчатые черви, членистоногие, иглокожие, моллюски). Здесь нервные клетки сосредоточены в узлах, связанных нервными волокнами между собой, а также с соответствующими рецепторами и исполнительными органами. Среди нервных узлов происходит выделение доминирующих, расположенных у свободно передвигающихся животных на головном конце тела. В связи с тем, что головные узлы получают при движении животного наибольшее количество информации от внешнего мира, они увеличиваются, структура их усложняется; туловищные ганглии сливаются с головными, образуя сложные мозговые комплексы, которые, в какой-то мере, подчиняют себе деятельность других узлов. У позвоночных животных тип строения нервной системы резко отличается от узлового типа, обычно присущего беспозвоночным. Центральная нервная система (ЦНС) представлена нервной трубкой, расположенной на спинной стороне тела, и состоит из спинного и головного мозга. В эмбриональном развитии Позвоночных нервная система образуется вначале в виде нервной пластинки, сворачивающейся в желобок, а затем превращается в нервную трубку. Эти зачаточные клетки дифференцируются на клетки, дающие начало нейронам (основным нервным клеткам) и на клетки, образующие нейроглии (клетки, заполняющие пространство между нейронами и капиллярами). Из зачаточных клеток, путем их миграции, формируются периферические узлы, а совокупность отростков образует черепно-мозговые и спинномозговые нервы (шнуровидные тяжи нервной ткани, связывающие мозг и нервные узлы с другими органами и тканями тела). Головной конец нервной трубки делится на три мозговых пузыря -- зачатки головного мозга. В дальнейшем передний мозговой пузырь разделяется на образующий конечный мозг с большими полушариями и промежуточный мозг. Средний мозговой пузырь дает начало среднему мозгу. Из заднего мозгового пузыря образуется мозжечок, варолиев мост и продолговатый мозг. Остальная часть нервной трубки, сохраняя трубчатое строение, образует спинной мозг. Как спинной, так и головной мозг позвоночных покрыт рядом оболочек и заключен в костные покровы -- череп и позвоночник.
В процессе эволюции происходит дальнейшее усложнение структуры нервной системы и усовершенствование всех форм ее взаимодействия с внешней средой; при этом все большее значение приобретают прогрессирующие в своем развитии передние отделы головного мозга. Высшего развития нервная система достигает у млекопитающих. Головной конец нервной трубки в эмбриогенезе делится у них на пять пузырей: передний -- дает начало большим полушариям и промежуточному мозгу; средний -- среднему мозгу; задний -- делится на собственно задний (варолиев мост и мозжечок) и продолговатый мозг. Кора больших полушарий головного мозга, образующая многочисленные борозды и извилины, представляет особый интерес. Дело в том, что эта часть головного мозга, развившаяся на поздних этапах эволюции живого мира, играет исключительно важную роль в осуществлении психической или высшей нервной деятельности (см. ниже), хотя эта деятельность является результатом работы мозга как единого целого. Кора больших полушарий представляет собой слой серого вещества толщиной 1-5 мм, покрывающий полушария головного мозга животных и человека. У человека кора составляет в среднем 44процента от объема всего полушария в целом. Ее поверхность достигает 1468-1670 см. Характерной особенностью строения коры является ориентированное, горизонтально-вертикальное распределение составляющих ее нервных клеток по слоям и колонкам. Пространство между телами и отростками нервных клеток коры заполнено нейроглией и сосудистой сетью (капиллярами). Нейроны подразделяются на три типа: пирамидные (примерно 0,9 всех клеток коры), звездчатые и веретенообразные. Основной функциональный элемент коры -- пирамидный нейрон, воспринимающий центростремительные и посылающий центробежные стимулы. Звездчатые клетки выполняют роль воспринимающих и синхронизирующих элементов, способных координировать (одновременно тормозить или возбуждать) пространственно близкие группы пирамидных нейронов. Корковый нейрон характеризуется сложным субмикроскопическим строением. Функциональные особенности коры обусловливаются упомянутым выше распределением нервных клеток и их связей по слоям и колонкам. На корковые нейроны возложена конвергенция (схождение) импульсов от различных органов чувств. Подобная конвергенция разнородных возбуждений является нейрофизиологическим механизмом анализа и синтеза ответной деятельности организма. Каждая колонка клеток отвечает за восприятие преимущественно одного вида чувствительности. Например, если в корковом конце кожного анализатора одна из колонок реагирует на прикосновение к коже, то другая -- на движение конечности в суставе. В зрительном анализаторе функции восприятия зрительных образов также распределены по колонкам. Например, одна из колонок воспринимает движение предмета в горизонтальной плоскости, соседняя -- в вертикальной и т.п. Следует пояснить, что под кожным анализатором понимается совокупность анатомо-физиологических механизмов, обеспечивающих восприятие, анализ и синтез механических, термических, химических и др. раздражений, падающих из внешней среды на кожу и некоторые слизистые оболочки (полости рта, носа и т.д.). Кожный анализатор состоит из рецепторов, проводящих путей, передающих информацию в ЦНС, и высших нервных центров в коре головного мозга. Что касается рецепторов, то одни ученые признают наличие в коже 4-х видов рецепторов -- тепла, холода, прикосновения и боли -- с раздельными системами передачи импульсов; другие -- считают, что одни и те же рецепторы и проводники могут быть болевыми и неболевыми в зависимости от силы раздражения. Нервные волокна от кожных рецепторов в ЦНС различаются строением, толщиной и скоростью проведения импульсов (до 140 м. в сек.). Чувствительные пути кожных анализаторов проходят через спинной и продолговатый мозг в зрительные бугры (таламус, скопления нервных клеток в головном мозге, осуществляющие первичный анализ и синтез всех возбуждений, поступающих от рецепторов в головной мозг). Последние связаны с задней центральной извилиной теменной области коры, где нервное возбуждение превращается в ощущение. От всех чувствительных путей, идущих в головной мозг, отходят ветви в ретикулярную формацию ствола мозга, представляющую собой сетевидное образование -- совокупность нервных структур в центральных отделах стволовой части мозга, где, за счет постоянного уровня возбуждения нейронов, обеспечивается тонус и определенная степень готовности к деятельности различных отделов центральной нервной системы. Степень возбуждения ретикулярной формации регулируется корой больших полушарий головного мозга. В нормальных условиях кожные раздражения не воспринимаются раздельно. Ощущения формируются в виде сложных целостных реакций. В интеграции восприятий принимают участие разные отделы ЦНС и вегетативной нервной системы (см. ниже). От их состояния и взаимодействия зависят характер и эмоциональная окраска ощущений, возникающих вследствие деятельности кожного анализатора. Упомянутый выше зрительный анализатор представляет собой сложную систему (нейрорецепторную), обеспечивающую у человека и животных восприятия и анализ зрительных раздражений. Зрительный анализатор состоит из фоторецепторов и связанных с ними нейронов глаза, проводящих путей (зрительный нерв, зрительный тракт и др.) и нервных клеток, расположенных на разных уровнях ЦНС: в сетчатке глаза, среднем и межуточном мозге, в затылочной доле коры больших полушарий. Локализация функций в коре характеризуется динамичностью, в силу того, что, с одной стороны имеются строго локализованные и пространственно ограниченные зоны коры, связанные с восприятием информации от определенного органа чувств, а с другой -- кора является единым аппаратом, в котором отдельные структуры тесно связаны и в случае необходимости могут взаимозаменяться. Кроме того, в каждый данный момент корковые структуры (нейроны, поля, области) могут образовывать согласованно действующие комплексы, состав которых изменяется в зависимости от стимулов, определяющих распределенное торможение и возбуждение в коре. Принято выделять в зоне того или иного анализатора проекционные (или первичные и вторичные) поля, а также третичные поля или ассоциативные зоны. Чувствительные функции тела (половые органы, пальцы, руки, голова, туловище, шея, бедро, глаз, нос, лицо, внутренние органы и т.д.) представлены (спроецированы) в задней центральной извилине. Двигательные функции организма представлены в передней центральной извилине. В этих зонах происходит восприятие определенных параметров объектов, т.е. создаются (интегрируются) образы, поскольку данные участки мозга отвечают на определенные изменения объектов, на их форму, ориентацию, скорость движения и т.п. Локализация функций в первичных зонах многократно дублируется по механизму, напоминающему голографию (объемное изображение объекта, основанное на интерференции волн), когда каждый самый участок запоминающего устройства содержит сведения обо всем объекте. Поэтому достаточно сохранности небольшого участка первичного поля, чтобы почти полностью сохранилась способность к восприятию.
Вторичные поля получают проекции от органов чувств через дополнительные переключения в подкорке, что позволяет производить более сложный анализ того или иного образа. Наконец, третичные поля (ассоциативные зоны) получают информацию от подкорковых ядер, суммирующих информацию от нескольких органов чувств, что позволяет анализировать и интегрировать тот или иной объект в еще более абстрагированной и обобщенной форме. Межанализаторные структуры определяют сложные формы мозговой деятельности, включающие и профессиональные навыки (нижнетеменная область) и мышление, планирование целенаправленность действий (лобная часть) и письменную и устную речь (нижняя лобная подобласть, височная, височно-теменно-затылочная и нижнетеменная области). Корковые структуры играют первостепенную роль в обучении животных и человека, в осуществлении целостных актов поведения, имеют прямое отношение к механизмам памяти, выработке условных рефлексов, лежащих в основе высшей нервной деятельности животных и человека. Последняя (по Павлову) обеспечивает сложные отношения целого организма к внешнему миру. Все формы психической активности, в том числе мышление и сознание человека, являются элементами высшей нервной деятельности. Кроме упомянутых условных рефлексов, в ее основе лежат также сложные безусловные рефлексы (инстинкты, эмоции и др.). Кора и подкорковые отделы большего мозга со специфическими формами их деятельности находятся в неразрывной связи и взаимодействии и работают как единое целое.
Осуществляемые, в основном, подкорковыми нервными образованиями и мотивированные жизненно важными потребностями организма влечения (пищевые, половые, защитные и др.) служат основой для выработки (в течение индивидуальной жизни организма) соответствующих условных рефлексов и в результате выступают как продукт совместной работы коры и подкорковых образований мозга. Приспособление организма к окружающей среде осуществляется посредством образования и исчезновения различных условных рефлексов. Сигнальный характер условнорефлекторной деятельности позволяет организму по одним, зачастую отдаленным предвестникам -- условным раздражителям, стремиться заблаговременно к благоприятным для его существования условиям и избегать неблагоприятных, а также неизмеримо расширяет восприятие предметов и событий окружающего мира и диапазон деятельности. Роль безусловных рефлексов (врожденных) в высшей нервной деятельности заключается не только в том, что на их основе вырабатываются, в конечном итоге, все условные рефлексы, но и в том, что безусловные рефлексы, в особенности сложные их формы, выступают как выражение наследственно закрепленного опыта предшествовавших поколений, как проявление генетической памяти. В процессе исторического развития животного мира формы высшей нервной деятельности претерпевают существенные изменения: условные рефлексы непрерывно усложняются и совершенствуются, состав их постоянно обогащается, условно-рефлекторная деятельность становится все более совершенным и активным средством приспособления к окружающей среде, т.е. обеспечивает возможность существования организма во все более широком диапазоне условий среды обитания. По Павлову высшая нервная деятельность животных сводится в основном к совокупности многообразных и разнородных условных рефлексов первой сигнальной системы, общей у человека и животных. К этому виду условно-рефлекторной деятельности Павлов относит ощущения, представления и впечатления человека от окружающей внешней среды, в том числе и социальной, исключая словесные и речевые сигналы. В связи с развитием социальных форм трудовой деятельности у человека развились "сигналы второй степени в виде слов, произносимых, слышимых и видимых". Эта качественно новая, более совершенная вторая сигнальная система действительности, основанная тоже на условно-рефлекторных механизмах, свойственна только высшей нервной деятельности человека, находится в тесном взаимодействии с первой сигнальной системой и играет ведущую роль в его сознательной жизни, дает основу для обобщения и мышления. Как указывалось выше, характерной особенностью структуры нервной системы и процессов нервной деятельности для высших животных является развитие аналитических функций и соответствующих структур (анализаторов). Напомним, что каждый анализатор состоит из воспринимающей части -- рецептора, проводящих путей и анализирующих структур ЦНС, обязательно включающих ее высший отдел.
Совокупность корковых концов анализаторов -- кора головного мозга (у высших животных) осуществляет высшие формы анализаторной и интегральной деятельности, обеспечивая совершенные, тончайшие формы взаимодействия организма с внешней средой. Возвращаясь к вопросу координирующей деятельности нервной системы в регуляции обмена веществ необходимо сказать следующее. Нервная система оказывает координирующее влияние на клетки, ткани и органы, приводящее их деятельность в соответствие с потребностями организма и изменениями окружающей среды. Многоклеточный организм в своих жизненных проявлениях (рост, развитие, реакции на внешние воздействия и т.д.) выступает как единое целое. Эта целостность обеспечивается регуляторными механизмами, среди которых ведущее значение у животных приобрела нервная система. Благодаря последней, деятельность клеток и органов может инициироваться, прекращаться, усиливаться, ослабляться; могут меняться функциональные и биохимические состояния клеток и органов, особенности их строения. В ходе эволюции животных развились два основных координирующих механизма -- нервная регуляция и гормональная регуляция. Соответственно различают два рода веществ -- посредников (медиаторы и гормоны). Медиаторами являются химические вещества (соединения), осуществляющие перенос возбуждения с нервного окончания на рабочий орган и с одной нервной клетки на другую. В ЦНС роль медиаторов играют ацетилхолин, норадреналин, серотонин, глицин и т.д. Говоря о различиях между гормональной и нервной регуляциями, следует отметить следующее. Гормоны разносятся по организму, поступая в кровь, в связи с чем, гормональное регулирование осуществляется медленно и широко адресовано. В противоположность этому, нервное регулирование может быть быстрым и локальным. Это обеспечивается тем, что медиаторы выделяются из нервных окончаний прямо на иннервированные клетки, а также тем, что выделение медиатора вызывается быстро распространяющимся сигналом -- нервным импульсом. Нервная регуляция является одним из механизмов саморегуляции в организме. Последнюю можно охарактеризовать, как свойство биологических систем автоматически устанавливать и поддерживать на определенном уровне (относительно постоянном) те или иные биологические показатели. При саморегуляции управляющие факторы возникают в самой системе. Отключение какого-либо жизненного фактора от константного уровня служит толчком к мобилизации структур, восстанавливающих его. На разных уровнях организации живой материи, конкретные механизмы саморегулирования весьма разнообразны. Примером саморегуляции на молекулярном уровне могут служить ферментативные реакции, в которых конечный продукт влияет на активность фермента; в такой биохимической системе автоматически поддерживается определенная концентрация продукта реакции.
Примеры саморегуляции на клеточном уровне: самосборка клеточных органелл из биологических макромолекул, самоорганизация разнородных клеток с образованием упорядоченных клеточных ассоциаций, закономерная временная и пространственная последовательность ионных потоков при возбуждении клеточной мембраны. Процессы саморегуляции занимают важное место в явлениях клеточного деления. Разнообразны проявления и механизмы саморегуляции надорганизменных систем -- регуляция численности популяций, соотношение полов в популяциях, старение и смерть биологических особей и т.д. Явлениям саморегуляции присущи общие закономерности кибернетики биологической, являющейся одним из разделов кибернетики. Своим названием кибернетика обязана американскому ученому Норберту Винеру. В 1948 году он выдвинул идею создания единой науки, изучающей процессы хранения и переработки информации, управления и контроля. Предложенное автором название "кибернетика" получило общее признание. Если быть точным, то кибернетикой Винер назвал "науку об управлении и связи в животном и машине". Основным объектом исследования в кибернетике являются т.н. кибернетические системы. Высокий уровень абстракции позволил кибернетике находить общие методы подхода к изучению систем различной природы, например, технических, биологических и даже социальных. Абстрактная кибернетическая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементы системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться информацией.
