Проблемы теоретической биологии кратко

Обновлено: 02.07.2024

Бауэр родился в 1890 и был расстрелян в 1937 г. Я узнал это имя от своего учителя Сергея Евгеньевича Северина.

Книгу эту я нашел быстро – она была в библиотеке нашего друга А.Нейфаха, выдающегося эмбриолога. Он отдал ее мне легко – слишком умозрительно все это. А на меня эта книга произвела чрезвычайное впечатление.

Исходя из этого принципа, он, в качестве следствий, выводит все основные свойства биологических систем – метаболизм, деление клеток, размножение, старение.

К сожалению, эти романтические концепции не подтвердились: белки in vivo такие же, как и in vitro. Нет особой физики макромолекул, свойственной только живому состоянию.

Вероятностная интерпретация термодинамики Больцмана была, наверное, широко известна во времена Бауэра. Эта интерпретация оказалась особо плодотворной при создании Теории информации. Можно только пытаться представить себе волнение, которое испытал бы Бауэр при чтении книг и статей Сцилларда, Бриллюена, А. и И. Ягломовых, посвященных связи количества информации с вероятностью, энтропией (свободной энергией), упорядоченностью букв в текстах, переходом от беспорядка к порядку.

В связи со сказанным и Принцип Бауэра оказывается верным и выглядит следующим образом.

Все и только живые – объекты и результаты биологической эволюции никогда в этом смысле не бывают в равновесии, жизнь невозможна без уникальных для каждого вида наследственных текстов – и исполняют за счет своей свободной энергии – посредством репарации соматических мутаций, иммунологического контроля в онтогенезе и естественного отбора в ряду поколений – постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях.

Здесь курсивом выделен текст Бауэра и обычным шрифтом дано молекулярно-биологическое содержание его утверждений.

Еще до выхода в свет отдельные главы книги Бауэра стали предметом дискуссий. В мае 1935 г. состоялась очень интересная конференция под председательством И.П. Разенкова (сохранилась ее стенограмма), где выступили многие ведущие биологи, биохимики, биофизики. Были и оппоненты, и сторонники.

Вообще под впечатлением идей Бауэра находились многие биологи тех лет. Но понимали его действительно с трудом – венгр по происхождению, он плохо говорил по-русски. Наверное, все это вспомнил С.Е. Северин, называя мне имя Бауэра.

После ХХ съезда КПСС Бауэр был посмертно реабилитирован.

Эрвин Бауэр родился 19 октября 1890 г. в г.Лече, принадлежавшем в то время Венгрии (сейчас это Левоча в Словакии). Отец, Симон Бауэр, был учителем французского и немецкого языков в реальном училище города Сегеда. Мать тоже преподавала иностранные языки, французский и английский, в женской гимназии Сегеда. Отец умер в 47 лет от рака. В семье осталось трое детей: Герберт 13 лет, Хильда 9 лет и Эрвин 6 лет, и матери пришлось очень нелегко. Эрвин окончил медицинский факультет университета в Геттингене в Германии, где изучал, в частности, гистологию и патологическую анатомию, решив заниматься онкологией (по-видимому, на его выбор повлияла смерть отца).

В 1914 г. Бауэр сдал экзамены на врача, но началась Первая мировая война, и он был мобилизован в австро-венгерскую армию. В 1915—1918 гг. работал в гарнизонной больнице, где начал заниматься исследовательской работой.

Быстро сменяются поколения. Совсем недавнее для нас прошлое нынешним молодым кажется далекой древностью. Для детей юность родителей иногда еще интересна – они сопоставляют ее со своей. Но юность дедов – это уже не очень реально. Что моим внукам до Сталина, Берии или Ежова, даже до недавнего Брежнева или только вчерашнего Горбачева?

Нет в истории другого примера такого немыслимого несоответствия идей и действительности, или, как говорят в науке, теории и эксперимента. Эксперимент был ужасен. Ну а теория? Что же они, интеллигенты, мыслители, цвет человечества? Ведь и Эрвин Бауэр был венгерским коммунистом.

Эрвин Бауэр увлекся марксизмом в юношеском возрасте, и, судя по всему, принимал активное участие в Венгерской революции 1919 г. Настолько активное, что после поражения революции и падения Республики осенью того же года вместе со своей второй женой Стефанией Сциллард ему пришлось эмигрировать сначала в Вену, а затем в Геттинген. (Первая жена Бауэра, известная венгерская писательница, Маргит Кафка и их маленький сын умерли от гриппа в 1918 г.)

В 1921 г. Бауэры приехали в Прагу, где Эрвин стал ассистентом профессора Ружички в отделе общей биологии и экспериментальной морфологии Карлова университета. В этот период его особенно интересовали реакции клеток на различные факторы внешней среды в связи с общей теорией жизненных явлений.

Непосредственно с Бауэром работали протистолог А.М. Лунц, зоолог А.М. Грановская, физиолог В.А. Мужеев, биохимик С.Д. Борздыко, иммунолог А.Г. Филатова.

В 1934 г. в Ленинграде создается Всесоюзный институт экспериментальной медицины (ВИЭМ). Бауэра пригласили туда для организации отдела общей биологии. В его отделе были лаборатории: электробиологическая (заведующий В.А. Мужеев), обмена веществ (В.С. Брандгендлер), раковая (Л.М. Шабад), общей биологии (Г.Г. Винберг), биологической и физической химии (консультант С.Е. Северин), биофизическая (Г.Ю. Гринберг).

Э.С. Бауэр устанавливает тесную связь с выдающимися физиками того времени А.Ф. Иоффе, Н.Н. Семеновым,
Я.И. Френкелем.

