Математическая морфология.
Электронный математический и
медико-биологический журнал. - Т. 13. -
Вып. 2. - 2014. - URL:
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-42-html/TITL-42.htm
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-42-html/cont.htm
Современное
состояние биологической науки
Ó 2014 г. Седова Г. П.
«Биология приближается к
важному перекрестку дорог. С одной стороны идут представители традиционных направлений
– зоологии и ботаники; они идут по проторенному пути, который становится все
менее плодотворным и все более однообразным, т.к. мысль исследователей, работающих
в этих областях, в большинстве случаев
не отличалась ни строгостью, ни творческой силой. Поэтому их работа
характеризуется скудостью количественных данных и невысоким теоретическим уровнем.
С другой стороны идут представители новой биологии – биофизики, биостатистики,
молекулярной биологии, биоматематики и теории систем; они следуют по иному
пути, имеющему истоки в математике, физике, химии и технике – областях, которые
сами часто отличались изящной строгостью и концептуальной силой. Но, несмотря
на свой внешний лоск и подчас блестящие достижения, работа этой второй группы
ученых обесценивается из-за недостатка конкретных знаний и даже пренебрежительного
отношения к детальным фактам, касающимся клеток, организмов и популяций, а
также их сложной интеграции в пространстве и времени. Каждый из этих подходов к
изучению жизни, взятый в отдельности, может так и не привести к цели – к
широкому научному познанию жизненных явлений.
Однако есть некоторые признаки того, что за пересечением этих различных путей подхода к биологии не обязательно должно будет следовать их еще большее расхождение. В самом деле, если бы «традиционалисты» могли научиться в большей мере использовать математику и теоретическое мышление, а новая школа сделалась более «биологичной», то создалась бы по существу полная возможность эффективного сотрудничества, способного привести к величайшим революционным последствиям».
Приведенное высказывание
взято из сборника статей под названием «Теоретическая и математическая
биология» и принадлежит американскому биологу нового направления Т. Г.
Уотермэну. Несмотря на то, что оно относится к 60-м годам прошлого века, оно
актуально и в настоящее время.
Ушли в прошлое времена,
когда в художественных произведениях ученый, занимающийся биологией,
изображался в виде чудаковатого вида человека, гоняющегося с сачком за
бабочками; постепенно уходят в прошлое времена, когда в биологию шли молодые
люди, не слишком склонные к точным наукам. Биология становится
междисциплинарной наукой. Но и в настоящее время в ней преобладают описания
явлений, процессов, а не их объяснения. Часто отсутствуют строгие понятия,
определения, законы. А это соответствует детскому или юношескому, незрелому
ее состоянию.
Традиционные отрасли
биологии – ботаника и зоология себя уже исчерпали. Все растущие на Земле
растения изучены, составлены их определители. Животный мир планеты также
достаточно хорошо изучен. Можно сказать, что в мире растений и животных все
систематизировано и классифицировано. Разве что под вопросом остаются только
Лохнесское чудовище, снежный человек, кыштымский карлик и недавно объявившаяся
чупакабра.
Качественно новый этап в
изучении жизни связан с появлением биофизики – науки, пограничной между физикой
и биологией. Биофизика возникла тогда,
когда была обнаружена связь между физическими и биологическими явлениями.
Дальнейшее развитие этой
науки привело к постановке основного вопроса, который и сейчас стоит перед
биологией, и от прямого ответа на который она всячески уклоняется. Вопрос этот
можно сформулировать следующим образом:
Можно ли явление жизни
объяснить исключительно с точки зрения физико-химических представлений, или с
живым организмом связано особое состояние материи, отличное от тех состояний,
которые свойственны неживой материи?
Представление о
существовании в живых организмах особой жизненной энергии имеет большую
историю, оно присутствует в философских учениях и религиях многих народов мира.
Это прана индусов, Святой Дух христиан,
энергия ци китайцев, ки японцев и т.д.
Во второй половине XIX века
сформировалось направление в биологии, известное под названием витализма;
наиболее ярким его представителем
является немецкий биолог Ганс Дриш (1867–1941). Дриш считал, что механистическим
подходом нельзя объяснить многие жизненные процессы. Виталистические взгляды в
несколько измененном виде поддерживались и другими учеными и находят своих
сторонников и в настоящее время.