Примером кибернетических систем могут служить разного рода автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество. Элементы абстрактной кибернетической системы представляют собой объекты любой природы, состояние которых может быть полностью охарактеризовано значениями некоторого множества параметров. Состояние элемента кибернетической системы может меняться как самопроизвольно, так и под воздействием тех или иных входных сигналов, получаемых им либо извне, либо от других элементов системы. В свою очередь, каждый элемент системы может формировать выходные сигналы, зависящие в общем случае от состояния элемента и воспринимаемых им в рассматриваемый момент времени входных сигналов. Эти сигналы либо передаются на другие элементы системы (служа для них входными сигналами), либо входят в качестве составной части в передаваемые за пределы системы выходные сигналы всей системы в целом. Изменения структуры системы (организации связей между элементами) задаются в общем случае как функции от состояний всех составляющих систему элементов и от входных сигналов всей системы в целом. Математическими теориями, используемыми, как в случае дискретных, так и непрерывных кибернетических систем, являются теории алгоритмов, автоматов, информации. Сложность кибернетической системы определяется двумя факторами: 1) общим числом параметров, характеризующих состояние всех ее элементов; 2) сложностью структуры, определяющейся общим числом связей между ее элементами и их разнообразием. В сложных ("больших") кибернетических системах используется (наряду с разбиением на элементы) метод укрупненного представления системы в виде совокупности отдельных блоков, каждый из которых является отдельной системой. Необходимо подчеркнуть, что само понятие -- "элементы системы" является в известной степени условным, зависящим от поставленной задачи и от глубины проникновения в предмет. При изучении функциональных особенностей мозга, последний может рассматриваться как один элемент, хотя и характеризуемый большим числом параметров. Обычный подход заключается в том, что в качестве составляющих мозг элементов выступают отдельные нейроны. При переходе на клеточный или молекулярный уровень каждый нейрон может, в свою очередь, рассматриваться как сложная кибернетическая система и т.д. Всякая открытая кибернетическая система (имеются входные и выходные каналы) снабжена рецепторами (датчиками), воспринимающими сигналы из внешней среды и передающими их внутрь системы. В случае, когда в качестве рассматриваемой кибернетической системы выступает человек, такими рецепторами являются различные органы чувств (зрение, слух, осязание и т.д.). Выходные сигналы системы передаются во внешнюю среду через посредство эффекторов (исполнительных механизмов), в качестве которых, в рассматриваемом случае, выступают органы речи, мимика, руки и др. Б.М. Глушков считает, что каждая система сигналов, независимо от того, формируется она разумными существами или объектами и процессами неживой природы, несет в себе ту или иную информацию и поэтому всякая открытая кибернетическая система, равно как и элементы любой системы (открытой или замкнутой), может рассматриваться как преобразователь информации. При этом понятие информации рассматривается в очень общем смысле, близком к физическому понятию энтропии. Центральное положение "информации" в кибернетике объясняется тем, что кибернетика изучает машины и живые организмы с точки зрения их способности воспринимать определенную информацию, сохранять ее в "памяти", передавать по "каналам связи" и перерабатывать ее в "сигналы", направляющие их деятельность в соответствующую сторону. В основе теории информации лежит предложенный в 1948 г американским ученым К. Шенноном способ измерения количества информации, содержащейся в одном случайном объекте (событии, величине, функции и т.п.) относительно другого случайного объекта. Этот способ приводит к выражению количества информации числом. К одному из основных понятий теории информации относят понятие энтропии. Количество информации и энтропия связаны определенным соотношением. Величина энтропии указывает среднее число двоичных знаков, необходимое для записи (различения) возможных вероятностных значений случайной величины. Для читателя, не довольствующегося кратким изложением вопроса количественной оценки информации можно добавить следующее. В 1928 году американский ученый Р. Хартли предложил формулу, которая гласит: "Информация, необходимая для выбора из N равноправных вариантов, равна логарифму числа вариантов". Единичная доза информации, которая получается из указанной формулы, если положить число вариантов N = 2 -- равняется 1. В самом деле, J= log2N = log22 = 1. J -- двоичная единица -- "бит". Формула Хартли как количественная мера информации, охватывает только частные случаи, когда все сообщение или их элементы встречаются одинаково часто. К. Шеннон предложил формулу для вычисления средней информации, сообщаемой данным набором сигналов:
,
где H -- энтропия, P1, P2 ... Pm -- вероятности появления кодов, m -- общее число кодов. Когда P1= P2= Pmформула Шеннона переходит в формулу Хартли: H = J = log 4 = 2 бита.
Рассмотрение различных объектов живой и неживой природы как преобразователей информации составляет сущность кибернетического подхода к изучению этих объектов. Этот подход требует определенного уровня абстракции.
Так, при кибернетическом подходе к изучению мозга как системы нейронов обычно отвлекаются от их размеров, формы, химического строения и т.д. Предметом изучения становятся состояния нейронов (возбуждены или нет), вырабатываемые сигналы, связи между нейронами и законы изменения их состояний. В качестве универсальных преобразователей информации могут рассматриваться современные ЭВМ и человеческий мозг. При этом свойство универсальности современных ЭВМ открывает возможность моделирования с их помощью любых других преобразователей информации, в том числе любых мыслительных процессов. Целенаправленное изменение поведения кибернетических систем происходит при наличии управления. Основой последнего является информация о состоянии системы и среды. Информация нужна для управления организмом, сообществом живых организмов, машиной и объединением машин. Цели управления сильно меняются в зависимости от типа систем и степени их сложности. В простейшем случае такой целью может быть поддержание постоянства значения того или иного параметра. Для более сложных систем в качестве возникают задачи приспособления к меняющейся среде и даже законов таких изменений. Наличие управления в кибернетической системе означает, что ее можно представить в виде взаимодействующих объектов управления и управляющей системы. Последняя по каналам прямой связи через соответствующее множество эффекторов (исполнительных механизмов) передает управляющее воздействие на объект управления. Информация о состоянии объекта управления воспринимается с помощью рецепторов и передается по каналам обратной связи в управляющую систему. Описанная система может, как и всякая кибернетическая система, иметь также каналы связи (содержащими соответствующие системы рецепторов и эффекторов) с окружающей средой.
Одним из простейших видов управления является т.н. программное управление. Цель такого управления состоит в том, чтобы выдать на объект управления ту или иную строго определенную последовательность управляющих воздействий (пример -- светофор-автомат). Простым видом управления является также классическое авторегулирование, цель которого состоит в поддержании постоянного значения того или иного параметра (или нескольких независимых параметров). Примером может служить система автоматического регулирования температуры воздуха в помещении. Возможны системы, в которых принцип программного управления комбинируется с задачей регулирования. В более сложных следящих системах задача состоит в поддержании некоторой фиксированной функциональной зависимости между множеством самопроизвольно меняющихся параметров и заданным множеством регулируемых параметров. В так называемых системах оптимального управления основной целью является поддержание максимального (минимального) значения некоторой функции от двух групп параметров, называемой критерием оптимального управления. Большой кибернетической системой, оснащенной разнообразными видами (системами) управления, является радиолокационная станция (РЛС). Здесь используется автоматический программный обзор воздушного пространства с помощью зондирующих (передающих) и отраженных (приемных) лучей, селекция движущихся целей, с их обнаружением и распознаванием, вычисление координат целей, обеспечение жизнедеятельности боевых расчетов и устойчивого функционирования аппаратуры, автоматическое наведение боевых защитных средств, управление стрельбой и т.д. Во всех видах управления важной задачей является обеспечение устойчивости управления. В сложных случаях, когда количество возмущающих воздействий и размерности системы очень велики, оказывается удобным для достижения устойчивости прибегать к самонастройке и самоорганизации систем. Система имеет специальное устройство, регистрирующее характер переходных процессов в системе при выведении ее из равновесия. При обнаружении неустойчивости переходного процесса система меняет значения параметров связей, пока не добьется устойчивости. Системы такого рода принято называть ультраустойчивыми. При большом числе изменяемых параметров связей случайный поиск устойчивых режимов может занимать слишком много времени. В таком случае применяются те или иные способы ограничения случайного перебора (например, разделение параметров связей на группы и осуществление перебора лишь внутри одной группы). Такого рода системы называют мультиустойчивыми. Большое разнообразие ультраустойчивых и мультиустойчивых систем дает биология. Примером может служить система регулирования температуры крови у человека и теплокровных животных.
Задача группировки внешних воздействий, необходимая для успешного выбора способа самонастройки в мультиустойчивых системах, входит в число задач узнавания, или иначе, -- задач распознавания образов. Для определения типа поведения (способа управления) у человека особую роль играет зрительные и звуковые образы. Возможность их распознавания и объединения в те или иные классы позволяет человеку создавать абстрактные понятия, являющиеся непременным условием сознательного познания действительности и началом абстрактного мышления. Последнее позволяет создавать в управляющей системе (в данном случае в человеческом мозге) модели различных процессов, осуществлять с их помощью экстраполяцию действительности и определять свои действия на основе такой экстраполяции. Таким образом, на высших уровнях иерархии управляющих систем задачи управления оказываются тесно переплетенными с задачами познания окружающей действительности. Итак, кибернетика охватывает все многообразие систем управления и рассматривает их не в статике, а в динамике, в процессе непрерывного или дискретного управления. Суть, присущего всем кибернетическим системам процесса управления, состоит в выборе предпочтительного движения управляемой системы (любая управляемая система может совершать разные движения, причем механическое движение -- их частный случай). Вскрытая кибернетикой общность человека и машины, развитие электроники, АСУ и др. областей науки и техники подготовили почву для создания машин, которые могут взять на себя многие функции человеческого мозга и, в ряде случаев, выполнять их лучше человека. Прослеживая тенденции в развитии кибернетики, некоторые ученые приходят к следующему. После выпущенной в 1948 г. книги "Кибернетика", явившейся, по сути, решающим шагом в открытии и становлении кибернетики как науки, Н. Винер зачастую весьма произвольно трактовал общефилософские и социальные аспекты новой науки. В результате дальнейшее развитие кибернетики пошло двумя различными путями. В США и Западной Европе стало преобладать узкое понимание кибернетики, концентрирующее внимание на спорах и сомнениях, поднятых Винером, на аналогиях между процессами управления в технических средствах и живых организмах. В СССР после первоначального периода отрицания и сомнений утверждалось более естественное (?) и содержательное (?) определение кибернетики, включившее в нее все достижения, накопленные к тому времени в теории преобразования информации и управляющих систем. За рубежом и в СССР происходит развитие различных научных направлений в рамках кибернетики (кибернетика экономическая, кибернетика биологическая, кибернетика техническая и т.д.) Процесс "кибернетизации" биологии осуществляется как в теоретической, так и в прикладных областях. Развивается биокибернетика -- научное направление, связанное с проникновением идей, методов и технических средств кибернетики в биологию. Зарождение и развитие кибернетики связаны с эволюцией представлений об обратной связи в живой системе и попытками моделирования особенностей ее строения и функционирования. Понятие "обратная связь" означает обратное воздействие результатов процесса на его протекание или управляемого процесса на управляющий орган. Обратная связь характеризует системы регулирования и управления в живой природе, обществе и технике. Различают положительную и отрицательную обратную связь. Если результаты процесса усиливают его, то обратная связь является положительной. Когда результаты процесса ослабляют его действие, то имеет место отрицательная обратная связь. Если отрицательная обратная связь стабилизирует протекание процессов, то положительная, напротив, приводит к ускоренному развитию процессов и к колебательным процессам. Иногда обратную связь в сложных системах рассматривают как передачу информации о протекании процесса, на основе которой вырабатываются то или иное управляющее воздействие (информационная обратная связь). Существование систем регулирования с обратной связью прослеживается на всех уровнях организации живого -- от молекулярного до популяционного и биоценотического. Под последним понимается совокупность всех живых организмов, населяющих участок суши или водоема с их взаимоотношениями. Особенно значителен вклад механического регулирования с обратной связью в автоматическое поддержание постоянства внутренних сред организма, в деятельность генетического аппарата, эндокринной и нервной систем. Представление о регулировании по принципу обратной связи появились в биологии давно (гипотеза о рефлекторных реакциях Декарта в 17 веке). В наиболее полном и близком к современному его пониманию принцип обратной связи (отрицательной) -- как общий принцип для всех живых систем -- был сформулирован русским физиологом Беловым (1920-е годы) под названием "параллельно-перекрестного взаимодействия". За рубежом обратную связь в биологии начали широко исследовать после появления в 1948 году книги Н. Винера "Кибернетика". В СССР в 50-60-х годах 20 в. И. Шмальгаузен применил представление об обратной связи в популяционной генетике. Общие принципы обратной связи сформулированы, в основном, для типа взаимной стимуляции (отрицательная обратная связь). Как указывалось выше, отрицательная обратная связь обеспечивает поддержание системы в устойчивом равновесии, т.к. увеличивает воздействие управляющего органа на объект (регулируемый орган, система, процесс), вызывает противоположное воздействие объекта на управляющий орган. Физиологический смысл обратной связи (отрицательной) заключается в том, что увеличение регулируемой величины (например, активности органа) сверх некоего предела вызывает понижающее воздействие со стороны сопряженной с нею подсистемы; резкое уменьшение регулируемой величины обусловливает противоположное воздействие. При положительной обратной связи информация об увеличении регулируемой величины вызывает в связанной с нею подсистеме реакцию, обеспечивающую дальнейшее увеличение этой величины. У высокоорганизованных животных деятельность ЦНС в норме всегда включает, как необходимое условие, наличие обратной связи. Так любое действие животного, например, погоня за добычей, сопровождается импульсами, поступающими от ЦНС к мышцам (бег, схватывание добычи), и обратными сигналами от органов чувств (зрение и т.д.), позволяющими учитывать результаты усилий и корректировать их в связи с ходом событий. Упомянутая выше саморегуляция процессов жизнедеятельности, также обусловлена обратной связью. Так подъем артериального давления выше нормы воспринимается специальными рецепторами, которые сигнализируют об этом в вазомоторные центры нервной системы. Это приводит к возникновению центробежных импульсов, ведущих к снижению давления. Подобный процесс -- пример отрицательной обратной связи, который часто наблюдается в стабильных живых системах. Большинство регуляторных систем животных и растительных организмов работает по этому принципу. Положительные обратные связи преобладают в период эмбрионального развития. Многие процессы в экологии, например, регуляция динамики популяций, также основана на положительной и отрицательной обратной связи. Особый случай отрицательной обратной связи представляет собой система "хищник-жертва". Увеличение численности жертв способствует усиленному размножению хищников, а рост численности последних, напротив, -- к снижению численности жертв. Хотя, таким образом, равновесие и поддерживается в природе, но, благодаря запозданию в размножении животных, оно приобретает форму "волн жизни" -- широких колебаний численности животных вокруг среднего уровня. На молекулярном уровне по принципу обратной связи регулируется огромное число ферментальных реакций, одновременно протекающих в живой клетке. Комбинации положительной и отрицательной обратной связи обусловливают альтернативную смену физиологических состояний (например, сон -- бодрствование) Характеризуя понятие кибернетики биологической, Парин В.В., Баевский РН. и др. отмечают следующее. Всякий организм -- это система, способная к саморазвитию и управлению как внутренними взаимосвязями (между органами и функциями), так и соотношениями с факторами среды. Биологическая кибернетика рассматривает организм с учетом основных взаимосвязей, начиная с клеточного, тканевого, органного уровня и кончая организменным. Живая система характеризуется не только обменом веществ и энергии, но и обменом информации. Кибернетическая биология рассматривает живой организм как многоцелевую "иерархическую" систему управления, осуществляющую свою "интегративную" деятельность на основе функционального объединения отдельных подсистем, каждая из которых решает "частную" локальную задачу. Особенность организма, как сложной динамической системы -- единство централизованного и автономного управления. Саморегуляция, характерная для всех уровней управления живой системы, обеспечивается автономными механизмами, пока не возникают такие возмущения, которые требуют вмешательства центральных механизмов управления. В последнее время все большее внимание биологов привлекают функциональные характеристики биологических систем управления, обусловленные периодическими (ритмическими, циклическими) процессами. Периодически изменяются дыхание, температура тела и др. процессы жизнедеятельности. Есть основания полагать, что периодичность -- фундаментальная характеристика функционирования биологической системы и процессов управления в ней.
Нарушения периодичности (фазовых сдвигов) может приводить к сбоям в работе живой системы и, в частности, к сбоям в системе управления, накоплению ошибок. Коррекция сбоев требует внутренней перенастройки системы (ее алгоритма) либо внешних управляющих воздействий за счет включения механизма управления более высокого уровня. Живые существа объединяются в системы разного порядка (популяции, биоценозы и т.д.) образуют своеобразную иерархию живых систем. Во всех этих надорганизменных системах, как и в жизни клетки, развитии организма, эволюции органического мира в целом, имеются внутренние механизмы регуляции, для изучения которых также применимы принципы и методы биологической кибернетики. Механизмы управления определяют течение жизненных процессов не только в норме, но и в патологии. Клетка -- сложная саморегулирующаяся система. Синтез белков в клетке, как указывалось выше, управляется генетическими механизмами, связанными с процессами хранения, переработки и передачи генетической информации. Изучение жизнедеятельности организма в целом и его различных функций, а также механизмов, управляющих работой отдельных органов и систем, привело к формированию таких научных направлений как физиологическая кибернетика и нейрокибернетика, изучающих механизмы поддержания устойчивости основных физиологических функций организма; принципы саморегуляции функций организма; протекания в них переходных процессов; закономерности нервной регуляции, принципы организации и функционирования нейронов и нервных сетей; механизмы осуществления актов поведения и др. проблемы.
Изучая закономерности работы человеческого мозга, в основе которого лежит комплекс алгоритмов, т.е. правил преобразования информации, кибернетическая биология позволяет моделировать (в том числе на ЭВМ) различные формы работы мозга, выявляя при этом новые закономерности его деятельности. В числе прочих программ получает развитие, т.н., эвристическое программирование, когда исследуют и моделируют правила переработки информации в мозге при тех или иных творческих процессах.
Наряду с обменом веществ и способностью к активной регуляции состава и функций другими характеристиками жизни являются: качественное превосходство над другими формами существования материи; способность к развитию; приспособляемость к среде; способности к размножению, росту, различным формам движения; раздражимость; участие в круговороте веществ и энергии в природе в составе, т.н. "живого вещества" и т.д.
Ученые-биологи 60-80-х годов 20 века подчеркивали, что жизнь качественно превосходит другие формы существования материи в отношении многообразия и сложности химических компонентов, а также в части динамики протекающих в живом организме процессов и превращений.