В Ленинградском физико-техническом институте АН организуются совместные семинары физиков и биологов, например Я.И. Френкель делал доклад о злокачественных опухолях и о действии на ткани ионизирующих излучений.

Эрвин и Стефания Бауэры приехали в Советский Союз в период удивительного, парадоксального расцвета в стране естественных наук. Расцвет был очень кратким: с 1925 по 1929 г. В это время формируются и расцветают научные школы физиков А.Ф. Иоффе, Н.Н. Семенова, Л.И. Мандельштамма, Д.С. Рождественского, химиков А.Е. Чичибабина, В.Н. Ипатьева, Н.Д. Зелинского, математика Н.Н. Лузина, биологов Н.К. Кольцова, Ю.А. Филиппченко, Н.И. Вавилова, А.А. Ухтомского, И.П. Павлова. Создает свою школу В.И. Вернадский.

После трудных лет мировой и гражданской войн, после революции начался переход к мирной жизни и нэпу. Носители духа науки и просвещения – прогрессивные интеллигенты дореволюционного времени и их молодые ученики – с огромной энергией и страстью устремились к прерванным занятиям.

Вторая, более тяжелая, началась после убийства С.М. Кирова 1 декабря 1934 г. Особенно трудно было именно в Ленинграде.

В качестве палачей, расстреливавших осужденных, пришлось привлечь множество милиционеров, охранников, сотрудников НКВД.

Среди десятков тысяч жертв этого ужаса были Эрвин Бауэр и Стефания Сциллард – Бауэр.

Михаил Эрвинович Бауэр, после ХХ съезда КПСС и реабилитации родителей вернулся в Ленинград. Сведений о Карле не было. М.Бауэр в начале 1950-х гг. сумел получить образование инженера, но работал рабочим на заводе, нужно было кормить семью.

За убитых родителей полагалась компенсация. На самом деле деньги выплачивали за имущество, изъятое при аресте. Но нужно было дать сведения об этом бывшем имуществе, подтвержденные свидетелями. Свидетели – друзья дома, бывавшие в нем до ареста. Еще сильны были воспоминания о терроре и не все соглашались давать такие подтверждения. Тем ценнее готовность и душевное участие в детях Бауэров Б.П. Токина и А.Д. Сперанского. И более всех, одного из немногих уцелевших сотрудников и друзей отца В.А. Мужеева.

Вот почти все. 100-летие Э.С. Бауэра было отмечено осенью 1990 г. В Пущино состоялся Всесоюзный симпозиум, посвященный его творчеству. Труды симпозиума изданы. Они есть в библиотеках. Память о замечательном мыслителе и о его трагической судьбе, столь характерной для нашего жестокого времени, не исчезает. А страна, в которую он с таким энтузиазмом и доверием приехал когда-то, страна, убившая его и предполагавшая существовать вечно, уже не существует.

Литература:

1. Бауэр Э.С. Теоретическая биология. – М.: Изд. ВИЭМ. 1935.

2. Токин Б.П. Теоретическая биология и творчество Э.С.Бауэра. – Изд. Ленинградского университета, 1963.

Одной из наиболее актуальных проблем развития биологии на ее современном этапе становится проблема теоретизации биологического знания, которая предстает в истории биологии XX века в виде идеи теоретической биологии.

Исторические корни теоретических методов в биологии отсылают к натурфилософским построениям, которые, по существу, были очень несовершенными попытками теоретического разрешения больших проблем биологии. Наиболее крупным и уже чрезвычайно точным достижением, лежащим в истоках теоретической биологии, является, несомненно, дарвиновская теория естественного отбора. К сожалению, в рамках данной работы, истоки и причины зарождения теоретической биологии не могут быть проанализированы – это отдельная, самостоятельная тема [3] , что необходимо учитывать, переходя к рассмотрению исторического пути теоретической биологии.

Как важные моменты в появлении теоретической биологии в 1900-ые годы выделим то, что в биологии уже были теория Ламарка, теория Ч. Дарвина, теория Г. Менделя, что в последнее десятилетие XIX века, как реакция на важные достижения в биохимии и широкое распространение редукционизма, начинают формироваться холистические взгляды (Н.Гартман, 1906).

1.1.2. Формирование основных направлений развития теоретической биологии.

Уже в этих первых работах отмечается двойственная природа теоретической биологии. С одной стороны, основная задача теоретической биологии – дать всестороннее определение сущности жизни в ее целостности и развитии, в этом случае теоретическая биология выступает как общая теория жизни, то есть как знание о всеобщих явлениях, процессах, структурах живого; с другой стороны, теоретическая биология предстает как форма организации и упорядочивания представлений о биологической реальности, фиксируя нормативное знание из различных отраслей биологии, она способствует выработке общего стиля мышления, сближению языка описания, интегративным процессам в биологии в целом и др. Двойственную природу теоретической биологии отмечал Р. Эренберг. По его мнению, теоретическая биология с одной стороны выступает как методология и логика науки, вскрывающая закономерности биологического познания, С другой стороны, теоретическая биология есть естественнонаучная дисциплина, решающая сугубо биологические проблемы.

В это же время происходит одно из самых значительных событий для всего биологического познания, создается синтетическая теория эволюции (СТЭ) (Четвериков С.С., Фишер Р., Тимофеев-Ресовский Н.В., Райт С., Дубинин Н.П., Вавилов Н.И. и др.). Происходит синтез дарвинизма и генетики, особым момент в развитии СТЭ следует считать замену типологического (организмоцентрического) мышления, в котором объектом эволюции выступает организм, на популяционное.