Академическая наука считает
подобные взгляды антинаучными. В биологической литературе можно прочитать, что
виталистические концепции потерпели крах. Долгое время в качестве
«доказательства» такого краха приводился
тот факт, что немецкий химик Фридрих Велер в 1828 г. синтезировал
мочевину. И это в течение многих десятилетий
преподносилось школьникам и студентам всех поколений как «доказательство»
отсутствия грани между живой и неживой материей. А что на самом деле доказал
результат Велера?
Только то, что органические вещества, вырабатываемые
живым организмом, могут быть получены химическим путем. Это был первый
органический синтез. Но не более того. Никак нельзя согласиться с мнением тех
ученых, которые считают, что синтез Велера нанес сокрушительный удар по витализму
и изгнал жизненную силу из живых организмов. Можно согласиться с тем, что Велер
своим экспериментом изгнал «жизненную силу» из органической химии, хотя вряд ли
кто считал, что, например, она есть в мочевине. Но ни Велер, и никто другой до настоящего времени не изгнал «жизненную
силу» из живой клетки, из живого организма. Все органические вещества, какими
бы сложными они не были, вне живой клетки – это мертвые вещества, или, используя
название В. И. Вернадского, косная материя. И только в условиях живой клетки
эти мертвые вещества приобретают особые свойства, важнейшим из которых является
способность к удвоению своей массы. Именно эта способность, свойственная только
живой клетке, обеспечивает непрерывность жизни на нашей планете. «Живое не
создано из мертвого, и нет никаких успехов в этих исканиях». Несмотря на то,
что это высказывание В. И. Вернадского относится к первой половине прошлого
века, оно верно и по сей день. И по сей
день еще никто не создал даже самое примитивнейшее одноклеточное существо из
неживой материи. Так что говорить о крахе виталистических концепций слишком
преждевременно.
Конечно, если задуматься о
происхождении жизни (не важно, возникла ли она на Земле или на других
планетах), то материалистический взгляд на мир не оставляет материалистически
мыслящему исследователю иного выбора, как признание того, что в конечном итоге
живая материя произошла из неживой. Больше ей просто неоткуда было появиться.
Но это могло произойти, как и считают некоторые ученые, в такие отдаленные
времена, когда на Земле существовали условия, совершенно не похожие на современные,
и могли произойти такие изменения в структуре материи, которые невозможны в настоящий, относительно спокойный период
существования нашей планеты. Поэтому в настоящий период образование живой
материи из мертвой невозможно. Состояние современной науки не позволяет
преодолеть грань между живой и неживой материей. Но некоторые ученые считают,
что наука приближается к преодолению этой грани.
В мае 2010 г. группа
американских ученых под руководством Крейга Вентера заявила о том, что ими
создан искусственный геном бактерии и внедрен в лишенную собственного генома
клетку другой бактерии. И этот геном в ней заработал. Получилась синтетическая
клетка. Ей даже дали название Синтия.
Это бесспорно очень большое
научное достижение. И многими средствами массовой информации оно было преподнесено
как создание искусственной жизни, что не соответствует действительности. Ведь
искусственный геном был внедрен в живую клетку, созданную природой, а не человеком.
Сам же геном не способен к
самостоятельному существованию. К. Вентер об этом открытии высказался таким
образом: «Мы создали новую жизнь на базе уже существующей, с помощью
синтетической ДНК перепрограммированием клетки, превращая их в новые с заданной
ДНК».
В январе 2012 г. группа
японских биологов заявила, что они «сделали шаг» к протоклетке. С помощью
уникальной технологии из набора органических веществ они создали модель клетки,
способную самостоятельно функционировать и размножаться. Главное, чего хотели
добиться исследователи, это самостоятельное деление клетки; они считают, что им
это удалось. Но специалисты не согласны с этим. Их основные аргументы следующие:
Важнейшие компоненты для
деления ДНК были добавлены в готовом виде, были применены синтетические
катализаторы, условия были далеки от естественных, деление происходило по законам
физики.
Попытки создания
искусственной живой клетки продолжаются. Некоторые ученые считают, что близки к
этому. Удастся им это, или нет, покажет время.
Изучение многоклеточных
организмов привело ученых к мысли о том, что многие явления, например,
морфогенез нельзя объяснить простым объединением клеток. Это заставляло думать
о существовании надклеточных факторов, что явилось причиной появления ряда
полевых гипотез. Наиболее известной является гипотеза А. Г. Гурвича. Она
разрабатывалась им с 1912 г.