Живые системы характеризуются гораздо более высоким уровнем упорядоченности (структурной и функциональной) в пространстве и во времени. В 1969 году В.А. Энгельгардт писал: "В способности живого создавать порядок из хаотического теплового движения молекул состоит наиболее глубокое, коренное отличие живого от неживого. Тенденция к упорядочению, к созданию порядка из хаоса -- есть не что иное, как противодействие энтропии". Природе (живой и неживой) присущ процесс развития -- необратимого, направленного, закономерного изменения материи и сознания. Марксизму-ленинизму, по мнению ученых-материалистов, принадлежит заслуга в принципиальном подходе к действительности как изменяющейся во времени. Марксизм-ленинизм распространил это подход на природу, общество, мышление. В более узком (биологическом) смысле под развитием понимают процесс количественных (рост) и качественных (дифференцировка) преобразований особей с момента зарождения до конца жизни на Земле их видов и других групп. Различают две формы развития, между которыми существует диалектическая связь: эволюционную, связанную с постепенными количественными изменениями объекта и революционную, характеризующуюся качественными изменениями объекта. В биологическом смысле эволюция -- необратимое историческое развитие живой природы. Определяется изменчивостью, наследственностью и естественным отбором организмов (см. выше). Эволюция сопровождается приспособлением организмов к условиям существования, образованием и вымиранием видов, преобразованием экосистемы и биосферы в целом. Биология, а также история культуры показали, что процесс развития не универсален и не однороден. Если рассматривать крупные линии развития (такую, например, как органическая эволюция), то внутри них просматривается диалектическое взаимодействие разнонаправленных процессов: общая линия прогрессивного развития (прогресс) переплетается с изменениями, которые образуют так называемые тупиковые ходы эволюции или даже направлены в сторону регресса. Ранее термином "прогресс" обозначали направление эволюции в сторону усложнения строения. Ч. Дарвин понимал прогресс как выражение растущей приспособленности организмов к окружающим условиям и их победы в борьбе за существование.
Ясность в применении термина "прогресс" внес А.Н. Северцов (1914, 1925, 1939), предложивший различать биологический и морфофизиологический прогресс. Биологическим прогрессом он назвал вызванное приобретением нового приспособления увеличение численности данной группы (вида, рода и т.д.), ее расселение за границы ареала и разделение на новые группы (увеличение числа популяций, подвидов -- в пределах вида, видов -- в пределах рода). Биологический прогресс может достигаться благодаря коренным усовершенствованиям организации и частным адаптивным изменением строения, а также на путях упрощения организации.
Главная особенность морфофизиологического прогресса заключается в накоплении и гармоничном сочетании приспособлений, имеющих очень широкое, часто универсальное значение (эволюция скелета, мозга и сердца у позвоночных, развитие терморегуляции и т.п.). Следствиями морфофизиологического прогресса является повышение выживаемости и эволюционной пластичности вида, приспособленности особей, видов и т.д. В последующем стали выделять прогресс общий и частный. Общий -- характеризуется сочетанием эволюции органов путем увеличения числа функций с интенсификацией как старых, так и новых функций (например, эволюция пятипалой конечности стегоцефала до руки человека). Частный прогресс характеризуется преимущественной интенсификацией функций при уменьшении их числа (например, эволюция четырехпалой конечности предков копытных до конечности современных парно- и непарнокопытных). С точки зрения биоэнергетики и совершенства конструкции органов и организмов выделяют биотехнический прогресс, измеряемый такими показателями, как экономичность, эффективность, надежность. Биологическим регрессом А.Н. Северцов назвал снижение численности особей в пределах вида или какой-либо другой группы, сокращение ее ареала (т.е. части земной поверхности, в пределах которой встречается тот или иной вид, род, семейство и т.д. животных или растений), количества местообитаний и подгрупп.
Такой регресс может завершиться вымиранием группы или превращением ее в редко встречающуюся реликтовую форму. В природе биологический регресс одних, менее конкурентоспособных групп нередко обусловливает процветание других. Морфофизиологический регресс -- процесс частичной или полной утраты отдельных органов и систем органов, утративших приспособительное значение. Существуют три направления морфофизиологического регресса: 1) утраченные образования заменяются новыми, более совершенными; 2) утрата одних признаков ведет за собой возникновение новых более соответствующих новой среде обитания (замена жабер легкими и т.д.); 3) утрата структур и функций без замены новыми. Первые два направления морфофизиологического регресса приводят к усложнению организации или поддержанию ее на прежнем уровне, и является необходимым условием эволюционного прогресса. Третье направление ведет к общему упрощению организации, т.к. регресс затрагивает всю организацию индивида. Такое направление эволюции А.Н. Северцов назвал общей дегенерацией... В своих публикациях советские биологи много места уделили вопросам воспроизведения (репродукции организмами себе подобных, обеспечение непрерывности и преемственности жизни). Можно сказать, что взгляды на "воспроизводство живого" после 50-х годов почти не изменились, если, конечно, не учитывать вопрос передачи генетической информации. У организмов, обладающих клеточным строением, в основе всех форм размножения лежит деление клетки. Основных способов размножения -- три: бесполое, вегетативное и половое. При бесполом размножении организм развивается из одной клетки, не дифференцированной в половом отношении. При вегетативном размножении начало новому организму дают многоклеточные зачатки, иногда сложно дифференцированные. Половому размножению предшествует образование половых клеток (гамет); само размножение сводится к их слиянию в зиготу -- оплодотворению, сопровождающемуся объединением не только цитоплазмы гамет, но и их ядер. Начало периода размножения в одних случаях совпадает с прекращением роста, в других -- не влечет за собой остановки роста индивидуума и прекращается только с наступлением старости или продолжается до смерти организма, в-третьих -- начинается через несколько лет после прекращения роста. Размножение бывает однократным или многократным. Для одноклеточных организмов, размножающихся делением, а также для однолетних и двулетних растений размножение одновременно является завершением их жизненного цикла. Некоторые многолетние растения, а также некоторые виды рыб размножаются один раз в жизни. Значительно чаще в растительном и животном мире наблюдается многократное размножение. Каждому виду свойственна определенная интенсивность размножения, меняющаяся иногда в довольно широких пределах в зависимости от условий существования. Бесполое размножение простейших животных происходит путем деления надвое. У некоторых из них продукты деления не разъединяются и в результате возникают колонии. Кроме деления надвое существуют и другие формы бесполого размножения простейших (например, множественное деление). Вегетативное размножение многоклеточных животных осуществляется в самых разных формах. Способностью к нему обладают преимущественно низшие -- губки, кишечнополостные, плоские черви, мшанки. Вегетативное размножение осуществляется чаще почкованием, реже -- делением тела на равные участки. У кишечнополостных и мшанок незавершенное вегетативное размножение приводит к образованию колоний. При половом размножении основной процесс -- слияние гамет. При этом в зиготе объединяется несущий наследственную информацию хромосомный комплекс, происходящий от обоих родителей. Возникновение полового процесса на основе более примитивного бесполого размножения явилось в эволюции прогрессивным фактором, повысившим наследственную изменчивость и, соответственно -- темп эволюции. Гаметы несут одинарный набор хромосом, т.е. они гаплоидны. Зигота -- диплоидна. Она обладает парным набором хромосом. Образованию гамет предшествует мейозное деление (см. выше). Само размножение, как указывалось выше, сводится к слиянию (оплодотворению) гамет. У некоторых животных (членистоногие, насекомые, моллюски) развитие половой клетки в определенных условиях происходит без оплодотворения. Для многих животных характерно закономерное чередование разных форм размножения, которое может сочетаться с чередованием морфологически различных поколений (например, в классе гидроидных полипы почкуются и образуют колонии, на которых развиваются медузы). Количество потомства, возникающего при размножении, варьирует в широких пределах (например, слоны рождают одного детеныша в 3-4 года, треска выметывает до 10 млн., а луна-рыба до 300 млн. икринок за один нерест). Особенно велика плодовитость паразитических животных. Для растений, наряду с половым, характерно многообразие способов бесполого и вегетативного размножения. Последнее осуществляется путем развития новых особей из вегетативных органов или их частей, иногда из особых образований, возникающих на стеблях, корнях или листьях и специально предназначенных для вегетативного размножения. У высших растений в основе вегетативного размножения лежит способность к регенерации. Бесполое размножение многих растений происходит при помощи образования подвижных или неподвижных спор. Спорообразование у высших растений (кроме семенных) -- обязательная фаза их жизненного цикла, правильно чередующаяся с половым размножением. Последнее имеется у большинства растений и выражено крайне разнообразно. Семенным растениям присущ особый тип размножения -- семенной, при котором формируются семена-зачатки, обеспечивающие наиболее эффективное расселение вида.
Рост живой системы -- увеличение массы индивидуума за счет увеличения числа клеток, массы клеток и неклеточных образований -- связан с процессами анаболизма и катаболизма при обмене веществ и преобладании первого над вторым. У животных в процессе индивидуального развития рост тесно связан с качественными изменениями (возникновением различий между однородными клетками и тканями в ходе развития, т.е. с так называемой дифференцировкой). Последняя имеет место как в процессе зародышевого развития (главным образом), когда из одинаковых неспециализированных эмбриональных клеток образуются органы и ткани с различными по форме и функции клетками, так и в органах взрослого организма. Дифференцировка выражается в изменении как формы клеток, их внутреннего и внешнего строения и взаимосвязей, так и их функциональных свойств. На ход дифференцировки оказывает влияние ряд гормонов. Молекулярно-генетическая основа дифференцировки -- активность специфичной для каждой ткани генов. В каждой клетке, в том числе и дифференцированной, сохраняется весь генетический аппарат (все гены). Однако, активна в каждой ткани лишь часть генов, ответственных за данную дифференцировку.
Активность определенных генов приводит к синтезу соответствующих белков, определяющих дифференцировку (так в эритробластах синтезируется белок красных кровяных клеток -- гемоглобин, в мышечных клетках -- миозин и т.д.). Предполагается, что решающую роль в определении формы клеток, их способности к соединению друг с другом, их движениях в ходе дифференцировки имеют белки клеточной поверхности. Рост и дифференцировка часто осуществляются асинхронно, но не исключают друг друга. Показателями роста обычно служат изменения массы (весовой рост) или линейных размеров (линейный рост) особи или органа. Скорость роста выше у молодых животных и обычно снижается с возрастом. Одни животные растут в течение всей жизни, хотя в зрелом возрасте темп роста может быть низок (например, моллюски, рыбы, земноводные), у других -- рост прекращается к определенному возрасту (например, высшие насекомые, птицы). У млекопитающих четко разграничены эмбриональный и постэмбриональный периоды, периоды до и после наступления половой зрелости. Для роста на всем его протяжении характерна ритмичность -- сезонные и суточные ритмы. Сезонные -- отражаются в формировании годовых слоев в скелетных структурах; суточные ритмы прослеживаются по частоте деления клеток и по изменениям размеров целого организма. Имеются ритмы роста и иной периодичности, например, 15-суточные ритмы роста морских моллюсков, связанных с минимальным и максимальным приливами. На характер роста влияют как генетические факторы, так и факторы внешней среды. Наследственность роста определяется совокупным действием многих генов, некоторые аномалии роста (карликовость, укорочение конечности и др.) -- действием отдельных генов. Наиболее важные факторы внешней среды, влияющие на рост -- обеспеченность пищей, температура, влажность (для наземных животных), соленость воды (для водных животных), плотность популяции. Неблагоприятное влияние внешней среды угнетает рост (вплоть до его остановки), но после прекращения действия угнетающего фактора рост может возобновиться в высоком темпе; в этом случае животное достигает нормальных размеров. Регуляция роста осуществляется главным образом действием гормонов, в частности у позвоночных животных -- гормонами гипофиза, щитовидной, вилочковой и половых желез. Рост у растений -- необратимое увеличение размеров и массы тела, связанное с новообразованием структурных элементов организма. Характер роста зависит от всей совокупности совершающихся в растении процессов обмена веществ. Рост в целом складывается из роста клеток, тканей и органов. У высших растений различают три этапа роста: эмбриональный (деление клетки, новообразование компонентов протоплазмы), растяжение (увеличение размеров клеток в длину и утолщение клеточных стенок) и дифференцировки (образование из локальных зон основных типов тканей). Общее свойство роста -- его ритмичность. Существуют ритмы роста, как зависящие от изменений внешних факторов среды, так и эндогенные, контролируемые внутренними факторами и закрепленные генетически в процессе эволюции. Процессы роста прерываются продолжительными периодами его торможения, наступление которых в северных широтах связано с концом лета и приближением зимы. Иногда наблюдается как бы остановка роста, однако и в это время в растении могут протекать процессы возникновения и развития органов, систем и частей тела. Процессы роста у растений регулируются при обмене веществ, гормонами роста растений (фитогормонами).
Одним из проявлений жизнедеятельности организмов являются движения. У животных и человека они обеспечивают возможность активного взаимодействия со средой, в частности перемещение с места на место, захват пищи и др. Движения осуществляются при помощи специальных органов, строение которых своеобразно у разных животных и зависит от разновидности их движений в пространстве (плавание, полет, ходьба, бег и т.д.) и условий окружающей среды (наземная, водная, воздушная). Это могут быть ложноножки (медленное перетекание протоплазмы -- амебовидное движение), реснички и жгутики -- ресничное и жгутиковое движения и т.д. Наиболее распространенная конструкция органов движения -- конечности, представляющие систему рычагов, приводимую в движение сокращениями мышц. Некоторые водные животные (губки, кораллы и др.), ведущие неподвижный образ жизни, используют реснички и жгутики для того, чтобы приводить в движение окружающую их среду, доставляющую им пищу. Перемещения животных могут осуществляться путем: 1) движение по твердой или жидкой опоре (ходьба, бег, прыжки, ползание, скольжение); 2) свободного движения в воде -- плавание; 3) свободного движения в воздухе -- летание. Во всех случаях, движение -- результат взаимодействия внешних по отношению к организму сил (сила тяжести, сопротивление среды) и внутренних сил (напряжение мышц, движение протоплазмы). Целенаправленные движения возможны лишь при согласованной работе мышц, координация которых осуществляется нервной системой. Движения в воздухе и воде может быть и пассивным. Так, например, для перемещения на большие расстояния некоторые пауки выпускают паутинки и уносятся воздушными течениями. К пассивному движению относится и парение, наблюдаемое у птиц, использующих воздушные течения. Некоторые водные животные имеют приспособления, обеспечивающие поддержание их тела во взвешенном состоянии (воздушные пузыри в колониях сифонофор и др.). Активное движение в воде осуществляется с помощью специализированных гребных устройств (от волосков и жгутиков, до видоизмененных конечностей водяных черепах, птиц, ластоногих), изгибаниями всего тела (большинство рыб, хвостатых земноводных), реактивным способом -- выталкиванием воды из полостей тела (медузы, головоногие моллюски и др.).
Активное движение в воздухе -- летание -- свойственно большинству насекомых, птиц и некоторым млекопитающим (летучие мыши). Передвижение по воздуху лягушек и таких млекопитающих, как, например, белки-летячие не является летанием. Это -- удлиненный планирующий прыжок, осуществляемый при помощи удлиненных грудных плавников, межпальцевых перепонок ног и т.д. Биологи ссылаются на Дарвина, показавшего, что в ходе эволюции, в процессе естественного отбора, закреплялись те виды движения и конструкции аппаратов движения, которые оказались жизненно необходимыми и полезными для вида. Важный этап на этом пути -- возникновение жесткого скелета и поперечнополосатой мускулатуры, появившиеся у позвоночных животных. Это повлекло за собой усложнение в строении нервной системы, обеспечило разнообразие движений, расширило жизненные возможности организмов. Движения человека отличаются большим разнообразием. Здесь и движения, связанные с вегетативными функциями (кровообращение, дыхание, пищеварение, выделения, размножение и т.д.) и перемещения, движения трудовые, бытовые, спортивные, а также движения, связанные с речью и письмом. Установлено, что мышцы, осуществляющие движения, рефлекторно управляются импульсами из ЦНС. Основные движения перемещения, будучи унаследованными, развиваются в ходе индивидуального развития и вследствие постоянных упражнений. Овладение новыми движениями сложный процесс формирования новых условнорефлекторных связей и их упрочения.
Важнейшая роль в регуляции движений принадлежит сигналам, поступающим в нервную систему от расположенных в мышцах, сухожилиях и суставах проприоцепторов (чувствительных нервных окончаний, мышечных веретен), сообщающих о направлении, величине и скорости совершающихся движений. При этом происходит активация рефлекторных дуг в разных частях нервной системы, взаимодействие которых обеспечивает координацию движений. Движения у растений делятся на два основных типа: 1) пассивные и 2) активные. Пассивные (гигроскопические) движения связаны с изменением содержания воды в коллоидах, составляющих оболочку клетки. У цветковых растений гигроскопическое движение играет большую роль при распространении семян и плодов. У растущей в аравийской пустыне иерихонской розы в сухом воздухе веточки свернуты, а в сыром -- развертываются, отрываются от субстрата и переносятся ветром. В основе активных движений лежат явления раздражимости и сократимости белков цитоплазмы растений, а также ростовые процессы. Воспринимая влияния окружающей среды, растения реагируют на них усилением интенсивности обмена, ускорением движения цитоплазмы, а также ростовыми и другими движениями.
Живые организмы обладают способностью отвечать на воздействие внешней среды изменениями своего состояния или деятельности. Это свойство организмов называется раздражимостью (возбудимостью).