Таким образом, можно констатировать, что к середине XX века подход исследователей к проблемам теоретизации биологического знания с четких логических позиций точного естествознания стал доминирующим. Наметились основные направления развития теоретической биологии: 1) физико-химическое; 2) эволюционное; 3) системное.

Общие принципы анализа систем разбирает в книге Кастлер Г., чье имя следует выделить специально, так как в своих исследованиях он одним из первых рассмотрел возможности применения теории информации в биологии, а также развивал системный подход [25] .

Следует подчеркнуть, что в рассматриваемый период, наряду с системным активно развивается информационный подход в теоретической биологии [28] . Полагали, что теория информации поможет разрешить узловые проблемы гуманитарных, естественных и технических наук. По мнению Седова А.Е., к этой позиции привели кризис механистического мировоззрения, всеобщая тяга к математизации науки, а также понимание того, что гуманитарные и естественные науки все еще не являются точными - в отличие от бурно прогрессировавшей теоретической физики и ее технических приложений. Биологи воспринимали шенноновскую теорию информации как путь к созданию теоретической биологии – столь же строгой и общезначимой, как теоретическая физика. Первоначально научный анализ понятия информации был связан с количественным параметром. Первыми работами в этом направлении считаются статьи Р. Хартли (1928 г.) [29] о равновероятных событиях и К. Шеннона (1948 г.) [30] о совокупностях событий с различными вероятностями.

Следовательно, по мысли Уоддингтона, одной из задач теоретической биологии как общей теории жизни становится поиск объяснительных принципов или закономерностей перехода живого к сознательно живому, к возникновению языка.

Таким образом, Уоддингтон наметил новую, по отношению к физикализму, линию пути развития теоретической биологии. Он пытался найти интегративную перспективу, через обращение к смыслу информации, ее значению, для связывания в некое единство биологических явлений морфогенеза индивидуального организма, генетики, как особого рода нелинейного канала передачи наследственной информации, и эволюции живого как общего контекста.

В дальнейшем тесно сотрудничавший с Уоддингтоном и вовлеченный в работу симпозиумов математик Р. Том, придал математический смысл таким эмбриологическим понятиям как морфогенетическое поле и креод Уоддингтона. Для этого он использовал, разработанную им же самим, динамическую теорию морфогенеза. Свой метод Р. Том, согласно которо

Десятилетия спустя после большого пика в 1960-ых и 70-ых годах было отмечено явное снижение интереса к теоретической биологии, только ближе к 90-ым можно говорить о новой волне в теоретической биологии. К этому времени накопилось множество данных, свидетельствующих о необходимости пересмотра основных программ построения теоретической биологии. Прежде всего, утратила свои лидирующие позиции физико-химическая парадигма. Многие биологические феномены оказались принципиально не объяснимы в рамках механистической картины мира. Применение физических и химических методов в молекулярной биологии, не принесло ожидаемого результата в объяснении сложности организации и развития живых существ. Например, при исследовании временной и пространственной организации живых объектов.

Неудовлетворенность естествоиспытателей в физических экспликациях феномена времени привела в XX веке к попыткам ввести представления о специфических научных временах. Исходя из этой позиции, интерпретация времени в биологии отличается от интерпретации времени в физике[83]. По этому поводу Левич А.П. замечает, что в некоторых областях знания время становится не фоновым, а сущностным фактором функционирования природных объектов. В первую очередь таковы, конечно, объекты биологии[84]. Специфическое время биологии возникало под именем органического или физиологического времени и продолжает фокусировать внимание исследователей[85].

Следует констатировать, что к концу XX века физико-химический подход постепенно утратил доминирующие позиции в биологии, и причиной этого во многом явилось, как ни парадоксально, выявленная с помощью физико-химического подхода сложность организации биологических объектов, неадекватность механицизма и недостаточность формального аппарата физических теорий для описания и объяснения биологических феноменов.

Если нарастание физических теорий и их углубление происходило через использование все более глубоких математических теорий, то теоретизация биологии через обращение к математике не пошла дальше появления частных математических моделей. Многие исследователи отмечают, что математика сама по себе не внесла чего-либо нового в понимание природы живого, не дала нового подхода к пониманию того, как и почему существуют биологические системы. Налимов В.В. проанализировал несколько главных направлений математизации биологических знаний[88]. Первое из них – это эмпирико-математическое направление. Математика здесь выступает как новый язык или инструмент, позволяющий редуцировать многообразие экспериментальных данных к простой и компактной форме, представляющую собой математическую модель. Математическое моделирование в биологии сталкивается с целым рядом проблем, например, проблемы аксиоматизации и получения прогнозов[89], связанные с разнообразием и изменчивостью живых объектов. Второе направление математизации биологии – это параматематическое моделирование, развитие новой, порождаемой математикой, но лежащей уже вне ее дисциплины (пример, теория размытых множеств Заде, теория катастроф Тома). Параматематическое моделирование характеризуется всеобщностью своих построений, например, теория катастроф может быть применена как в биологии, так и в кораблестроении. Из чего можно сделать вывод, что подход, обладающий столь широким охватом, может обрести ту специфичность, которая необходима для того, чтобы он мог стать основой развития теории живого. Третье направление – мифо-математическое, в этом случае, как отмечает Наливом В.В., исследователь не придумывает новых математических построений, а берет уже существующую математическую структуру и дает ей новую – неожиданную экспликацию в системе тех или иных представлений эмпирического мира. Этот третий путь в биологии пока только разрабатывается.