Согласно этой гипотезе, с
живой клеткой связано особое состояние материи, биологическое поле, не сводимое
ни к каким известным физическим полям. Область действия этого поля выходит за
пределы клетки, и клетки оказывают своими полями влияние друг на друга.
Происходит объединение клеточных полей в единое «актуальное» поле. По мнению
Гурвича, клеточное поле анизотропно, оно непрерывно и преемственно.
Несмотря на то, что заслуги
Гурвича признаны академической наукой, но к его теории биологического поля
отношение какое-то неопределенное, настороженное, как бы здесь не примешались
идеи витализма. И до сих пор всеобщего официального признания эта теория не получила.
Вообще, если мы попытаемся в
словарях, справочниках выяснить значение слова «биополе» – то четкого определения его мы не найдем.
Чаще всего это будут определения типа: «Биополе – псевдонаучная концепция, согласно
которой существует совокупность «тонких» полей, генерируемых живым организмом»
(Википедия).
«Биополе – термин,
используемый для объяснения парапсихологических явлений» (Большой
энциклопедический словарь).
А вот мнения физиков по
этому вопросу:
«На вопрос: что такое биополе?
Подавляющее большинство трезво мыслящих ученых категорически ответит: это то, чего
нет и не может быть, как нет и не может быть явлений, для объяснения которых
биополе специально придумано» [В. Е. Жвирблис «Асимметрия против хаоса»].
«Существование биополя, т.е.
поля, которое не сводится к известным физическим полям и, следовательно, не
регистрируется обычными физическими приборами, противоречит ожиданиям современной
физики. До сих пор не существует никаких проявлений биополя, подтвержденных научным
экспериментом» (Акад. А. Б. Мигдал).
В 80-х годах прошлого века в
лаборатории института радиотехники и электроники АН СССР были проведены исследования
физических полей биологических объектов (Ю. В. Гуляев, Э. Э. Годик). Выводы, к которым пришли
исследователи следующие:
Никаких особых полей вокруг
живых организмов нет, а то, что называют биополем это комбинация известных
физике полей.
«Отныне экспериментально
установленной истиной признается: человек может воздействовать на другого
человека лишь с помощью двух видов излучений – теплового и электрического. И
еще – через изменение влажности
окружающего воздуха. Остальные излучения – магнитное, радиотепловое
(идущее внутри тела), акустическое –
слишком слабы».
Вот оказывается как все
просто с точки зрения физиков в живом организме: электрические и тепловые поля,
ну и еще кое-какие, более мелкие.
Никакого биополя, никакой
жизненной энергии. Это все выдумки дилетантов, невежд, или «ученых с большой
дороги». Но только у меня в связи с этим возникает простой вопрос:
Все упомянутые поля физиками
хорошо изучены, и если кроме них в
живом организме ничего нет, так почему же физики, хотя бы в союзе с химиками,
до сих пор не создали искусственную живую клетку? Речь идет не о том, чтобы ее
скомбинировать из фрагментов живых клеток, созданных природой, а создать ее «с
нуля», из неорганических элементов. До сих пор это никому не удалось. И большой
вопрос: удастся ли кому-то в будущем.
Или возьмем фотосинтез. В
этом процессе задействованы свет и электроны, т.е. то, что физиками хорошо
изучено. И если там также все сводится к известным процессам, то почему за 200
лет в проблеме фотосинтеза нет практически
никаких существенных сдвигов? Пора уж физикам наладить процесс фотосинтеза
в обход растений, в промышленном масштабе, и накормить голодающее население слаборазвитых
стран.
Но ведь ничего такого и близко
нет. И не лучшее ли это доказательство того, что не так просто устроен живой организм,
как самонадеянно считают физики? И не рано ли хоронить идею о существовании в живой
клетке, в живом организме биологического поля?
А теперь остановимся на вопросе: почему биологическое поле не обнаруживается никакими, даже лучшими в мире приборами. Вспомним, как обнаруживается электрическое поле, существующее вокруг заряженного тела. С помощью пробного заряда, т.е. с помощью другого заряженного тела. Представим себе, что на место пробного заряда мы поместили бы прибор, пусть самый точный, но предназначенный для измерения каких-либо механических величин. Он бы нам ничего не показал. Отсюда был бы сделан вывод, что никакого электрического поля не существует. Также как электрическое поле заряженного тела обнаруживается по действию его на другое заряженное тело, так и биологическое поле живого организма может быть обнаружено по действию его на другой живой организм.
Орел