У животных этой способностью обладают все живые клетки от простейших одноклеточных организмов до нервных клеток человека, которые, воспринимая изменения внешней среды, отвечают на эти изменения реакцией возбуждения. При возбуждении живая система переходит из состояния относительного физиологического покоя к деятельности (например, сокращение мышечного волокна и др.). В основе возбуждения лежат сложные физико-химические процессы. Начальный пусковой момент возбуждения -- изменение ионной проницаемости и электрических потенциалов клеточной мембраны. В последней существуют особые молекулярные структуры, обладающие специфической чувствительностью к действию тех или иных раздражителей: электрическому току; химическим, механическим, термическим и др. воздействиям. Наиболее полно изучено возбуждение в нервных и мышечных клетках, где оно сопровождается возникновением потенциала действия (ПД), способного без затухания распространяться вдоль всей клеточной мембраны. Это свойство ПД обеспечивает быструю передачу информации по периферическим нервам в нервные центры и от них к исполнительным органам -- мышцам и железам. ПД возникает только после достижения раздражителем пороговой величины. Распространяющийся импульс -- не единственная форма возбуждения. В определенных участках нервных и мышечных клеток позвоночных животных и в некоторых клетках беспозвоночных -- возбуждение имеет местный характер. Так же как и ПД, местное возбуждение связано с избирательным повышением ионной проницаемости мембраны и проявляется в виде отрицательного колебания поверхностного потенциала. Однако, в отличие от ПД, местное возбуждение не имеет порога и варьирует по амплитуде и длительности в зависимости от силы и длительности раздражения. Деполяризация мембраны, сопровождающая местное возбуждение, служит раздражителем для соседних участков мембраны, способных к генерации распространяющегося ПД. При достижении местным возбуждением пороговой величины возникает потенциал действия. Местное возбуждение более тонко отражает характеристики раздражителя (его силу, скорость нарастания и падения, длительности) чем ПД, возникновение которого служит лишь сигналом достижения раздражителем пороговой величины. С другой стороны, способность ПД к быстрому, незатухающему распространению делает его наиболее адекватным для передачи информации по длинным проводникам. При этом информация о силе, длительности и крутизне изменений раздражителя кодируется частотой нервных импульсов, изменением этой частоты во времени и длительностью всего "залпа" ПД. Механизм генерации и проведения нервных импульсов, совершенствуясь в процессе эволюции организмов, достиг наибольшего развития у теплокровных животных и человека. У растений раздражителями могут быть различные агенты, но особенно чувствительны растительные организмы к таким жизненно важным факторам, как свет, температура, сила тяжести, влажность, аэрация, концентрация и состав солей, кислотность и щелочность почвенного раствора. Свойством раздражимости обладают все живые клетки растений, но наиболее чувствительны к указанным раздражителям верхушки побегов и кончики корней, с которых возбуждение передается в зоны роста этих органов и вызывает изменения в направлении их роста. Явления раздражимости у растений и животных имеют много общего, хотя их проявления у растений резко отличается от привычных форм двигательной и нервной деятельности животных. В ответ на раздражения у растений также возникает состояние возбуждения -- временное усиление жизнедеятельности его клеток, тканей и органов. Степень возбуждения, как правило, пропорциональна количеству раздражения (произведению силы раздражителя на время его действия). Возбужденный участок ткани или органа приобретает по отношению к невозбужденным участкам отрицательный заряд (вследствие изменения ионной проницаемости клеточных мембран в месте раздражения). При слабых раздражениях возбуждение будет местным, при достаточно сильных -- распространяющимся на соседние клетки в виде главным образом биотоков и с участием фитогормонов. Скорость распространения возбуждения у растений зависит от вида и состояния растений. Каждая растительная клетка содержит всю генетическую программу роста и развития данного растения. Вместе с тем она, в зависимости от своей функции и специализации обладает высокой избирательной чувствительностью к внешним и внутренним раздражениям. Наследственно обусловленные потребности и изменяющиеся условия внешней среды требуют на каждом этапе развития растения сложной и согласованной деятельности всех клеток, тканей и органов. Эта согласованность достигается у растений за счет системы регуляции, включающей плазматические, гормональные, сосудистые и биоэлектрические связи и объединяющей миллиарды клеток растения в целостный организм. С появлением жизни на Земле огромную роль в круговороте веществ и энергии играют живые организмы, которые образуют в своей совокупности так называемое "живое вещество" (термин введен В.И. Вернадским 1863-1945 г.). Населяющее биосферу (охватывает почти всю гидросферу и атмосферу и углубляется на 3км.) живое вещество численно выражается в элементарном химическом составе, массе и энергии. Оно связано с биосферой материально и энергетически посредством биогенной миграции атомов в результате дыхания, питания, роста и размножения организмов. Все наружные слои земной коры переработаны жизнедеятельностью различных организмов примерно на 99%. Практически весь кислород в земной атмосфере -- есть продукт фотосинтеза растений. Благодаря своей огромной химической активности атмосферный кислород непрерывно вступает в соединения с различными элементами земной коры. Если бы не непрерывное возобновление кислорода, обусловленное жизнедеятельностью растений, он полностью исчез бы из атмосферы всего лишь за несколько тысяч лет. Главная роль в возобновлении атмосферного кислорода принадлежит планктону, которым буквально "кишат" поверхностные слои мирового океана. Следует сказать, что биосфера не только создает кислород в атмосфере Земли. Живые организмы, особенно бактерии, за сотни миллионов лет преобразили лицо Земли, разлагая даже самые стойкие химические соединения (например, алюмосиликаты и граниты, составляющие большую часть земной коры) и постепенно образуя почвы. Причина деятельности живых организмов, преобразующей лицо планеты, кроется в процессах обмена веществ, являющихся неотъемлемым атрибутом жизни. Эти процессы представляют собой химические реакции весьма большого количества типов. Складывалась и развивалась огромная способность живых существ к размножению. Основная тенденция развивающейся жизни заключается в переработке как можно большего количества "неживого вещества" с использованием его в качестве "строительного материала" для построения новых особей. Если бы этот процесс не сталкивался с суровыми ограничениями, накладываемыми самой природой, за какие-нибудь сутки масса живого вещества превзошла бы массу планеты. Количество земного вещества в земной коре, согласно подсчетам В.И. Вернадского, составляет примерно десять в пятнадцатой степени тонн. Это только в несколько тысяч раз меньше массы земной коры. Согласно теории Вернадского человек своей преимущественно технической деятельностью осуществляет биогеохимические функции, что является формой созидания и превращения веществ в биосфере, перевода последней в новое состояние -- ноосферу. Таким образом, человек становится новой геологической силой на планете. Не оспаривая по существу это утверждение, ряд ученых бьют тревогу по поводу угрожающего нарушения равновесия между человечеством и окружающей его экологической средой -- биосферой.
Проблема загрязнения атмосферы, мирового океана и внутренних водоемов, почвы и растений становиться весьма острой. Бесконтрольное стихийное развитие производств и производительных сил может привести человечество к катастрофе.
Ученые всегда считали, что происхождение жизни -- одна из центральных проблем естествознания. В конце 19 в. и в 20 веке большое распространение получили различные модификации старой гипотезы панспермии. Согласно этой концепции жизнь во Вселенной существует извечно. Живая субстанция не возникает каким-нибудь закономерным образом из неживой, а переносится тем или иным способом от одной планеты к другой. Так, например, согласно гипотезе шведского физика-химика Сванте Аррениуса (1859 -- 1927), частицы живого вещества -- споры или бактерии, осевшие на малых пылинках, силой светового давления переносятся с одной планеты на другую, сохраняя свою жизнеспособность. Если на какой-нибудь планете условия оказываются подходящими, попавшие туда споры прорастают и дают начало эволюции жизни на ней. Одним из критиков гипотезы Аррениуса является известный советский астрофизик И.С. Шкловский, который считает, что "хотя возможность переноса жизнеспособных спор с одной планеты на другую в принципе нельзя считать исключенной, трудно сейчас серьезно говорить о таком механизме переноса жизни от одной звездной системы к другой". Как считает Шкловский, современные знания о природе межзвездной среды, скорее всего, исключают возможность того, что под влиянием светового давления пылинки могут двигаться с огромной скоростью. Кроме того, сам по себе вывод об извечности жизни во Вселенной решительно противоречит существующим сейчас представлениям об эволюции звезд и галактик. Согласно этим представлениям, достаточно надежно обоснованным большим количеством наблюдений, в прошлом Вселенная была чисто водородной или водородно-гелиевой. По мере эволюции Вселенной происходит ее непрерывное "обогащение" тяжелыми элементами, которые совершенно необходимы для всех мыслимых форм живой материи. Из наблюдаемого "красного смещения" галактик следует, что в прошлом (10-15мрд. лет назад) условия во Вселенной были таковы, что существование жизни было маловероятно. Все это означает, по мнению Шкловского, что жизнь могла появиться в определенных, благоприятных для ее развития областях Вселенной лишь на некотором этапе эволюции последней и, тем самым, основное предположение гипотезы панспермии оказывается неправильным. Возвращаясь к вопросу возникновения и распространения жизни во Вселенной, Шкловский указывает, что наблюдаемая скорость "разлета" галактик приводит к выводу, что 12 млрд. лет назад вся Вселенная была сосредоточена в очень маленькой области и ее плотность была такая же, как у атомного ядра. А еще раньше, когда возраст Вселенной исчислялся долями секунды, ее плотность была значительно выше ядерной. Другими словами Вселенная представляла собой одну "каплю" ядерной или сверхъядерной плотности. По каким-то причинам "капля" пришла в неустойчивое состояние и взорвалась. Последствия этого взрыва мы наблюдаем сейчас как разлет галактик. "Означает ли это, что около 12 млрд. лет назад было "начало света" (отсюда один шаг до представления, что 12 млрд. лет назад был сотворен мир)? -- спрашивает Шкловский. "Всякие рассуждения о "начале" и тем более "сотворении мира" являются ненаучными, -- говорит Шкловский, т.к. само понятие "время" ("начало времени") при таких огромных плотностях теряет всякий смысл. Здесь должны действовать законы квантовой теории тяготения -- науки, которая пока еще не создана". "Излишне подчеркивать, -- заключает Шкловский, что в условиях такой Вселенной -- сверхплотной капли -- никакая жизнь невозможна"... Прежде чем переходить к другим гипотезам о происхождении жизни на Земле, необходимо сообщить читателю, что некоторые советские ученые на рубеже 70-х годов 20 века выступили с публикациями, в которых утверждалось, что нельзя "сводить сущность жизни главным образом к обмену веществ". По их мнению, недостаточно определить живое вещество, как сложные молекулярные агрегаты -- белковые тела, обладающие упорядоченным обменом веществ. Они считают, что существующее (общепринятое) понятие жизни можно отожествлять только с ее конкретным воплощением в конкретных условиях нашей планеты. Требуется такое определение понятия жизни, которое было бы справедливо не только для одной планеты Земля. Ученые, о которых идет речь, полагали, что возникла потребность в чисто функциональном определении понятия "жизнь", хотя не отрицали, что обмен веществ -- один из важнейших атрибутов жизни, так же как поразительное свойство "тождественного воспроизводства при помощи такого управляющего кибернетического устройства, как ДНК". Без широкого применения результатов и идей современной генетики -- "генетики на молекулярном уровне" -- невозможно решить вопрос о происхождении жизни на Земле и на других планетах", -- такова точка зрения группы ученых, среди которых можно назвать в первую очередь А.А. Ляпунова (1911-1973). Его исследования позволили сделать первые шаги в направлении функционального определения понятия "жизни". При изучении процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организмов (от простейших до самых сложных) Ляпунов исходит из представлений кибернетики. Внимательный анализ показывает, что любое проявление жизни можно перевести на язык науки об управляющих процессах. Их характерной особенностью является то, что передача по определенным каналам небольших количеств энергии или вещества влечет за собой действия, заключающиеся в преобразовании значительно больших количеств энергии или вещества. Поскольку изучением процессов управления и строением управляющих систем занимается кибернетика, вполне естественно и даже необходимо при анализе процессов жизнедеятельности исходить из представлений кибернетики. Такие биологические понятия как наследственность, раздражимость и т.д. представляют собой не что иное, как конкретизацию таких общих кибернетических понятий как: накопление и хранение информации, управляющая система, обратная связь, канал связи и т.д. А.А. Ляпунов считает, что управление, понимаемое в широком кибернетическом смысле, является самым характерным свойством жизни безотносительно к ее конкретным формам. Тем самым Ляпунов делает попытку функционально определить понятие "жизнь". Всякое вещество (в том числе "живое") может находиться в состоянии, которое описывается набором целого ряда физико-химических характеристик -- массой, химическим составом, энергией, электрическими и магнитными свойствами и др. С течением времени эти характеристики меняются.
Вещества, у которых усредненные за подходящий интервал времени значения характеристик меняются мало (по сравнению с другими веществами, обладающими примерно такими же значениями характеристик) являются "относительно устойчивыми". Причиной устойчивости могут быть либо особенно благоприятные внешние условия (например, постоянная температура внешней среды), либо внутренние реакции вещества на внешние воздействия, направленные на сохранение своего состояния. Тип устойчивости, связанный с такими внутренними ("сохраняющими") реакциями, по мнению Ляпунова, лежит в основе жизнедеятельности всех организмов. В самом деле, для жизни характерна огромная "приспособляемость", "адаптация" к внешним условиям и их изменениям. В ряде случаев живые организмы активно преобразуют окружающую их среду, создавая подходящие условия для своей жизнедеятельности. Так, например, отдельные виды микроорганизмов могут "локально" повышать температуру окружающей их среды. Можно сказать, что адаптация жизни достигается живой материей путем огромного количества "сохраняющих" реакций. На языке кибернетики сохраняющие реакции можно описать так: вещество воспринимает информацию о внешних воздействиях в виде некоторых кодированных сигналов, перерабатывает эту информацию и по определенным каналам связи посылает (также в виде "сигналов") новую информацию. Последняя вызывает такую внутреннюю перестройку самого вещества, которая способствует сохранению его характеристик. Сигналы должны носить "дискретный" характер, т.е. каждый из них может иметь конечное число возможных значений, причем число сигналов -- конечно. Материальным воплощением такого сигнала может быть некоторый физический процесс. Устройство, в котором происходит переработка информации, может быть названо "управляющей системой". Эта система состоит из большого количества "входных" и "выходных" элементов, связанных "каналами связи", передающими сигналы. Материальная система, служащая для хранения информации называется "запоминающим устройством" или "памятью". При выработке "ответов", обеспечивающих сохраняющие реакции тела на внешние воздействия, управляющая система воспринимает информацию об этих воздействиях, "расчленяет" ее на более мелкие части и "сопоставляет" с информацией, которая в ней уже "записана".
В результате и в зависимости от такого сопоставления формируется "ответная информация". Отсюда следует, что управляющая система будет тем более "гибкой", чем больше информации в ней записано, т.е. чем больше объем ее "памяти". Важным свойством сохраняющих реакций является их быстрота, которая должна быть хорошо согласована со скоростью многочисленных внешних воздействий на тело. Это требует достаточно большого объема памяти в управляющей системе. К "памяти" предъявляются высокие требования: материальные носители информации должны быть малоразмерны, хранение информации в "памяти" должно быть весьма надежным (иначе не будет обеспечена устойчивость тела.), элементы "памяти" должны обладать высокой стабильностью. Отсюда Ляпунов делает вывод, что устойчивыми материальными носителями информации могут быть отдельные молекулы, состоящие из большого количества атомов. Такие молекулы представляют собой квантованные системы (для изменения состояния подобной молекулы требуется, чтобы она поглотила достаточно большую порцию энергии -- больше 0,1 эв.). Поэтому, например, беспорядочные тепловые движения, энергия которых значительно меньше, не могут изменить состояние такой молекулы. Ляпунов характеризует жизнь как "высокоустойчивое состояние вещества, использующего для выработки сохраняющих реакций информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул". Для обеспечения возможности сохраняющих реакций организм должен обладать некоторым запасом энергии (причем этот запас должен устойчиво сохраняться). С другой стороны, благодаря действию законов термодинамики во всякой замкнутой системе энергетические уровни (определяемые, например, температурой) должны выравниваться. Следовательно, организм должен противодействовать термодинамическим процессам и это требует непрерывной затраты энергии. Вывод: для устойчивого поддержания своего состояния всякий организм должен получать энергию извне. Важной термодинамической характеристикой всякого тела является его энтропия. Если бы живое вещество представляло собой замкнутую (т.е. термодинамически изолированную) систему, в нем непрерывно увеличивалось бы содержание энтропии. Это повлекло бы за собой такое изменение его физических и химических характеристик, которые, в конце концов, прекратило бы всякую жизнедеятельность. Следовательно, живой организм должен систематически удалять накапливающуюся энтропию. Посему живое вещество должно непрерывно обмениваться с окружающей средой энергией и энтропией, что достигается с помощью обмена веществ. Сам обмен веществ регулируется управляющими системами специального назначения, использующими для этого запасы информации. Надо сказать, что такое понимание обмена веществ как способа поддержания жизнедеятельности организма является, по сути, альтернативой устоявшимся взглядам, отождествляющих жизнь с обменом веществ. Иерархии управляющих систем соответствует расчленение живой материи на клетки, органы, организмы, популяции, виды и т.д. Каждая из этих структурных единиц живой материи управляется своей "автономной" системой, "энергично воздействующей на все, что подчинено и, в свою очередь, подчиняющейся медленно действующей управляющей системе высшей иерархической единицы". Говоря о высокой устойчивости "надорганизменных" образований Ляпунов обращает внимание на то, что она возможна лишь при условии появления новых организмов, приходящим на смену старым, т.е. при условии размножения. Чтобы каждый возникший таким образом организм был устойчив, он должен иметь запас информации для обеспечения сохраняющих реакций. Совершенно невероятно, чтобы этот запас информации возник в организме самопроизвольно. Новый организм должен получать необходимый для его жизнедеятельности запас информации, а также первоначальную управляющую систему " в готовом виде". Откуда? Только от других подобных организмов, являющихся его "родителями". Отсюда следует вывод: размножение живых организмов сопровождается "самовоспроизведением" информации, передачей от "родителей к потомству". В этом пункте кибернетический подход к проблемам жизни непосредственно смыкается с достижениями молекулярной генетики, выявившими определяющую роль ДНК в передаче наследственных признаков. Огромное многообразие комбинаций четырех оснований молекулы ДНК и представляет собой тот запас информации, который передается от "родителей к потомкам". Известно, что всякая передача информации происходит на фоне помех, частично ее искажающих. Не составляет исключения и передача наследственной информации. Под влиянием таких искажений ("мутаций") может измениться действие управляющей системы. Это повлечет за собой изменение сохраняющих реакций, что, в свою очередь, приведет к изменению характера взаимодействия организма с окружающей средой.