Таким образом, стратегия системного подхода, ориентированная на физику, к концу XX-ого века не привела к общей теории в биологии. Неудивительно, замечает Садовский В.Н., что такое состояние дел породило в последние десятилетия множество иных вариантов построения общей теории систем (М. Месарович, Л. Заде, О. Ланге, А.И. Уемов, Ю.А. Урманцев и др.)[92]. Как отмечает Мирзоян Э.Н., большего успеха в теории биологии достигла стратегия системного подхода, ориентированная на биоценологию и биосферологию (Вернадский В.И., Беклемишев В.Н., Сукачев В.Н.)[93].

Итак, к началу XXI века стало ясным, что на базе какой-то одной из намеченных еще в 30 – 40-ые года прошлого века программ, а именно, физико-химической, системной и эволюционной идея теоретизации биологического знания не реализуется.

[1] Борзенков В.Г. Л. Фон Берталанфи и развитие идеи теоретической биологии в XX веке // Системный подход в современной науке. – М.: Прогресс-Традиция, 2004, с. 427.

[2] Подробное рассмотрение разных подходов к определению предмета теоретической биологии можно найти в книге Заренкова Н.А. Теоретическая биология. Введение. М.: Изд-во МГУ, 1988.

[3] Необходимо заметить, что тема истоков теоретической биологии еще только требует всестороннего и детального рассмотрения, как со стороны биологов, так и со стороны философов науки. Хотя по некоторым направлениям, например, эволюционизму, существует много работ историков и философов биологии см., например, Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. М.: Издат. Отдел УНЦ ДО МГУ, Прогресс-Традиция, АБФ, 1999.

[4] Моровиц Г. Исторический очерк // Теоретическая и математическая биология. М.:Мир, 1970, стр. 37-38

[5] Там же, стр. 39.

[6] Erenberg R. Theoretische Biologie. Berlin, 1928; Uexkull J. Theoretische Biologie. Berlin, 1928; Bertalanffy L. Theoretische Biologie. Berlin, 1932; Бауэр Э. Теоретическая биология. М.-Л., 1935.

[7] Цит. по Югай Г.А. Философские проблемы теоретической биологии. М.: Мысль, 1976, С. 42.

[8] О развитии системных исследований и взглядов Берталанфи см. далее в настоящей работе.

[9] Бауэр Р. Теоретическая биология. Москва-Ижевск, 2001, С. 37.

[11] Вернадский В. И. Биосфера: Избр. труды по биогеохимии. М., 1967, С. 350

[12] Вернадский В. И. Размышления натуралиста: Научная мысль как планетарное явление. М.,1977. Кн.2, С. 32

[14] Вернадский В.И. Живое вещество. М., 1978, с. 13.

[15] Более подробно см. Kull K., Biosemiotics in twentieth century: a view from biology. // Semiotica vol. 127 (1/4), pp. 385 – 414.

[16] Friederichs, Karl . Ökologie als Wissenschaft von der Natur oder biologische Raumforschung (= BIOS Bd. 7). Leipzig: J.A.Barth, 1937

[17] Meyer-Abich, Adolf . Ideen und Ideale der biologischen Erkenntnis. Leipzig: J.A:Barth, 1934

[18] Моровиц Г. Исторический очерк // Теоретическая и математическая биология. М.:Мир, 1970, стр. 39

[19] Там же, стр. 40.

[20] Там же, стр. 41.

[21] Цит. по Моровиц Г. Исторический очерк // Теоретическая и математическая биология. М.:Мир,1970, с. 42

[22] Timofeeff-Ressovsky N. V., Zimmer K.G., Delbrück M. // Nachr. Gess. Wiss. Gottingen. 1935. V. 1. P. 189 – 245.

[23] См. Schrödinger E. What is life? And Mind and Matter. Cambridge University Press, London, 1944; рус. пер.: Шредингер Э. Что такое жизнь? С точки зрения физики. М., 1947.

[24] См. Уотсон Дж. Молекулярная биология гена. М.: Мир, 1967; Уотсон Дж. Двойная спираль. М.: Мир, 1969

[25] См. Энгельгардт В.А. ст. Молекулярная биология // Большая Советская Энциклопедия

[26] Теоретическая и математическая биология. М.:Мир,1970

[27] Там же стр. 7.

[29] Уотермэн Т. Проблема // Теоретическая и математическая биология. М.:Мир,1970, стр. 13.

[31] Моровиц Г. Исторический очерк // Теоретическая и математическая биология. М.:Мир,1970, стр. 36.

[33] О вкладе Кастлера Г. в развитие теоретической биологии см. ниже.

[34] Берталанфи Л. История и статус общей теории систем // Системные исследования. Ежегодник. 1973. М., 1973, С. 24.

[37] Shannon C. The Mathematical Theory of Communication // The Bell System Technical Journal. 1948, Vol. XXVII, №3; Шеннон К.Э. Работы по теории информации и кибернетики, пер. с англ., М., 1963

[38] См. Колмогоров А. Н. Три подхода к определению понятия количества информации. //Проблемы передачи информации. 1965. Вып. 1. Т.1, С. 3.

[39] Wiener N. Cybernetics. Paris, 1948; русское издание Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине. – М., Советское радио, 1963

[40] Корогодин В.И., Корогодина В.Л. Информация как основа жизни. Дубна, 2000, стр. 33 – 71.

[41] См. Шрейдер Ю.А. О семантических аспектах теории информации. М., 1967.

[42] Моровиц Г.Исторический очерк // Теоретическая и математическая биология. Москва, Изд-во МИР, 1970, стр. 44

[43] Information theory in biology. /Ed. by H. Quastler. – Urbana: University of Illinois Press, 1953.; Теория информации в биологии. (Материалы конференции 1956 г. в Гатлинбурге, США. Пер. с англ., под ред. и с предисл. Л.А. Блюменфельда). М.: Изд. ин. лит.,1960.

[44] См. Кастлер Г. Место теории информации в биологии // Теория информации в биологии. (Материалы конференции 1956 г. в Гатлинбурге, США. Пер. с англ., под ред. и с предисл. Л.А. Блюменфельда). М.: Изд. ин. лит.,1960, стр. 184

[45] См. Концепция информации и биологические системы. (Материалы конференции 1963 г. в Хьюстоне, США. Пер. с англ., под ред. и с предисл. В.С.Гурфинкеля). М.: Мир, 1966.

[46] Towards a Theoretical Biology 1-4 (C.H. Waddington, ed.). Edinburgh:Edinburgh Univ. .Press, 1969 – 1972; рус. пер. 1-ого тома: На пути к теоретической биологии. Пролегомены. М., 1970.

[47] Уоддингтон К.Х. Предисловие к английскому изданию // На пути к теоретической биологии. Пролегомены. М., 1970, стр. 10.

[48] Уоддингтон К.Х. Теоретическая биология и молекулярная биология // На пути к теоретической биологии. Пролегомены. М., 1970, стр. 100.

[50] См. Патти Г. Физическая основа кодирования и надежность биологической эволюции // На пути к теоретической биологии. Пролегомены. М., 1970

[51] Там же, стр. 76

[52] Там же, стр. 73.

[53] Майр Э. Причина и следствие в биологии // На пути к теоретической биологии. Пролегомены. М., 1970, стр. 49

[56] Уоддингтон К.Х. Основные биологические концепции // На пути к теоретической биологии. Пролегомены. М., 1970, стр. 34

[57] Там же стр. 36

[58] См. Towards a Theoretical Biology 1-4 (C.H. Waddington, ed.). Edinburgh:Edinburgh Univ. .Press, 1972

[59] Том Р. Структурная устойчивость и морфогенез. М.: Логос, 2002, стр. 122.

[60] Там же, стр. 123.

[61] Уоддингтон К. Предисловие // Том Р. Структурная устойчивость и морфогенез. М.: Логос, 2002, стр. 6

[65] Рьюз М. Философия биологии. М.: Прогресс, 1977, стр. 55-56.

[66] Более подробно по этой проблеме см. Борзенков В.Г. Философия биологии: современное прочтение // Философия естественных наук. Под ред. Лебедева С.А., М.: Академический проект, 2006, стр. 239 – 256.

[67] Hull D. Philosophy of Biological Science. Englewood Cliffs. New Jersey, 1974.

[70] См. Малиновский А.А. Тектология. Теория систем. Теоретическая биология. М.: Эдиториал УРСС, 2000, стр. 360.

[71] Там же, стр. 353.

[72] Там же стр. 359

[73] Астауров Б.Л. Теоретическая биология и некоторые ее очередные задачи //Вопросы философии, 1972, № 2, стр. 62.

[74] Лойт Т .В. Теоретическая биология как метатеория биологической науки. // Вопросы философии, 1974, № 6, стр. 89.

[75] Смирнов И.Н. Материалистическая диалектика и современная теория эволюции. М., 1978, стр. 224.

[76] Например, заслуживают внимания интерпретации проблем теоретической биологии с позиции диалектического материализма.

[77] Бергсон А. Длительность и одновременность(по поводу теории Эйнштейна). СПб., 1923

[78] Вернадский В.И. Размышления натуралиста. Пространство и время в живой и неживой природе. М., 1975

[79] Мейен С.В. Понятия времени и типология объектов (на примере геологии и биологии) // Диалектика в науках о природе и человеке. М., 1983. С.311 — 317.

[80] Пригожин И. От существующего к возникающему. М., 1985

[81] Левич А.П. Введение // Конструкции времени в естествознании: на пути к пониманию феномена времени. Часть 1. Междисциплинарное исследование. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1996.

[82] см. Бергсон А., указ. соч., С.154

[83] Обратим внимание, что в науке XX века, начиная, примерно, с 50-60-ых годов, все больше и больше появляется работ о специфических временах (физическом, биологическом, геологическом и т.д.). О временной организации объектов биологической реальности см. работы Бакмана Г., Мейна С.В., Левича А.П., Михайловского Г.Е. и д.р..

[84] Левич А.П., указ. соч.

[85] Только в 70-е годы нашего столетия опубликовано около 25 книг и 11 тысяч журнальных работ по тематике, связанной с проблемами времени в биологии см. Study of Time IV. Proc. 4th Conference of the International Society for the Study of Time. N.Y., 1981.

[87] См. Шредингер Э. Что такое жизнь?: Физический аспект живой клетки. Ижевск, 1999.

[88] См. Наливом В.В. Является ли знание научным в той степени, в какой оно математизировано? Биологический аспект проблемы.

[89] По вопросам математического моделирования смотрите работы Рашевского Н., Розена Р.

[90] О развитии системных исследований в XX веке см. более подробно Системный подход в современной науке. – М.: Прогресс-Традиция, 2004.

[91] Моровиц Г.Исторический очерк // Теоретическая и математическая биология. Москва, Изд-во МИР, 1970, стр. 36

[92] Садовский В.Н. Людвиг фон Берталанфи и развитие системных исследований в XX веке // Системный подход в современной науке. – М.: Прогресс-Традиция, 2004, стр. 22.

[93] Мирзоян Э.Н. Стратегия системного подхода в теоретической биологии // Системный подход в современной науке. – М.: Прогресс-Традиция, 2004, стр. 423.

[94] Левонтин Р. Генетические основы эволюции. М.: Мир, 1978.