Такие изменения могут радикально изменить (как в ту, так и в другую сторону) вероятность сохранения данного индивидуума в борьбе за существование.
Как известно, последнее обстоятельство является движущей силой естественного отбора. Рассмотренная выше логика рассуждений позволяет считать, что с помощью кибернетики можно самым общим образом и с единой точки зрения понять основные биологические категории наследственности, наследственной изменчивости и естественного отбора. В перспективе вырисовываются контуры стройной математической теории эволюции. Итак, по мнению А.А. Ляпунова, И.С. Шкловского и других ученых, ратующих за синтез развитых кибернетических и био-физико-химических представлений в понимании сущности жизни, "живое вещество" -- это сложный молекулярный агрегат, в котором имеется управляющая система, включающая в себя механизм передачи наследственной информации, обеспечивающий сохраняющие реакции следующим поколениям. Благодаря неизбежным "помехам" при передаче наследственной информации молекулярный комплекс ("организм") способен к мутациям и, следовательно, к эволюции... По поводу появления "живого вещества" на Земле существует много гипотез (одна из них -- "панспермия" -- рассмотрена выше). Если судить по энциклопедическим, справочным материалам предпочтение отдается абиогенезу (возникновение "живого" из "неживого"). "Основной, исходной гипотезой современной теории происхождения жизни является предположение, что жизнь возникла путем абиогенеза" ("Советский энциклопедический словарь" 1983). По мнению сторонников абиогенезной концепции в процессе возникновения и развития жизни на Земле можно выделить пять основных этапов: 1) Образование Земли; 2) Возникновение живых систем. Клетка; 3) Эволюция одноклеточных. Возникновение клеточной дифференциации; 4) Эволюция многоклеточных; 5) Человек.
Возникновению живого вещества на Земле предшествовала длительная и сложная эволюция химического состава атмосферы, что, в конечном итоге, привело к образованию ряда органических молекул -- "кирпичей" для строительства живого вещества. Земля, как и другие планеты, образовалась из газово-пылевого облака, химический состав которого аналогичен химическому составу Солнца. Первоначальная атмосфера Земли состояла в основном из простейших соединений водорода -- наиболее обильного элемента в Космосе, а также из инертных газов (гелий и неон). Вторичная атмосфера Земли образовалась при постепенном разогревании коры (главным образом из-за радиоактивности) и выделении из нее газов. После того как образовалась гидросфера большинство молекул аммиака (NH3) растворилось в воде. С течением времени основными молекулами атмосферы, содержащими азот, становились двухатомные молекулы азота. Благодаря распаду молекул воды под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца и главным образом в результате фотосинтеза растений постепенно формировалась современная насыщенная кислородом атмосфера Земли. Не исключено, что некоторое количество органических веществ было принесено на Землю метеоритами и кометами. Геологические и геохимические данные указывают на то, что уже 3,5мрд. Лет назад земная атмосфера была богата кислородом. Жизнь должна была возникнуть на Земле еще до того, как атмосфера стала богата кислородом, т.к. последний в основном является продуктом жизнедеятельности растений. Геологи оценивают возраст земной коры в 4,5 млрд. лет. Согласно оценке Сагана (с учетом возраста самых древних организмов -- зеленых водорослей) жизнь на Земле возникла около 4,2 млрд. лет назад. Наибольшие загадки ставит перед учеными переход от этапа образования Земли к этапу возникновения живых систем -- от этапа 1) к этапу 2). В распоряжении ученых имеется экспериментальный материал, иллюстрирующий, каким образом такие простейшие вещества как вода, метан, аммиак, окись углерода и др. превращаются в высокоорганизованные структуры, являющиеся строительными блоками клетки -- единицы живого. Имеются в виду опыты Кельвина, Миллера, Юри и других. Миллер доказал, что при прохождении электрических разрядов через смесь метана, молекулярного водорода, аммиака и паров воды (эта смесь довольно хорошо моделирует первичную атмосферу Земли) возникали глицин, аланин и др. аминокислоты, а также ряд органических соединений. Также экспериментально доказано, что в такой смеси образование органических соединений (в частности аминокислот) может происходить под воздействием ультрафиолетовой радиации. Могли иметь значения и другие источники энергии. Можно считать доказанным, что под воздействием различных форм энергии на примитивной Земле (в течение первого миллиарда лет ее истории) возникали достаточно сложно организованные органические молекулы. В синтезе органики наиболее существенную роль должны были играть электрические разряды, ударные волны, ультрафиолетовое излучение Солнца, вулканическое тепло, радиоактивный распад. На этапе возникновения живых систем и клетки можно выделить следующие подэтапы: 1) эволюция малых молекул; 2) образование полимеров; 3) возникновение каталитических функций; 4) самосборка молекул; 5) возникновение мембран и доклеточная организация; 6) возникновение механизма наследственности; 7) возникновение клетки. Наиболее изученным подэтапом является эволюция малых молекул, абиогенный синтез нуклеотидов (Шрамм), термическая полимеризация аминокислот (Фокс) и т.д. Многочисленные эксперименты по абиогенному синтезу продемонстрировали возможность образования основных классов биологически активных соединений в условиях, моделирующих природные условия, существовавшие на примитивной Земле. Оказалось, однако, что "победу" праздновать рано. До сих пор не воспроизведено в лабораторных условиях возникновение механизма матричного копирования, реализуемого в живой клетке нуклеиновыми кислотами. Между тем, по-видимому, в этом состоит суть проблемы возникновения жизни на Земле. Кроме того, образование даже самых сложных молекул не решает вопроса об отборе и сохранении определенных типов молекулярных соединений, т.к. на определенной стадии усложнения структуры молекул возникает так называемый возвратный катализ -- разрушение молекулы. Поскольку поток солнечного излучения в области длинных волн значительно превосходит поток ультрафиолетового излучения, стимулирующего синтез первичных органических соединений, последние будут разрушаться и какого-либо накопления их происходить не должно. В этом смысле заслуживает внимания идея "локального" возникновения жизни на Земле в местах земной поверхности, где среда была чрезвычайно благоприятна для эволюции сложных молекул. Речь идет о гипотезе Л.М. Мухина, предполагающей, что жизнь возникла в области подводных вулканов, о высказанной Д. Берналом мнении, что жизнь могла зародиться в иле небольших лагун. Кстати, предположение Д. Бернала было подтверждено экспериментально (полимеризация молекул ускорялась за счет катализационного действия микроскопических частиц ила) Оказалось также, что сложные органические молекулы лучше "сопротивляются" разрушительному воздействию ультрафиолетовых лучей (а также нагреву) чем простые молекулы. Получалось, что сложные молекулы должны "выживать", а более простые -- разрушаться, т.е. имел место "естественный отбор" в неживой материи. Наряду с указанным "естественным отбором", приводящим к преимущественному образованию сложных органических соединений, следует предположить "сливание" таких молекул в целые молекулярные агрегаты, насчитывающие сотни тысяч и миллионы молекул. Такие образования -- "коацерватные капли" по мнению А.И. Опарина при определенных условиях могли дать начало образованию первичных живых систем.
Как показали лабораторные исследования, коацерватные капли обладают свойством улавливать и впитывать в свою структуру некоторые вещества из окружающей их низкомолекулярного раствора. В этом Опарин усматривает зачаточные формы процесса обмена веществ -- важнейшего, по его мнению, атрибута жизни. Опарин также считает, что в мире коацерватов имеют место аналоги процесса естественного отбора. Однако, как считает С.И. Шкловский, с гипотезой Опарина трудно согласиться, т.к. наличие аналогов обмена веществ и "естественного отбора" у коацерватов еще не есть доказательство того, что они могли привести к образованию первых примитивных живых организмов. Шкловский пишет: " Основными свойствами всякого живого организма, помимо обмена веществ, является наличие "копировальной системы" и "кода", который передает по наследству все характерные признаки данной особи. Между тем у коацерватов ничего подобного нет. Гипотеза Опарина не объясняет, как произошел качественный скачок от неживого к живому. Только привлечение основных представлений современной молекулярной биологии, а также кибернетики может помочь решению этой важнейшей, основной проблемы. Важным вопросом является возможность синтеза ДНК в естественных условиях первобытной Земли". Шкловский считает, что некоторый свет на пути возникновения пи развития живых существ от более простых форм управления и примитивной жизни к более сложным формам проливает открытие у вируса табачной мозаики (и у некоторых других вирусов) не двух, а только одной нуклеиновой кислоты, более простой -- РНК. Эта РНК оказалась способной осуществлять функции обеих нуклеиновых кислот -- передачи наследственной информации (ДНК) и превращения этой информации в реальные молекулы белка, т.е. непосредственный синтез (РНК).
Можно допустить, что обе нуклеиновые кислоты произошли от одной общей более примитивной молекулы. Усложняясь и специализируясь в процессе эволюции, эта "прануклеиновая" кислота превратилась в функционально различные типы молекул ДНК и РНК. Возможно, что вирусы, содержащие только одну РНК (филогенетически более ранее образование) следует рассматривать как современные модификации древней, примитивной формы жизни. "Если небелковая ("неживая") молекула РНК в подходящей среде образует живые вирусные тела, то не на этом ли пути можно обнаружить "мостик" между неживой и живой природой?" -- задается вопросом И.С. Шкловский... Из других гипотез возникновения жизни можно отметить гипотезы о внеземном, искусственном происхождении жизни. Имеются ввиду гипотетическая возможность занесения живых спор и микроорганизмов во время посещения безжизненной планеты недостаточно стерилизованным инопланетным космическим кораблем или гипотеза более радикального свойства -- жизнь могла возникнуть как результат сознательного эксперимента высокоорганизованных космонавтов, некогда посетивших планету. Можно даже предположить, что подобное "насаждение жизни" в "плановом порядке" является нормальной практикой высокоразвитых цивилизаций, разбросанных в просторах Вселенной. Вместо того чтобы пассивно ожидать "естественного", самопроизвольного возникновения жизни на подходящей планете -- процесса, возможно, весьма маловероятного, высокоразвитые галактические цивилизации как бы планомерно сеют посевы жизни во Вселенной.
Раздел 4
Биология в постсоветской России
"Путешествуя" вместе с автором книги по страницам различных научных публикаций читатель, смею надеяться, почерпнул для себя некоторые сведения, касающихся научных взглядов на жизнь Читатель мог лишний раз убедиться в безусловном влиянии советского тоталитарного режима и большевистской идеологии на состояние и развитие научной мысли в СССР, в частности в том, что касается естественных наук. К счастью, ни наличие "железного занавеса", ни всевозможные ограничения контактов с зарубежными учеными, ни репрессии не в состоянии были полностью изолировать советскую биологию от "тлетворного" влияния буржуазного Запада. После известных "прорывов" на генетическом и кибернетическом фронтах для советской биологической науки наступило время позитивных перемен (несмотря на сохранявшийся пресс марксистско-ленинских научно-философских догм). Распад советского государства "развитого социализма" означал наступление "Его Величества -- рынка". Однако рыночные отношения очень быстро обрели криминальную форму. Национальные богатства, созданные многими поколениями в одночасье были захвачены группами бывшей партийной номенклатуры и мафиозными структурами. Им, по большому счету, наука не нужна -- они заняты разделом и переделом собственности. Наука старается приспособиться к новым условиям, но, освободившись от идеологической зависимости, она все больше попадает в зависимость материальную. "Серьезная", фундаментальная наука претерпевает резкий спад из-за недостаточного финансирования. Эмиграция российских ученых принимает катастрофические размеры. Не покинувшие Родину ученые-энтузиасты продолжают работать в некогда знаменитых академических и отраслевых институтах за мизерную зарплату. Масштабная коммерциализация науки принимает угрожающий и часто преступный характер. Страшным примером являются операции с эмбрионами, торговля неродившимися младенцами. Целый ряд НИИ, больниц оказались втянутыми в преступную деятельность. Легализовано на государственном уровне использование тканей эмбрионов человека в клиниках России. Кремлевский медицинский центр использует неродившихся младенцев для "нужд "Кремля", для "омолаживания" президента страны. Наука все больше превращается в бизнес, живущий по мафиозным законам -- угрозы, подкуп, шантаж, разборки, физическое устранение конкурентов и т.д. В стране господствует философия примирения (соединения) науки и религии, вмешательства Русской православной церкви в дела государства и общества, "соединения культа Бога и культа злата". Коммунистические ортодоксы (в том числе от науки) ратуют за многообразие форм собственности и приветствуют частную капиталистическую. Такие атрибуты свободного рынка как относительная свобода научных взглядов, отсутствие официальных научных доктрин и т.д. не "приживаются" в условиях "криминала" и усиления "вертикали власти". Все больше в ходу псевдонаучные публикации в СМИ, способные поразить воображение и вызвать нездоровый интерес, принести известность и материальные дивиденды авторам... Итак, после окончания эры советского тоталитаризма и эпохи "развитого социализма" наступило время свобод криминального рынка и "управляемой демократии". Невиданная коррупция охватила все слои общества. Борьба с сепаратизмом приняла форму затяжной кровавой войны и геноцида. Террористические акты и повседневные заказные убийства. Господство монополий, обнищание большей части населения России...Таковы вкратце условия, при которых российская биология вступила в третье тысячелетие. Условия, не позволяющие постсоветской России участвовать в масштабных проектах расшифровки генома человека, использовании достижений генной инженерии, качественном изменении медицинской науки на генетической основе, развитии биотехнологий и т.д.
Если судить по справочным (энциклопедическим) материалам, то может показаться, что научные взгляды российских биологов на жизнь мало чем отличаются от представлений их советских предшественников (70-х --80-х годов). Наглядной иллюстрацией является полное совпадение текстов "Советского энциклопедического словаря" изд.2 1983 г. и "Большого энциклопедического словаря" изд. 1997 г., относящихся к определению жизни. "Жизнь -- одна из форм существования материи, закономерно возникающая при определенных условиях в процессе ее развития. Организмы отличаются от неживых объектов обменом веществ, раздражимостью, способностью к размножению, росту, развитию, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, приспособляемостью к среде и т.п. Полагают, что жизнь возникла путем абиогенеза"... Ниже приводятся современные базисные воззрения российской биологии на жизнь и ее признаки.
Обмен веществ российские биологи-энциклопедисты характеризуют следующим образом. Обмен веществ (метаболизм) представляет собой совокупность всех видов превращений веществ и энергии в организмах. При этом обеспечивается развитие, жизнедеятельность и самовоспроизведение организмов, их связь с окружающей средой и адаптация к изменениям внешних условий. Основу обмена веществ составляют взаимосвязанные процессы анаболизма и катаболизма, направленные на непрерывное обновление живого материала и обеспечение его энергией. Анаболизм (ассимиляция) -- химические процессы, направленные на образование и обновление в организме структурных частей, клеток и тканей, заключается в синтезе сложных молекул из более простых с накоплением энергии. Наиболее важный процесс анаболизма, имеющий планетарное значение -- фотосинтез. Катаболизм (диссимиляция) -- противоположный анаболизму процесс. Это -- совокупность, протекающих в живом организме ферментативных реакций расщепления сложных органических веществ (в том числе -- пищевых). В процессе катаболизма происходит освобождение энергии, заключенной в химических связях крупных органических молекул и запасание ее в форме богатых энергией фосфатных связей. К катаболическим процессам относятся дыхание, гликолиз, брожение. Основные конечные продукты катаболизма -- вода, CO2, NH3, мочевина, молочная кислота. Анаболические и катаболические процессы осуществляются путем последовательных химических реакций с участием ферментов. Для каждого вида организмов характерен особый, генетически закрепленный тип обмена веществ, зависящий от условий его существования. Интенсивность и направленность обмена веществ в клетке обеспечивается путем сложной регуляции синтеза и активности ферментов, а также в результате изменения проницаемости биологических мембран.
В организме человека и животных имеет место гормональная регуляция обмена веществ, контролируемая центральной нервной системой (ЦНС). Генетически обусловленные нарушения обмена веществ служат причиной многих наследственных заболеваний. Суждения современной биологии о генетике (науке о законах наследственности и изменчивости организмов и методы управления ими) сводятся к нижеследующему. В зависимости от объекта исследований различают генетику микроорганизмов, растений, животных и человека, а от уровня исследований -- молекулярную генетику, цитогенетику (изучение на уровне клетки и субклеточных структур -- главным образом хромосом и др.). Основы современной генетики заложены Г. Менделем, открывшим законы дискретной наследственности (1865) и школой Т.Х. Моргана, обосновавшей хромосомную теорию наследственности (1910). В СССР в 20-30-х годах 20 в. выдающийся вклад в генетику внесли работы Вавилова, Кольцова, Четверикрва, Серебровского и др. В середине 30-х годов и особенно после сессии ВАСХНИЛ (1948) в советской генетике возобладали антинаучные взгляды Т.Д. Лысенко (безосновательно названные им "мичуринским учением"), что вплоть до 1965 года остановило ее развитие и привело к уничтожению крупных генетических школ. Быстрое развитие генетики в этот период за рубежом, особенно молекулярной генетики во второй половине 20-го века, позволило раскрыть структуру генетического материала, понять механизмы его работы. Для современной генетики характерны понятия генетической информации, хромосомных генетических карт, универсального генетического кода, генной инженерии, биотехнологии и т.д. Генетическую информацию составляют программы о составе, строении и характере обмена составляющих органических веществ. Эти программы, получаемые от предков, заложены в наследственных структурах в виде совокупности генов. Современная генетика позволяет прогнозировать характер наследования изучаемых признаков организмов с помощью генетических карт хромосом -- схем относительного расположения генов в хромосомах. Известно, что гены несут информацию о строении тела, свойствах характера, психологическом типе, наследственных заболеваниях и т.д. Генетический аппарат располагает универсальной системой записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов -- генетического кода. Последний обладает универсальной единицей -- кодоном, а также универсальным способом реализации во всех живых клетках.