[95] Кимура М. Молекулярная эволюция: теория нейтральности. М.: Мир, 1985.

[96] Формирование неклассических подходов в биологии носило отчасти имманентный характер. Например, разработка неклассических представлений и подходов самими биологами в области проблемы вида оказала существенное влияние на направление пути неклассического биологического развития об этом более подробно см. Моргун Д.В. Эпистемологические основания проблемы вида в биологии. М.: Изд. МГУ, 2002

[97] См. кратко о периодах в истории биологии в работе Олескина А.В. Биополитика М., 2001.

[98] Алешин А.И. Междисциплинарные связи биологии как пространство возможностей теоретического поиска. // Природа биологического познания, М., 1991, стр. 168

[99] Огурцов А.П. Дисциплинарная структура науки., М., 1988

[100] Степин В.С., Теоретическое знание., М., 2000

[101] Мирский Э.М. Междисциплинарные исследования и дисциплинарная организация науки., М., 1980

[102] Кедров Б.М. О современной классификации наук // Единство и многообразие мира, дифференциация и интеграция научного знания., М., 1983, стр. 5 – 45.

[103] О междисциплинарности как форме методологической коммуникации см. Касавин И.Т. Философия познания и идея междисциплинарности, стр. 5 - 12

[104] См. Методология биологии: новые идеи (синергетика, семиотика, коэволюция) / отв. ред. О.Е. Баксанский. Москва: Эдиториал УРСС, 2001

Сложившаяся к настоящему времени значительная дифференциация биологических дисциплин привела к разрозненности биологического знания, ставшей существенным препятствием для дальнейшего развития биологической науки. Возникшая ситуация привела к необходимости создания нового направления – теоретической биологии, стратегической целью которой является объединение множества разобщенных биологических дисциплин в единую науку о жизни, без которого дальнейшее плодотворное развитие биологии не представляется возможным. В этом направлении удалось добиться значительных результатов, дальнейшее продвижение которых возможно при условии устранения сохраняющихся противоречий между редукционизмом и холизмом, а также объединения возникших различных общетеоретических концепций.

Ключевые слова: теоретическая биология, редукционизм, холизм, объединение общебиологических теорий.

THEORETICAL BIOLOGY: HISTORY AND DEVELOPMENT TRAJECTORIES

Karpin V.A.*

Surgut State University, Surgut, Russia

Abstract

Today’s significant differentiation of biological disciplines, which is the reason for the fragmentation of biological knowledge, has become a significant obstacle to the further development of biological sciences. Consequently, the situation has led to the need to create a new direction under the name of theoretical biology, the strategic goal of which is to unite many disparate biological disciplines into a single science of life, without which the further fruitful development of biology is not possible. This domain has seen significant results, and further progress is possible if the remaining contradictions between reductionism and holism are eliminated and various arising general theoretical concepts are combined.

Keywords: theoretical biology, reductionism, holism, unification of general biological theories.

Биология с момента своего появления многие века носила преимущественно описательный характер, что было безусловно связано с необычайно огромным разнообразием живых организмов. Первая попытка систематизировать это разнообразие принадлежит шведскому ученому К. Линнею (1707–1778), создавшему систему растительного и животного мира. Он впервые применил бинарную номенклатуру и построил искусственную классификацию растений и животных, но выступал в защиту постоянства видов и креационизма. Однако только XIX век можно считать началом завершения описательной науки о жизни в связи с появлением таких крупных достижений, как теории биологической эволюции Ж.-Б. Ламарка и Ч. Дарвина, работы основоположника генетики Г. Менделя, клеточная теория Т. Шванна и М. Лейдена. Теорию биологической эволюции Дарвина считают завершением описательного периода и началом биологии как науки, как теоретического знания.

Однако и в последующие годы процветал аналитический метод, биологические науки все более дифференцировались, неизбежно отдаляясь, порождая все больше узких специалистов, подчас не всегда понимающих друг друга. Такая тенденция неизбежно должна была породить противоположное направление, многочисленные попытки объединить, интегрировать разрозненные биологические знания.

Последующее развитие теоретической биологии сопровождалось двумя основными противоположными тенденциями: во-первых, редукционизмом и холизмом, где ведущую партитуру играла молекулярная биология, и, во-вторых, различными направлениями интегратизма.

Начиная с 20-х – 30-х годов ХХ века теоретическая биология начинает формироваться как отдельное направление биологических исследований. И здесь, к сожалению, у ведущих ученых-биологов также не сложилось единого мнения о фундаментальном основании биологической науки.

Наиболее проблемной, по нашему мнению, развернулась продолжающаяся дискуссия между физико-химическими и биологическими основами жизненных процессов, породившими идею витализма.

Первым серьезным шагом теоретизации биологического знания является создание Л. Берталанфи [14] общей теории систем (ОТС), сыгравшей значительную роль в построении фундамента теоретической биологии. Он утверждал, что теоретическая биология должна относиться к описательной и экспериментальной биологии, как теоретическая физика к экспериментальной физике. Живой организм необходимо рассматривать не как сумму отдельных элементов, а как целостную систему, качественно отличающуюся от своих составных частей. По сути дела, он выдвинул организмическую концепцию теоретической биологии.

Неоценимый вклад в развитие теоретической биологии внес российский ученый В. И. Вернадский, развивший новое направление эволюционной теории – учение об эволюции биосферы [2]. Он утверждал о первичности биосферы по отношению к отдельному организму, рассматривая организованность как специфическую особенность живой оболочки нашей планеты.

Продолжает развиваться СТЭ [4]. Основным моментом в развитии теоретической биологии является замена организмоцентрического мышления на популяционное. Хотя СТЭ претендует на завершенную общебиологическую теорию, она не разрешила всех накопившихся проблем, что породило продолжающиеся поиски третьего синтеза.