При этом используются аминокислоты, РНК и ДНК. Упомянутые аминокислоты (органические соединения, обладающие свойствами и кислот и оснований) участвуют в обмене азотистых веществ всех организмов. Они являются многомерными звеньями, из которых построены все белки. Порядок включения аминокислот определяет генетический код. Высокомолекулярные органические соединения РНК участвуют в реализации генетической информации в клетках всех живых организмов. Носители генетической информации -- ДНК содержатся в ядрах клеток всех живых организмов. ДНК -- природные соединения, макромолекулы которых содержат большое число повторяющихся звеньев. Расшифровка генетического кода, т.е. нахождение соответствия между кодонами (единица генетического кода, состоящая из трех последовательностей нуклеотидов в молекуле ДНК или РНК) и аминокислотами осуществлялась американскими биохимиками М. Ниренбергом, С. Осов и др. в 1961-1965 годах 20-го века. Геном человека расшифрован группами Коллинза и Вентера в 2000 году. Идеи и методы генетики находят применение во всех областях человеческой деятельности, связанной с живыми организмами. Ее достижения привели к развитию генетической инженерии и биотехнологии. Генетическая (генная) инженерия, возникшая в начале 70-х годов 20-го века, являет собой методы молекулярной биологии и генетики, связанные с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Генная инженерия основана на извлечении из клеток какого-либо организма гена (кодирующего нужный продукт) или группы генов, на соединении их со специальными молекулами ДНК, способными проникать в клетки другого организма (главным образом -- микроорганизмов) и размножаться в них. Генная инженерия открывает новые пути решения ряда проблем генетики, медицины и сельского хозяйства. С помощью генной инженерии был получен ряд биологически активных соединений -- инсулин, интерферон и т.д. Наряду с клеточной инженерией генная инженерия лежит в основе современной биотехнологии, которая использует живые организмы и биологические процессы в промышленном производстве. Имеет место развитие микробиологического синтеза ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков др. Перспективно получение гормональных препаратов и соединений, стимулирующих иммунитет с помощью генной инженерии, культуры животных и растительных клеток.
Важнейшую координирующую роль в обмене веществ организмов играет нервная система. Современная биология рассматривает нервную систему как совокупность сложных образований, к которым относятся: 1) Рецепторы -- окончания чувствительных нервных волокон или специализированные клетки, преобразующие раздражения (воспринимаемые извне или из внутренней среды организма) в нервные возбуждения, передаваемые в ЦНС; 2) Нервы -- тяжи нервной ткани, образованные главным образом нервными волокнами. Они связывают мозг и нервные узлы с другими органами и тканями тела, формируют в своей совокупности периферическую и вегетативную нервную систему (регулирующую деятельность органов кровообращения, дыхания, пищеварения, выделения, размножения, обмена веществ и т.д.; 3) Ганглии -- нервные узлы скопления нервных клеток (нейронов), нервных волокон и тканей. Перерабатывают и интегрируют нервные сигналы. Ганглии расположены по ходу краев нервных стволов и в стенках внутренних органов (у человека и позвоночных). У беспозвоночных ганглии выполняют функции ЦНС; 4) Мозг -- центральный отдел нервной системы животных и человека. Состоит из серого вещества, представляющего собой скопления главным образом нервных клеток, и белого вещества -- скопления главным образом нервных волокон, включающего в свой состав (у позвоночных) головной и спинной мозг. Нервная система осуществляет восприятие действующих на организм раздражителей, проведение и обработку возникающих возбуждений, формирование ответных приспособительных реакций. Возбуждения -- нервные импульсы, распространяющиеся по нервному волокну в ответ на раздражение нейронов, обеспечивают передачу информации от рецепторов в ЦНС и от нее к исполнительным органам (мышцам, железам). Проведение нервных импульсов обусловлено способностью мембран нейронов изменять свой электрохимический потенциал. Межнейронная передача нервных импульсов, происходящая в области связей нейронов друг с другом и с клетками исполнительных органов, осуществляется со скоростью от 0,5 до 120 метров в секунду. Нервная система регулирует и координирует все функции организма в его взаимодействии со средой. Основной частью нервной системы животных и человека, как известно, является ЦНС с большими полушариями головного мозга. Кора больших полушарий головного мозга -- высший отдел ЦНС, регулирующий и координирующий все жизненно важные функции организма при его взаимодействии с внешней средой. Кора больших полушарий -- материальный субстрат высшей нервной деятельности, в основе которой лежат условные рефлексы (выработанные в течение жизни) и сложные безусловные рефлексы (врожденные) -- инстинкты, эмоции и др. Для высшей нервной деятельности человека характерно наличие не только первой сигнальной системы, свойственной и животным, но и второй сигнальной системы, связанной с речью и свойственной только человеку. Учение о высшей нервной деятельности создано И.П.Павловым.... Несмотря на главенствующую роль коры больших полушарий в осуществлении высшей нервной деятельности, последняя является результатом работы мозга как единого целого. Человеческий мозг является органом мышления -- высшей ступени человеческого познания. Мышление позволяет получать знания о таких объектах, свойствах и отношениях реального мира, которые не могут быть непосредственно восприняты на чувственной ступени познания. Высшей формой психического отражения является человеческое сознание. Философия идеализма рассматривает человеческое сознание либо в качестве творца действительности (субъективный идеализм), либо утверждает существование духовного первоначала вне и независимо от человеческого сознания (объективный идеализм). Философия идеализма находится на острие критики учения диалектического материализма. В период существования СССР догматизированный материализм был провозглашен единственной теоретической основой науки, культуры и социальной жизни в целом, поставлен на службу идеологии и политики правящей коммунистической партии. Материя, согласно диалектическому материализму -- единственная основа мира. При этом сознание является одним из свойств материи. Развитие и движение -- следствие (результат) внутренних противоречий мира.
Основными законами диалектического материализма являются: единство и борьба противоположностей, переход количественных изменений в качественные, закон отрицания (единство поступательности и преемственности в развитии, возникновение нового и относительная повторяемость некоторых моментов старого, процесс развития имеет форму спирали и т.д.)... Возвращаясь к вопросам мышления, следует сказать, что его законы и формы изучаются логикой. Последняя позволяет переходить от истинных суждений-посылок к истинным суждениям-следствиям (под истинностью понимается соответствие знания действительности). Механизм протекания мышления изучаются психологией и нейрофизиологией. При этом психология выступает в качестве науки о закономерностях, механизмах фактах психической жизни человека и животных (ощущения, восприятия, эмоции, память и т.д.). Реакции человека и животных на воздействия внутренних и внешних раздражителей могут носить эмоциональный характер, т.е. иметь субъективную окраску и охватывать все виды чувствительности (болевые, температурные, вибрационные, давления и т.д.) и переживаний. Что касается эмоций, то они связаны с удовлетворением разнообразных потребностей организмов.
Как отмечает психология, большую роль в процессе мышления играет память, т.е. способность к воспроизводству прошлого опыта. Память способна длительно хранить информацию и многократно вводить ее в сферу сознания и поведения. Память включает в себя процессы запоминания, сохранения и воспроизведения (узнавание, воспоминание, собственно припоминание). Существуют различные виды памяти (например, кратковременная и долговременная, произвольная и непроизвольная и т.д.). Упомянутая выше нейрофизиология изучает функции нервной системы и ее основных структурных единиц -- нейронов... Анализ мышления в связи с моделированием некоторых мыслительных функций осуществляется с помощью кибернетики -- науки об общих законах получения, передачи, хранения и переработки информации. Человеческий мозг (наряду с ЭВМ, человеческим обществом и т.д.) является одним из примеров кибернетических систем, представляющих собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.
Как указывалось выше, отличительными признаками живых организмов, наряду с обменом веществ, являются раздражимость, размножение, способность к росту, развитию и т.п. Живые организмы обладают способностью отвечать на воздействия внешней среды изменениями своего состояния или деятельности. Это свойство организмов называется раздражимостью. Они обладают также способностью к размножению, т.е. свойством воспроизведения себе подобных, обеспечивающим непрерывность и преемственность жизни. Основные способы размножения: бесполое (в том числе вегетативное) и половое. Каждому виду организмов свойственна определенная интенсивность размножения, меняющаяся в зависимости от условий существования. Живые организмы отличает способность к росту и увеличению массы и линейных размеров особи за счет увеличения числа и размеров клеток и неклеточных образований. Рост характеризуется ритмичностью (суточные, сезонные и др. ритмы). Он регулируется, главным образом, гормонами -- веществами, вырабатываемыми в организме специализированными клетками или органами (железами внутренней секреции). Организмам присущ процесс развития -- направленного, закономерного изменения. В результате развития возникает новое качественное состояние объекта (его состава или структуры). Различают две формы развития -- эволюционную и революционную. Эволюция -- необратимое историческое развитие живой природы. Определяется изменчивостью, наследственностью и естественным отбором организмов. Сопровождается приспособлением их к условиям существования, образованием и вымиранием видов, преобразованием экосистемы и биосферы. При этом под экосистемой подразумевается природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания. В этом комплексе различные компоненты связаны между собой обменом веществ и энергией. Что касается биосферы, то это понятие включает в себя область активной жизни, охватывающей нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В этой области живые организмы и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. С эволюционной формой развития связывают постепенные количественные изменения, а с революционной -- изменения глубокие, качественные, скачкообразные. Как указывалось выше, в основе эволюции лежат изменчивость и наследственность. Изменчивость -- разнообразие признаков и свойств у особей и их групп любой степени родства. Различают наследственную изменчивость, обусловленную возникновением мутаций, и ненаследственную, обусловленную воздействием факторов внешней среды. Изменчивость может быть индивидуальной и групповой, качественной и количественной и т.д. Наследственность позволяет организмам повторять в ряду поколений сходные типы обмена веществ и индивидуального развития в целом. Она обеспечивается самовоспроизведением материальных единиц наследственности -- генов, локализованных в структурах ядра клетки (хромосомах) и цитоплазмы. Эволюции присущ естественный отбор, который является процессом выживания и воспроизведения организмов, наиболее приспособленных к условиям среды, и гибели неприспособленных. Естественный отбор -- следствие борьбы за существование, определяет относительную целесообразность строения и функций организмов. Творческая роль естественного отбора выражается в преобразовании популяций -- совокупностей особей одного вида, длительно занимающих определенное пространство и производящих себя в течение большого числа поколений. Эти преобразования приводят к появлению новых видов. Говоря о роли "борьбы за существование" в эволюции необходимо обратить внимание на то, что некоторые современные дарвинисты предлагают вообще исключить это понятие из эволюционной биологии. Следует также упомянуть о, так называемом, "социальном дарвинизме" -- течении, которое рассматривает биологические принципы естественного отбора, борьбы за существование и выживания наиболее приспособленных, как определяющие факторы общественной жизни. Еще один признак жизни -- движение -- характеризуется локомоцией у животных и человека и специфическими формами движения у растений. Локомоции (движения, обеспечивающие активное перемещение в пространстве, важнейшее приспособление к обитанию в разнообразных условиях среды) характеризуется такими типами как плавание, ходьба, летание и т. д. Эти типы локомоции в процессе эволюции животных менялись и усложнялись. Что касается растений, то движения у них могут быть пассивными и активными. Пассивные движения связаны с изменением содержания воды в коллоидах клеточной оболочки (например, при высыхании плода его створка скручивается, а семена с силой выбрасываются). В основе активных движений у растений лежат их реакции на действие силы тяжести, воздействие света, температуры, радиоактивности и т. д. Важным признаком жизни организмов является их адаптивная способность. Речь идет об особенностях биологического вида (морфофизиологических, поведенческих и т. д.), обеспечивающих возможность специфического образа жизни особей в определенных условиях внешней среды. Адаптацией также называют и сам процесс выработки приспособлений. Живые организмы обладают адаптивной (самоприспосабливающейся) системой, которая сохраняет работоспособность при изменении окружающих средств или непредвиденных изменений свойств собственного организма. Имеющаяся у организмов система автоматического управления осуществляет приспособление (в определенных пределах) к изменяющимся условиям функционирования путем смены алгоритмов функционирования или поиска оптимальных состояний.
По способу адаптаций различают самонастраивающиеся, самообучающиеся и самоорганизующиеся системы. Свойством самоорганизации обладают клетки, организм, биологическая популяция и экосистема. Клетка является одной из форм организованности живой материи, существующая в качестве самостоятельных организмов (например, простейшие, бактерии) или в составе многоклеточных организмов. В последних имеются половые клетки, служащие для размножения, и клетки тела (соматические) различные по строениям и функциям (например, нервные, костные, мышечные, секреторные). Живая самоорганизующаяся система -- клетка является основой строения и жизнедеятельности всех животных и растений. Современная клеточная теория исходит из единства расчлененности многоклеточного организма на клетки и его целостности, основанной на взаимодействии клеток. Другой формой организованности материи (согласно В.И. Вернадскому) является ноосфера -- качественно новая форма, возникающая при взаимодействии природы и общества в результате опирающейся на научную мысль творческой деятельности человека. Ноосфера образуется в результате эволюции биосферы, когда разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития и преобразует мир. Биосфера (нижняя часть атмосферы, гидросфера и верхняя часть литосферы) содержит "живое вещество" -- совокупность живых организмов биосферы, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе и энергии.
Понятие "живого вещества" введено В.И. Вернадским в его учении о биосфере и роли живых организмов в круговороте веществ и энергии в природе... Говоря о приспосабливании организмов, следует особо выделить Человека. Последнему присуща приспособляемость к окружающему его природному и создаваемой им частей материального мира, оказание влияния на ту часть среды, которая включена в сферу деятельности человека и является необходимым условием его существования. Общественное производство изменяет окружающую среду, воздействуя прямо или косвенно на ее элементы, оказывая при этом не только положительное, но зачастую негативное влияние. Последнее особенно усиливается в эпоху современной научно-технической революции, когда масштабы человеческой деятельности стали сравнимы с глобальными природными процессами.
Заключая часть Раздела 4, посвященную современным научным взглядам на жизнь (отраженных в базисных и справочных документах), необходимо остановиться на гипотезах происхождения жизни. Упомянутые документы (в частности "Энциклопедический словарь" изд. 1998 г.) считают, что в соответствии с "исходной гипотезой современной теории происхождения жизни", последняя возникла путем абиогенеза, т.е. живое возникло из неживого. Подчеркивается, что в середине 20 века экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли. Более полно и многоцветно различные научные взгляды на жизнь (и, в частности, на ее происхождение) раскрываются на страницах специальных и научно-популярных изданий. Здесь отражается довольно широкий спектр взглядов по проблемным вопросам. Ушла в прошлое монополия на истину, когда инакомыслие в науке грозило лагерем или "психушкой". Однако не сдает своих позиций многочисленная армия академических ревнителей незыблемых истин. Характерным примером может служить учебное пособие МГОУ для преподавания в российских ВУЗах. В этом труде научное объяснение возникновения жизни на Земле выглядит следующим образом. Жизнь -- одно из сложнейших явлений природы. Со времен глубокой древности она казалась людям таинственной и непознаваемой. Приверженцы религиозных идеалистических взглядов считали жизнь духовным, нематериалистическим началом, возникшим в результате божественного творения. В средние века жизнь связывалась с присутствием в организмах некоей "жизненной силы" недоступной для познания средствами науки и практики. В развитии учений о происхождении жизни, существенное место занимала теория, утверждающая, что все живое происходит только от живого -- теория биогенеза. Эту теорию в середине 19 века противопоставляли ненаучным представлениям о самозарождении организмов (червей, мух и др.). Однако, по мнению авторов рассматриваемого учебного пособия, как теория происхождения жизни биогенез несостоятелен, поскольку принципиально противопоставляет живое неживому, не отвергает отвергнутую наукой идею вечности жизни. Абиогенез -- идея о происхождении живого из неживого -- исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 1924 г. известный биохимик А.И.Опарин высказал предположение, что при мощных электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд. лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для возникновения жизни. "Предположение академика Опарина оправдалось", -- утверждают авторы учебного пособия. "В 1955 г. американский исследователь С. Миллер, пропуская электрические разряды через смесь газов и паров воды, получил простейшие жирные кислоты, мочевину, уксусную и муравьиную кислоты и несколько аминокислот. Таким образом, в середине 20 века был экспериментально осуществлен абиогенный синтез белковоподобных и других органических веществ в условиях, воспроизводящих условия первобытной Земли". Далее до сведения студентов доводится, что Французская Академия наук еще в 1859 г. назначила специальную премию за попытку осветить по-новому вопрос о самопроизвольном зарождении жизни. Эту премию в 1862 г. получил знаменитый французский ученый, основоположник современной микробиологии Луи Пастер. Своими опытами он доказал невозможность самозарождения микроорганизмов. Продолжая рассмотрение абиогенной гипотезы происхождения жизни, авторы ученого пособия для ВУЗов (А.А. Аруцев, Б.В. Ермолаев, И.О. Кубелидзе, М.С. Слуцкий. "Концепции современного естествознания") подчеркивают, что в настоящее время жизнь на Земле не может возникнуть абиогенным путем. Еще Дарвин в 1871 г. писал: " Но если бы сейчас в каком-либо теплом водоеме, содержащим все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию света, тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный к дальнейшим все более сложным превращениям, то это вещество неминуемо было бы разрушено и поглощено, что было невозможно в период возникновения живых существ". "Концепции современного естествознания" представляют себе абиогенез следующим образом. Происходило постепенное усложнение химической структуры и морфологического облика предшественников жизни (пробионтов) на пути к живым организмам. На стыке моря, суши и воздуха создавались благоприятные условия для образования сложных органических соединений. В концентрированных растворах белков, нуклеиновых кислот могут образовываться сгустки подобно водным растворам желатина. Опарин назвал эти сгустки коацерватными каплями ил коацерватами. Коацерваты -- это обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры. Это еще не живые существа.