В 40-е – 50-е годы ХХ века в теоретической биологии наряду с математическими методами и системными исследованиями получают широкое распространение методы физико-химического анализа – наступает период развития молекулярной биологии, с достижениями которой связывают дальнейшее развитие науки о живой материи [13]. Важнейшим достижением в этом направлении явилось установление структуры ДНК (1953 г.). Однако развитие молекулярной биологии, изучающей органические структуры на грани живой и неживой материи, не могло стать основным базисом общетеоретической науки.

Таким образом, к середине прошлого века наметились три основных направления развития теоретической биологии: эволюционное (теория биологической эволюции), физико-химическое (молекулярная биология) и системное (общая теория систем).

Развитие теории биологической эволюции на базе продолжающегося усовершенствования методологии показывает ее важнейшее значение в совершенствовании теоретической биологии, но одного эволюционного подхода явно недостаточно для познания сущности жизни. Дальнейшее изучение научной картины мира показало, что эволюционные процессы свойственны всем объектам материального мира, что позволило разработать современную концепцию универсального (глобального) эволюционизма [7].

Список литературы / References

Бауэр Э. Теоретическая биология / Э. Бауэр. – СПб. : Росток, 2002. – 352 с.
Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера / В. И. Вернадский. – М. : Айрис-пресс, 2007. – 576 с.
Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине / Н. Винер. – М. : Советское радио, 1968. – 327 с.
Воронцов Н. Н. Развитие эволюционных идей в биологии / Н. Н. Воронцов. – М. : КМК, 2004. – 432 с.
На пути к теоретической биологии. Пролегомены. – М. : Мир, 1970. – 180 с.
Пресман А. С. Организация биосферы и ее космические связи / А. С. Пресман. – М. : Гео-СИНТЕГ, 1997. – 240 с.
Степин В. С. Теоретическое знание / В. С. Степин. – М. : Прогресс-Традиция, 2003. – 744 с.
Теоретическая и математическая биология. – М. : Мир, 1968. – 445 с.
Уотермен Т. Проблема / Т. Уотермен // Теоретическая и математическая биология. – М. : Мир, 1968. – С. 11-29.
Хакен Г. Информация и самоорганизация / Г. Хакен. – М. : КомКнига, 2005. – 248 с.
Чернавский Д. С. Синергетика и информация / Д. С. Чернавский. – М. : ЛИБРОКОМ, 2013. – 304 с.
Эйнштейн А. Физика и реальность / А. Эйнштейн. – М. : Наука, 1965. – 359 с.
Энгельгардт В. А. Познание явлений жизни / В. А. Энгельгардт. – М. : Наука, 1985. – 304 с.
Bertalanffy L. General system theory – a critical review / L. Bertalanffy. // General Systems. – 1962. Vol. 7. – P. 1-20.

Список литературы на английском языке / References in English

Bauer E. Teoreticheskaya biologiya [Theoretical biology] / E. Bauer. – St. Petersburg : Rostok, 2002. – 352 p. [in Russian]
Vernadskii V. I. Biosfera i noosfera [Biosphere and noosphere] / V. I. Vernadskii. – Moscow : Airis-press, 2007. – 576 p. [in Russian]
Viner N. Kibernetika, ili upravlenie i svyaz’ v zhivotnom i mashine [Cybernetics, or control and communication in the animal and the machine] / N. Viner. – Moscow : Sovetskoe radio, 1968. – 327 p. [in Russian]
Vorontsov N. N. Razvitie evolyutsionnykh idei v biologii [Development of evolutionary ideas in biology] / N. Vorontsov. – Moscow : KMK, 2004. – 432 p. [in Russian]
Na puti k teoreticheskoi biologii. Prolegomeny [Towards theoretical biology. Prolegomena]. – Moscow : Mir, 1970. – 180 p. [in Russian]
Presman A. S. Organizatsiya biosfery i ee kosmicheskie svyazi [Organization of the biosphere and its space connections] / A. S. Presman. – Moscow : Geo-SINTEG, 1997. – 240 p. [in Russian]
Stepin V. S. Teoreticheskoe znanie [Theoretical knowledge] / V. S. Stepin. – Moscow : Progress-Traditsiya, 2003. – 744 p. [in Russian]
Teoreticheskaya i matematicheskaya biologiya [Theoretical and mathematical biology]. – Moscow : Mir, 1968. – 445 p. [in Russian]
Uotermen T. Problema [Problem] // Teoreticheskaya i matematicheskaya biologiya [Theoretical and mathematical biology] / T. Uotermen. – Moscow, 1968. – P. 11-29. [in Russian]
Khaken G. Informatsiya i samoorganizatsiya [Information and self-organization] / G. Khaken. – Moscow : KomKniga, 2005. – 248 p. [in Russian]
Chernavskii D. S. Sinergetika i informatsiya [Synergetics and information] / D. S. Chernavskii. – Moscow : LIBROKOM, 2013. – 304 p. [in Russian]
Einshtein A. Fizika i real’nost’ [Physics and Reality] / A. Einshtein – Moscow : Nauka, 1965. – 359 p. [in Russian]
Engel’gardt V. A. Poznanie yavlenii zhizni [Cognition of the phenomena of life] / V. A. Engel’gardt. – Moscow : Nauka, 1985. – 304 p. [in Russian]
Bertalanffy L. General system theory – a critical review / L. Bertalanffy. // General Systems. – 1962. Vol. 7. – P. 1-20.