Их возникновение рассматривается как стадия развития преджизни. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследование свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот, а белки-ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство, характерное для жизни -- способность к воспроизведению подобных себе молекул. Справедливости ради, авторы учебного пособия не обходят молчанием и другие гипотезы происхождения жизни". Наряду с теорией абиогенезного происхождения жизни существуют и другие гипотезы. Так в 1865г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Сходную гипотезу в 1907 г. выдвинул известный шведский естествоиспытатель С. Аррениус, предположив, что во Вселенной вечно существуют зародыши жизни (гипотеза панспермии), повсеместно распространены зародыши живых существ. Согласно панспермии зародыши жизни (споры, микроорганизмы и т.д.) движутся под давлением световых лучей и, попадая в сфер притяжения планеты, оседают на ее поверхности и закладывают на этой планете начало живого. Несмотря на большое число различных гипотез о происхождении жизни преобладают две исключающие друг друга точки зрения: а) жизнь произошла путем биогенеза -- "живое из живого" и б) жизнь произошла путем абиогенеза -- "живое из неживого". Современная наука считает абиогенное возникновение наиболее вероятным".
В различных публикациях защитники абиогенной теории происхождения жизни приводят доводы в пользу справедливости тезиса -- "живое из неживого". Они исходят из того, что абиогенез состоит из 3-х основных этапов развития жизни: 1) абиогенное возникновение биологических мономеров; 2) образование биологических полимеров; 3) формирование мембранных структур и первичных организмов (пробионтов). Абиогенное или небиологическое возникновение органических молекул кроме русского ученого Опарина (1894-1980) доказывали также английский естествоиспытатель Джон Холдейн (1892-1964). Они исходили из следующих соображений. На первых этапах формирования Земля имела очень высокую температуру. По мере остывания планеты тяжелые металлы перемещались к ее центру, а более мелкие оставались на поверхности.
Атмосфера состояла из свободного водорода и его соединений, что служило предпосылкой возникновения органических молекул небиологическим путем. До начала 20 века многие ученые предполагали, что такие соединения могут возникать только в живых организмах, их называли органическими веществами в противоположность веществам неживой природы -- минералам, названным неорганическими соединениями. В 1953 г. американский ученый Стенли Ллойд Миллер, пропуская электрические разряды напряжением до 60 тыс. вольт через смесь H2O, CH4, NH3, H2 под давлением в несколько Па и температуре 80 градусов Цельсия получил некоторые вещества, из которых строятся молекулы белков. Эти эксперименты подтвердили возможность абиогенного синтеза органических соединений. Такая возможность подтверждается еще и тем, что органические соединения обнаружены также в космическом пространстве. По мере смягчения условий на Земле могли образовываться сложные органические соединения -- полимеры. Не исключено, что синтез полимеров катализировался на поверхности минеральных глин. Экспериментально показано, что раствор аминокислоты аланина -- биологически активного белкового мономерного соединения -- в водной среде в присутствии особого вида глинозема и АФТ (нуклеотида, выполняющего роль универсального аккумулятора энергии во всех живых организмах) может давать полимерные цепочки полиаламина. Органические молекулы имеют большую молекулярную массу и сложную пространственную конфигурацию. Такие высокомолекулярные комплексы, окруженные водной оболочкой, могут объединяться в коацерваты. Дальнейшая прогрессивная эволюция предбиологических структур могла происходить только при усложнении обменных процессов и в условиях разделения синтетических и энергетических процессов внутри коацерватов. Вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли слои липидов (содержащих жиры и жироподобные вещества), отделявших коацерват от окружающей водной среды. Липиды в ходе эволюции преобразовались в наружную мембрану, существенно повысившую жизнеспособность и устойчивость организмов. Возникновение мембраны, обладающей способностью к избирательной проницаемости, содействовало развитию все более совершенных саморегулирующихся систем вплоть до возникновения первых клеток. Появляются первые примитивные безъядерные клетки -- прокариоты. Первые живые организмы были гетеротрофными, т.е. использовали в качестве энергии (пищи) готовые органические вещества -- соединения, находящиеся в растворенном виде в водах первичного океана. Биологическая эволюция на Земле длится более 3 млрд. лет. С момента возникновения первых примитивных клеточных организмов благодаря естественному отбору появилось бесчисленное множество форм живых организмов.
Публикации приверженцев биогенеза содержат критику абиогенезной теории происхождения жизни. В чем суть абиогенеза, -- спрашивают (и отвечают они)?
"В первоначальных земных океанах, насыщенных разными простыми химическими соединениями, "в первичном бульоне" под влиянием вулканического тепла, разрядов молний и др. факторов среды начался синтез более сложных органических соединений и биополимеров. Сложные молекулы аминокислот случайно объединяются в пептиды (остатки аминокислот с химическими связями групп), которые, в свою очередь, создали первоначальные белки, Из этих белков синтезировались первичные живые существа микроскопических размеров". Далее в публикациях следует собственно критика. "У этой и других подобных гипотез есть один существенный недостаток: нет ни одного факта, который бы подтвердил возможность абиогенного синтеза на Земле хотя бы простейшего живого организма из безжизненных соединений". Говоря о многочисленных попытках такого синтеза и упоминая известный эксперимент С. Миллера, авторы пишут: "С. Миллеру удалось получить молекулы аминокислот -- основных "кирпичиков", из которых складывается основа жизни -- белки. Подобные опыты были многократно повторены. Кое-кому из ученых удалось получить довольно длинные цепочки пептидов (простых белков). И только! Ни одного, хотя бы простейшего живого организма никому не посчастливилось синтезировать... Но предположим, что такие попытки когда-то увенчаются успехом. Что докажет такой опыт? Лишь то, что для синтеза жизни нужен ум человека, сложная развитая наука и современная техника. Ничего этого на первоначальной Земле не было. Больше того, синтез сложных органических соединений из простых противоречит второму началу термодинамики, которая запрещает переход материальных систем от состояния большей вероятности к состоянию меньшей (развитие от простых органических соединений к сложным, потом от бактерий к человеку происходит именно в этом направлении). Здесь мы наблюдаем не что иное, как творческий процесс". Далее авторы публикации отмечают следующее. "В последнее время сокрушительный удар гипотезе абиогенного синтеза нанесли математические исследования. Математики подсчитали, что вероятность самозарождения живого организма из безжизненных блоков практически равна нулю". Приводится ссылка на расчеты Л. Блюменфельда, показавшего, что "вероятность случайного образования за время существования Земли хотя бы одной молекулы ДНК -- одной из важнейших составных частей генетического кода -- составляет 10 в степени минус 800... Это число во множество раз больше общего количества всех атомов во Вселенной". По мнению современного американского астрофизика Ч. Викрамасигха "скорее ураган, пронесшийся над кладбищем старых самолетов, соберет новенький суперлайнер из кусков лома, чем в результате случайного процесса возникнет из своих компонентов жизнь". Еще критики теории абиогенного синтеза указывают на ее противоречия с геологическими данными. "Как бы далеко мы не проникали в глубь геологической истории, не находим следов "азойской эры", т.е. периода, когда на Земле не существовало жизни. Сейчас палеонтологи в породах, век которых достигает 3,8 млрд. лет, т.е. близкий ко времени образования Земли, нашли ископаемые остатки довольно сложно организованных существ -- бактерий, сине-зеленых водорослей, простых грибков... Основатель геохимии, биогеохимии, создатель научной школы В.И. Вернадский (1863-1945) был уверен, что жизнь геологически вечна, т.е. в геологической истории не было эпохи, когда наша планета была безжизненной". "Проблема абиогенеза (спонтанного зарождения живых организмов), -- писал ученый в 1938 г., -- остается бесплодной и парализует действительно назревшую научную работу... Можно говорить о вечности жизни и проявлений ее организмов, как можно твердить о вечности материального субстрата небесных тел, их тепловых, электрических, магнитных свойств и их проявлений. С этой точки зрения таким же далеким от научных поисков будет вопрос о начале жизни, как и вопрос о начале материи, теплоты, электричества, магнетизма, движения". Исходя из представлений о биосфере как о земном, но одновременно и космическом механизме, Вернадский связывал ее образование и эволюцию с организованностью Космоса. Эту мысль академик Вернадский повторял многократно: "...начала жизни в том Космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этого Космоса. Жизнь вечна, поскольку вечен Космос".
В плане решения спора между абиогенезом и биогенезом представляет интерес доклад К. Виолована и А. Лисовского "Проблемы абиогенеза как ключ к пониманию несостоятельности эволюционной гипотезы". В этом докладе авторы подвергают критическому анализу гипотезу спонтанного самопроизвольного образования живых систем из неживых компонентов. Отмечается, что "эволюционисты" (сторонники абиогенеза) отвергают любые ссылки на малую вероятность того или иного процесса по причине термодинамических или кинетических запретов ссылками на две "палочки-выручалочки". В качестве последних выступают: 1) длительность эволюционного процесса ("за миллиарды лет может произойти все что угодно"); параллельные, пульсирующие Вселенные дают Случаю время на эксперимент; 2) доказательства синергетики о возможности самоупорядочивания материи в условиях открытой неравновесной системы.
"Конечно, если наши оппоненты, -- говорят авторы доклада, -- считают возможным самозарождение биосистемы, вероятность которой (по классической теории вероятности) не превышает 10 в степени минус 500000 (для простейшей современной бактерии), то дискуссию начинать не следует. Непонятно только, почему это называется наукой"... Говоря об абиогенезе, авторы указывают на его противоречия. Первое противоречие абиогенеза, по их мнению, в том, что любое спонтанное, "синергетическое" образование компонента живой системы, не обладающего свойствами самовоспроизведения, саморегуляции, отграничения от внешней среды и т.п., т.е. не являющегося живым -- обречено на последующее разрушение в результате длительного воздействия факторов "классической" термодинамики. Между простейшими биологическими организмами -- микоплазмами (мельчайшие бактерии размерами 100-300 нанометров, не имеющие клеточной стенки, внеклеточные паразиты растений и животных) и неживой природой лежит пропасть. Притом, что микоплазмы являются полным энергетическим и метаболическим паразитом, вся синтетическая активность которого состоит в обеспечении двух задач -- синтеза копии ДНК и воссоздании плазматической мембраны. Для "самостоятельности" микоплазме не хватает необходимого минимума в 250 генов (18 генов репликации, 95 генов -- трансляции, 13 генов кодирующих мембранные белки и обеспечивающие транспорт веществ). Энтузиазм по поводу искусственных микоплазм утих в 60-е годы 20 века на стадии неудач воссоздания плазматической мембраны. Все попытки сымитировать спонтанный абиогенез микоплазмы и других биологических систем окончились неудачей. Используя сомнительные (с точки зрения естественности условий) исследователи получают лишь следовые количества аминокислот, сахаров и оснований в неправильной конфигурации и пропорции, которые разлагаются за мгновения по эволюционным меркам (около 100 лет), образуют неестественные полимеры, разлагающиеся еще быстрее. "Могла ли материя на пути к первой клетке пройти этапы самоорганизации"?- спрашивают Виолан и Лисовский. Г. Юри (1893-1981) и С. Миллером были предприняты хорошо известные попытки доказать возможность образования биомономеров в первичной атмосфере под действием электрических разрядов и высокой температуры. Во всех опытах присутствовал ряд моментов, которые не позволяют считать эти эксперименты адекватной и достаточной моделью абиогенеза биомономеров: 1) неестественные условия экспериментов (используется смесь газов, соответствующая неподтвержденному составу первичной атмосферы; холодильная ловушка выводит образующиеся вещества из зоны реакции, предотвращая распад и т.д. 2) неестественные и нестабильные продукты распада (в разных экспериментах образуется разный спектр биомономеров, но нигде не образуются все необходимые компоненты современных биосистем; аденин, цитидин, рибоза имеют периоды полураспада порядка 100 лет и т.д.) "Таки образом, если даже допустить абиогенный синтез биомономеров, то все равно невысокий выход нужных продуктов реакций и относительно быстрый распад не позволяют надеяться на накопление в течение тысячелетий". Теперь в отношении возможности спонтанного синтеза полимеров. Авторы приводят следующие рассуждения. Допустим, первичный океан действительно содержал густой "органический суп" из аминокислот, азотистых оснований и сахаров. Но как образовались белки нуклеиновые кислоты, АТФ и т.д.? В качестве среды для синтеза фосфатов и полимеров предложена остывающая вулканическая лава или нагретая глина, осушающие "органический бульон" и нагревающие ее компоненты для обеспечения химических реакций. Однако в моделировании такой формы абиогенеза больших успехов достигнуто не было. Многочисленные опыты по абиогенетическому синтезу нуклеиновых кислот не приводили к полинуклеотидам с числом мономеров больше 10-50. Выяснилось: 1) в водном растворе аминокислот белки спонтанно не образуются; кипячение смеси аминокислот приводит к их распаду с образованием дегтеобразной массы до того, как образуются полимеры; синтезирующиеся (в присутствии L-аминокислот и их Д-изомеров) пептиды (остатки аминокислот) не обладают естественной вторичной и третичной структурой; синтез РНК из нуклеотидов, содержащих Д-рибозу и L-рибозу не приводит к полимеру, способному образовать двойную спираль и т.д. Но главное в другом. Если даже предположить, что "матушка Молния и батюшка Вулкан сделали то, чего с трудом добивается современная химическая и микробиологическая промышленность, и в первичном океане плавали в избытке всевозможные пептиды и нуклеиновые кислоты", то это отнюдь не приближает нас к моменту самозарождения простейшей клетки. Вот несложный расчет. Как указывалось выше минимальный набор компонентов простейшей клетки (митоплазмы) -- 250 генов. Если уменьшить среднее число аминокислот в белке до сотни, то число различных 100-членных пептидов составит 20 в сотой степени (допускаем, что Природа экспериментирует только с двадцатью L-аминокислотами) или 10 в степени 130. Соответственно вероятность нахождения "нужного" пептида среди 100-членных белков равна 10 в степени -130. Во Вселенной всего 10 в степени 80 нуклонов (протонов и нейтронов атомных ядер) и получается, что триллион вселенных в течение триллиона 20-ти миллиардных попыток, синтезируя каждую микросекунду новый набор пептидов, не смогут сделать вероятность появления данного белка значительной. А с учетом того, что в атмосфере Земли всего около 10-ти в степени 45 молекул азота, вероятность этого события на Земле за 1 млрд. лет не поддается осмыслению. Даже если согласиться с поправкой "эволюционистов" на так называемую "оптимальную последовательность", к которой якобы приближается пептид с каждой новой попыткой синтеза, получается, что при определенных условиях число попыток будет равняться 10 в степени 40. Это тоже огромное число. Но дело не только в этом. Представим себе, что произойдет в случае успеха. "Ничего не произойдет", -- утверждают Виолован и Лисовский. Можно представить себе не одну молекулу, а мегатонну белка ДНК-полимеразы, выгруженную в первичный океан. Этот фермент в лучшем случае будет копировать белый шум, записанный на образцах ДНК, предоставленных Случаем, пока не разложится от времени на аминокислоты... Можно даже расщедриться на одновременное самозарождение белка ДНК-полимеразы и ДНК, кодирующего ген ДНК-полимеразы, и в результате, в лучшем случае, все нуклеотиды "первичного бульона" будут использованы для синтеза копий ДНК. Вслед за чем и ДНК и фермент опять будут разлагаться. Эта система не обладает свойствами живого, в том числе самовоспроизведения". Еще один, наверное, главный (по мнению авторов доклада) вопрос, возникающий при рассмотрении различных моделей эволюции, связан с механизмом образования информации. Обычно под информацией понимают меру упорядоченности, а упорядоченность, в соответствии с выводами синергетики (наука, рассматривающая порождение сложных структур из хаоса и управление хаосом), вполне может спонтанно образоваться в неравновесных открытых системах. "Однако, информация и упорядоченность не тождественны, -- замечают. К Виолован и А. Лисовский. "Информация -- всегда упорядочена, а упорядоченность далеко не всегда информативна". Определяя информацию как негэнтропию, т.е. энтропию ("меру беспорядка") со знаком минус, мы проходим мимо очевидной нелепости, когда снижение температуры понижает энтропию, и, следовательно, повышает информацию. Кристаллизация или плавление ДНК меняет ее энтропию, но не влияет на информацию, которая записана (или не записана) в ней. Эволюционисты считают Хаос или Случай источником информации, но им необходимо объяснить появление алфавита, языка и приемника информации.
В случае с ДНК алфавитом является генетический код, языком -- биологический смысл синтезированных белков, приемником информации -- аппарат трансляции белков. Как и текст без интерпретации является лишь типографской краской на листе бумаги, так и любое содержание ДНК без знания кода и умения транслировать текст и структуру белка является белым шумом". Чтобы решить неразрешимые в рамках самозарождения вопросы о биологическом коде отцы синергетики признавали существования некоего "первичного кода", на основе которого осуществлялась дальнейшая эволюция. В учебнике Т.Я. Дубнищевой, посвященном эволюционной модели мироздания о генетическом коде говорится: "Проблема "понимания" макромолекул трансляции сводится к установлению соответствия. Ключ к такому пониманию дает генетический код. Непонятно, откуда он, есть ли промежуточные правила соответствия, но возникновение генетического кода и аппарата трансляции -- решающий шаг к самоорганизации живых молекул". Примерно то же самое можно встретить в двухтомнике "Биология" для медицинских вузов под редакцией В.Н. Ярыгина (М. 1999). Самым важным и поразительным в генетическом коде (по мнению Виолована и Лисовского) является то, "что материальный носитель генетического кода для самовоспроизведения должен быть закодирован в ДНК с использованием этого же самого генетического кода!! Это условие является главным замкнутым кругом в гипотезе абиогенеза. Самозародиться должны не просто белки, но и соответствующая ДНК". В докладе Виолована и Лисовского затрагиваются вопросы важные не только для абиогенеза, но и для эволюционной теории в целом. Речь идет об "универсальности" генетического кода и эволюционном древе, об образовании "новых" генов из "старых". Как указывают авторы доклада -- "одним из аргументов эволюционистов является универсальность генетического кода. Она призвана доказать единство происхождения всего живого... В действительности сейчас насчитывают не менее семнадцати генетических кодов, отличающихся от "канонического"... Митохондрии клеток позвоночных, беспозвоночных, плоских червей, иглокожих кодируются разными кодами, а простейших и кишечнополостных, плесневых грибков -- одним". У ряда организмов есть различные коды для различных видов. "Непонятно, как происходит замена генетического кода "на ходу", чтобы обеспечить нужное родословное древо, поскольку для перехода на другой код недостаточно одной точечной мутации транспортной РНК". Для объяснения "эволюции" генетического кода эволюционисты вводят концепцию "направленного мутационного давления и захвата кодона", по которой изменяемый кодон должен сначала вообще повсеместно исчезнуть из генома, заменившись на смежный кодон, а затем должна произойти соответствующая мутация в т-РНК и т.д. "Невозможность спонтанного возникновения информации из "ничего" и неуниверсальность генетического кода ставят значительные проблемы перед эволюционной гипотезой. Однако и после "самозарождения" генетического кода проблема образования новых генов решается неудовлетворительно".
"Проблемы усугубляются при попытке смоделировать любой ароморфоз -- усложнение организации и функций организмов в процессе эволюции. Можно сказать, что "самозарождение" генетического кода -- это первый ароморфоз и его проблемы моделируют проблемы ароморфоза в целом".
Доклад Виолована и Лисовского вызвал возражения у ряда ученых. В своей переписке с Константином Виолованом известный биокибернетик В.Г. Редько указывает, что вероятность случайного появления белка составляет не 10 в степени -40 (как говорилось в докладе), а только 10 в степени -10. По его мнению, необходимо учитывать то обстоятельство, что в белке есть небольшой активный центр, в котором невозможны аминокислотные замены, но в остальной большей части белка такие замены вполне допустимы. "Данная оценка, -- пишет Редько, -- показывает, что отдельный белок вполне мог случайно возникнуть в процессе эволюции. Если мне не изменяет память, эта оценка приведена в книге Н.В. Волькенштейна "Биофизика"". Возражая В.Г. Редько, Константин Виолован аргументирует свою точку зрения о невозможности случайного возникновения отдельного белка. Вот его аргументы: 1) аминокислоты не самосинтезируются, а распадаются: 2) пространственные изомеры (стереоизомеры) аминокислот, одинаковые по составу молекулярной массе и различающиеся по строениям и свойствам, не саморазделяются, а рацемизируются, т.е. образуют рацематы -- оптические неактивные продукты; 3) белки не самополимеризуются (не происходит самостоятельного синтеза полимеров, выделения побочных низкомолекулярных соединений), а гидролизуются (разлагаются, соединяясь с водой); 4) для перебора вариантов не хватит триллиона вселенных и триллионов лет и 5) до образования первого живого организма (т.е. генетического кода плюс инфраструктуры из примерно 250 генов плюс клеточные мембраны плюс ...) биологический смысл любого белка равен нулю, равно как равна нулю информация в начале и конце перебора.
"Жизнь вечна, поскольку вечен Космос", -- утверждал В.И. Вернадский. Такая точка зрения не изжила себя в новом тысячелетии. Некоторые ученые считают возможным существование в безграничном Космосе другой (по сравнению с известной нам земной белково-нуклеиново-водяной) формы жизни. В частности не исключается существование плазмоидов -- жизни в звездных атмосферах за счет магнитных сил, связанных с группами подвижных электрических зарядов. "Есть некоторые основания считать, -- говорит автор одной публикации, -- что на Земле параллельно с "нашей" формой жизни существует другая ее разновидность, похожая на упомянутых плазмоидов. К ним относятся некоторые виды НЛО; образования, похожие на шаровые молнии, а также невидимые для глаза, но фиксированные цветной фотопленкой летающие в атмосфере энергетические "сгустки" В ряде случаев они проявляли разумное поведение". Как считает Ч. Викрамасингх: "Есть основания считать, что жизнь на Земле появилась с самого начала ее существования и возникла от всепроникающей общегалактической живой системы". Напомню читателю о том, что автор этой книги сообщал читателю в "СУПРЕМАТ" ч.1 "...Ссылаются на работы академика Маркова о плазменных образованиях, в которых существует различная жизнь на уровне микрочастиц ("природе материи" М.А. Марков 1975), на высказывания академиков Н. Кобзева, А. Любомудрова и др. об элементарных носителях психической энергии". В "СУПРЕМАТ" ч.1 упоминаются также работы проф. Инюшина В.М.в области низкотемпературной плазмы; опыты, связанные с обоснованием гипотезы биоплазменных тел, создания психотропного генератора. Согласно представлениям Инюшина энергия и информация Человека и Космоса объединены в его (человека) биоплазменном теле (сосуществует и взаимодействует с атомно-молекулярным телом). В.М. Инюшину удалось сфотографировать биоплазму человека. Исходя из своих опытов, Инюшин пришел к выводу, что воздействие созданного им психотронного генератора на человеческую личность происходит через его биологический (биоплазменный) след в вакууме.
Говоря о возможных других формах жизни нельзя не упомянуть публикацию о работах итальянских исследователей Бруно д'Аргентино и Джузеппе Гераси (Неаполитанский Университет им. Федерико 2). По их утверждению им удалось обнаружить неизвестную ранее форму жизни -- "кристаллические микробы" (КРИМ). Последние пребывают в "пассивном" состоянии анабиоза внутри минералов и кристаллов. Нашли их в пятидесяти с лишним типах образцов земных горных пород различного происхождения (основных, изверженных, осадочных и т.д.) и возраста (от сотен тысяч до 2,3 млрд. лет). Жизнеспособные организмы были также найдены внутри метеоритов (каменные хондриты, железокаменные палластиты и др.). Если сообщение ученых подтвердится -- их можно будет считать первооткрывателями внеземной формы жизни. КРИМ удалось разглядеть с помощью сканирующего электронного микроскопа. В "пассивном" состоянии они имеют размер от десятых долей микрона до нескольких микронов. Обнаружена интересная закономерность -- чем древнее порода, из которой вырезан образец, тем мельче организмы его населяющие. Они обнаруживают удивительную устойчивость к внешним воздействиям -- выдерживают нагрев до 1000 К и давление до 10000 атмосфер. Выделенные из минерала и помещенные в водную среду "микробы" оживают и начинают интенсивно размножаться делением. В лаборатории Института молекулярной биологии и генетики Университета им. Федерико 2 был проведен биохимический анализ ДНК открытых "микробов". Несмотря на малое количество исследуемого материала, установлено: структура цепочки ДНК древних организмов, как космического происхождения, так и из земных пород в целом совпадают с последовательностью ДНК современных бактерий. Более того, на КРИМ столь же эффективно, как и на бактерии, действуют антибиотики. Все это говорит о практической идентичности микроорганизмов внеземного и земного происхождения. В свете указанного авторы публикации о КРИМ возвращаются к панспермической гипотезе происхождения жизни на Земле. Они напоминают, что наша планета возникла около 4,5 млрд. лет назад и в течение первых 500 млн. лет ее поверхность подвергалась бомбардировке потоками метеоритов, которые вроде бы не только должны были препятствовать появлению жизни, но даже образованию свободной водной поверхности. Однако простейшие формы жизни найдены в пластах, имеющих возраст порядка 4,3 млрд. лет. Двухсот миллионов лет явно недостаточно для самопроизвольного образования органических молекул, не говоря уже о живых клетках. Но во Вселенной за 12-15 млрд. лет ее существования такой процесс мог осуществиться. Именно из этих соображений немецкий ученый Г. Рихтер еще в 1865 г. предположил, что жизнь зародилась в Космосе, чрезвычайно долго сохранялась там почти при абсолютном нуле в анабиозе и была занесена на Землю упавшими на нее метеоритами. Гипотезу, получившую название панспермии (от греческого -- "всеобщее семя"), поддержали шведский физик Сванте Аррениус и немецкий физик Герман Гельмгольц. Однако впоследствии возобладало мнение, что сложные молекулы будут неизбежно разрушены жестким ультрафиолетовым и космическим излучением и от идеи панспермии забыли. И только в 1982 году о ней снова, всерьез заговорил английский астрофизик Фред Хойл. "Открытие КРИМ (если оно, конечно, подтвердится) позволит по новому взглянуть на проблему возникновения жизни во Вселенной и проследить связь между геологическими и биологическими процессами, между живой и неживой природой". Так заканчивают свою статью авторы публикации о КРИМ.
В пользу панспермической гипотезы появления жизни на Земле говорит также сообщение о создании в условиях межпланетного пространства структур аналогичных живым клеткам. Речь идет об эксперименте ученых лаборатории астрохимии NASA и отделения химии и биохимии Университета в Санта-Крузе. Исследователям удалось получить "протоклетки" -- мембранные структуры, по своему строению напоминающие клетки живых организмов. При проведении опыта использовались широко распространенные вещества: вода, метанол, диоксид углерода и аммиак, переведенные за счет понижения температуры в твердое состояние.
Затем для моделирования условий межпланетного пространства смесь веществ помещали в вакуум и подвергали ультрафиолетовому облучению. В результате были получены плотные материалы, которые при помещении в воду самопроизвольно образовывали неживые мембранные структуры, напоминающие пузыри с внутренним и внешним слоями. Предполагают, что подобные структуры, содержащие органические вещества, склонные к саморепликации (копированию генетической информации), при попадании на Землю вместе с кометами, метеоритами или космической пылью могли дать начало жизни. Автор статьи, поместивший сообщение об указанном эксперименте, пишет: "В настоящее время механизм зарождения жизни остается неизвестным, однако практически все живые существа состоят из клеток, стенки которых представляют собой мембраны. Следовательно, наличие похожих структур в Космосе вполне может служить доказательством того, что жизнь привнесена на нашу планету извне и с тем же успехом может возникнуть в любой другой точке Вселенной".
Многие ученые отмечают, что прогресс в области Космологии (науки о Вселенной) позволяет по-новому подойти к вопросам, связанным с происхождением материального мира и, в том числе, живой материи. Имеются в виду, в первую очередь, разработки теории горячей Вселенной и квантовой космологии. Развитие космологии, которое происходит в тесной связи с прогрессом в области физики, привело к появлению новой кварковой модели строения материи, классификации элементарных частиц, построению теории сильного взаимодействия. Получила развитие "теория суперобъединения", охватывающая все четыре физических взаимодействия (электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное) в единое универсальное взаимодействие. Очень важны для космологии работы в области физики высоких энергий. Еще совсем недавно в науке господствовало представление о возникновении Вселенной в определенный момент времени в результате "Большого взрыва", о ее возможной конечности в пространстве (в случае замкнутой модели). Современные космологические теории о возникновении множества вселенных из физического вакуума возвращают нас (конечно на новом уровне) к представлениям античных философов о вечно существующим во времени и бесконечном в пространстве Универсуме, в котором рождаются и умирают вселенные. Развитие нелинейной термодинамики привело к появлению синергетики, как науки о самоорганизации в живой и неживой природе. Как отмечает в этой связи академик Г. Наан: "Мы, в принципе сейчас уже в состоянии представить всю эволюцию во Вселенной, включая возникновение жизни, человека и общества, как некий единый процесс самодвижения, самоорганизации и самоусложнения материи". Анализ антропного принципа раскрывает наличие тесной связи между фундаментальными свойствами Вселенной в целом, включая свойства микро- и мегамира, и наличием в ней жизни и Человека. Антропный принцип заставляет по-новому подойти к проблеме множественности обитаемых миров, давая веские аргументы в пользу широкой распространенности разумной жизни во Вселенной. В этой связи большой интерес представляет проблема "Поиска Внеземного Разума" -- SETI. В США в 1994 году была основана Лига SETI -- всемирная организация, объединяющая любителей астрономии, радиолюбителей, профессиональных астрономов, специалистов по цифровой обработке сигналов. Цель Лиги -- систематическое научное изучение и поиск внеземной жизни. Россия участвует в проекте SETI-Home, позволяющем с помощью Интернета подключать каждого желающего в поиск Внеземной цивилизации (ВЦ). Говоря о поисках доказательств ВЦ, академик А.М. Гиндлис пишет: "Используя самые различные методы (оптическая и радиоастрономия; исследования в области нейтринной астрономии и обнаружения гравитационных волн; изменения периодов радиоизлучения пульсаров) удалось обнаружить "земноподобные" планеты. Оказалось, что планетные системы широко распространены в Галактике. Методами радиоастрономии установлено наличие множества органических соединений (часто весьма сложных) в межзвездной среде. В метеоритах обнаружены следы примитивной жизни, образовавшейся в то время, когда Земля еще только формировалась. Все это говорит о вероятности жизни на других планетах и дает веские аргументы в пользу обитаемости планетных систем у других звезд". Дальнейшее развитие SETI идет по пути совершенствования рентгенно- и гамма-астрономии в связи с их высокой информативностью. Наряду с этим, вероятно, будут предприняты и попытки использовать такие каналы как гравитационные волны и нейтрино. Высокая проникающая способность делает их весьма привлекательными для межзвездной связи. А.М. Гиндлис отмечает неуклонный рост интереса ко всему, что связано с гравитационными волнами (хотя гравитационные волны из Космоса до сих пор не обнаружены). Недавно Н.С. Кардашев указал на один важный аспект приложения гравитационных волн к проблеме SETI. Дело в том, что 95% материи -- это не галактики и не звезды, не межзвездная пыль и не газ. Это также и не плазма, состоящая из обычных частиц (из которых строятся атомы вещества). Считают, что подавляющая доля скрытой массы (до 70%) приходится на вакуум. Еще 25% связывают с различными гипотетическими частицами аксионами и др. Кардашев предполагает, что от 5 до 25% "темной материи" связано с т.н. зеркальным веществом. Исходя из постулата современной физики элементарных частиц и симметрии между правым и левым, каждая частица нашего мира должна иметь свой зеркальный аналог, из которых могут быть образованы зеркальные атомы, молекулы звезды, галактики и ...внеземные цивилизации. При этом частицы "нашего мира" могут взаимодействовать с частицами зеркального мира только гравитационно. Поскольку зеркальное вещество подвержено тяготению, оно вносит свой вклад в скрытую массу "их мира". В связи с тем, что зеркальная материя взаимодействует с нашей только гравитационно, то и обмен с зеркальными цивилизациями возможен тоже только с помощью гравитации. Отсюда (хотя и не только отсюда) неуклонный рост интереса к изучению гравитационных волн. Говоря об эволюции Вселенной можно себе представить, что во Вселенной происходит процесс образования звезд, планет, на которых со временем возникают сообщества разумных существ. Некоторые из них, возникшие совсем недавно, могут быть моложе нашей цивилизации, с ними мы вряд ли сможем связаться. Другие цивилизации возникли раньше и они старше нас. С ними, как и с цивилизациями нашего уровня, можно установить контакт. По расчетам Кардашева, первые цивилизации в нашей Вселенной могли появиться около 7 млрд. лет назад, т.е. еще до образования Солнца и Земли. Достаточно сопоставить этот срок с продолжительностью известной нам истории человечества, чтобы понять, какого невообразимого развития могут достигнуть такие цивилизации. В этой связи можно предположить, что мы генетически связаны с деятельностью древнейших сверхцивилизаций. Согласно концепции российского ученого Г.М. Идлиса о квазизамкнутых мирах-вселенных, жизнь на планетах (в том числе и на Земле), по всей вероятности, возникает не случайно, а в результате информационного проникновения неизмеримо более развитых сверхцивилизаций из соседнего квазизамкнутого макромира. В определенной степени эту точку зрения поддерживает А.М. Гиндлис: "Пусть это только предположение, но сама постановка вопроса вполне правомерна". Говоря о возможных биологических каналах связи между цивилизациями, Гиндлис ссылается на мнения ряда ученых, которые "предполагают, что высокоразвитые ВЦ могут записывать информацию в генетическую структуру микроорганизмов с помощью генной инженерии.
Информационная емкость ДНК огромна. Ее вполне достаточно, чтобы, не препятствуя биохимическим функциям организма, нести элементы "послания" ВЦ. Более того, этот вид связи имеет такие преимущества как самовоспроизведение "послания" и самоисправление "ошибок" воспроизведенных". Для реализации такого канала связи необходимо послать на подходящую планету контейнер с "закодированными" микроорганизмами. Если условия жизни на ней окажутся подходящими, то микроорганизмы приживутся на планете, размножаясь, будут все время воспроизводить "послание", пока существующая там цивилизация не достигнет достаточно высокого уровня развития (необходимого для того, чтобы заинтересоваться посланием и прочесть его). Известные нам каналы связи основаны на таких носителях сигнала как электромагнитные волны, гравитационные поля, нейтрино, генетические структуры молекул ДНК. Но мир не ограничен нашими представлениями о нем -- он гораздо многообразнее. Следовательно, могут существовать иные каналы связи, основанные на пока еще неизвестных, не познанных нами законах природы, на еще не открытых формах материи. Возможно, ВЦ уже знают о них и используют для своих целей.