Один комментарий

Если речь идёт о теоретической биологии ТБ в виде системы её теорий, отражающих естественную систему её знаний в кратком и ясном виде, написанных единым языком, то такая ТБ уже существует. Она опубликована в моих статьях и книгах. И лучшего варианта для ТБ уже не будет. Тем более, по ТБ построена её копия в виде теоретической антропологии (социологии). О моих работах В.А. Карпину известно. А историю становления ТБ дал ещё в 2009 г. Бушев С. А. в своей диссертации.

$ХХI$ ВЕК - век биологии - только начинается и будущее тесно связано с ее успехами.

В наше время перед биологами стоит много задач, решение которых может иметь движущее влияние как на естествознание, так и на прогресс человечества. Среды них вопросы, которые изучают генетика, молекулярная биология, физиология и биохимия мышц, желез, нервной системы и органов чувств (процессы памяти, возбуждения и торможения в НС); фото- и хемосинтез, энергетика и продуктивность природных комплексов и биосферы в целом, форма и содержание природных процессов, их целостность и целесообразность, прогресс и др.

Если же взять в целом, то биологию как науку интересуют три основные проблемы:

механизмы происхождения жизни (нет единой концепции);
изменчивость (нет единого взгляда на её механизмы);
эволюция (роль механизмов изменчивости в эволюционном процессе).

Всё остальное же охватывается этими тремя глобальными проблемами, и, что бы ни исследовали, это будет ответом на вышеуказанные вопросы.

Если же рассмотреть более детально, то основными проблемами современной биологии являются:

Строение и функции макромолекул

Известно, что биологически важные макромолекулы имеют полимерную структуру (состоят из многих однородных звеньев, которые однако не есть одинаковыми). Белки образованы $20$ видами незаменимых аминокислот, нуклеиновые кислоты содержат четыре вида нуклеотидов, полисахариды — комплекс моносахаридов. Последовательность размещения мономеров в сложных биополимерах — это их первичная структура. Начальным этапом изучения структуры макромолекул и есть установление их первичной структуры. Учёные уже определили первичную структуру многих белков, некоторых видов РНК. Именно разработка методов определения последовательности нуклеотидов в цепях РНК, и, особенно, ДНК и есть сейчас важнейшей задачей молекулярной биологии. Обычно цепь биополимера свёрнута спирально (вторичная структура); ещё белковые молекулы и сложены определённым образом (образуют третичную структуру), а в дальнейшем они часто соединяются и образуют макромолекулярные комплексы ( четвертичная структура). На данный момент ещё недостаточно выяснено, как вторичная и третичная структуры определяются первичной структурой, а от третичной и четвертичной зависит каталитическая активность и специфичность действия. Присоединяясь к мембранам и объединяясь с липидами и нуклеиновыми кислотами в надмолекулярные структуры молекулы белка образуют внутриклеточные компоненты. С помощью рентгеноструктурного анализа было установлено третичную структуру некоторых белков (гемоглобина) и исследовано функциональное строение многих ферментов. В дальнейшем одной из ключевых проблем биологии современности есть изучение структуры макромолекул и выяснение её влияния на их сложные многообразные функции.

Регуляция функций клеток (механизм включения генов на молекулярном уровне; регуляция процессов в клетках, тканях и органах с целью поддержания относительной стабильности системы даже при меняющихся условиях окружающей среды).

Взаимная согласованность и зависимость от процессов регуляции, которые обеспечивают поддержание относительной стабильности системы даже при изменчивости условий среды - характерная черта процессов, происходящих в живой системе. Регуляции внутриклеточных процессов можно достигнуть изменением набора и интенсивности синтеза структурных и ферментных белков, влиянием на их ферментативную активность И изменением скорости транспортирования веществ через клеточную оболочку и другие биологические мембраны. От синтеза молекул РНК, которые переносят информацию с соответствующего гена, зависит синтез белка. Таким образом, одним из мест регуляции синтеза белка есть начало синтеза на гене молекулы РНК ( включение гена). Пока только для бактерий определена одна из схем регуляции усвоения питательных веществ — она достигается включением и выключением генов, которые определяют синтез необходимых ферментов. На первом месте для изучения в молекулярной биологии стоит молекулярный механизм включения генов (особенно у многоклеточных организмов).

Предполагают, что, наверное, скорость синтезирования белка может регулироваться и непосредственно на месте синтеза — на рибосомах. Основой же более оперативной системы регуляции есть изменение ферментативной активности, которая достигается взаимодействием определённых веществ с молекулой фермента и обратимой модификацией её третичной структуры. Поскольку фермент катализирует начальную реакцию в цепи химических превращений, а конечным продуктом этой цепи есть вещество, подавляющее его активность, то и устанавливается система обратной связи, которая автоматически поддерживает постоянную концентрацию конечного продукта. Скорость клеточных химических процессов зависит от темпа поступления в клетку, её ядро и митохондрии определённых веществ или выведения их. Этот процесс определяется свойством биологических мембран и ферментов.

Поскольку отсутствует полное представление о регуляции внутриклеточных процессов, то это и есть проблемой, над которой работают многие современные исследователи.

Индивидуальное развитие организмов (выяснение механизмов дифференцирования на всех стадиях от синтеза белка до появления конкретных свойств клеток, перестройка клеток, приводящая к формированию органов; создание теории онтогенеза).

Жизнь каждого организма, развивающегося половым путём начинается с зиготы - одной оплодотворённой клетки (яйца), в результате многократного деления которой образуется много клеток, каждая из которых содержит ядро с определённым полным набором хромосом (содержит гены, отвечающие за все свойства и признаки конкретного организма. Однако развитие каждой клетки различно. Т. е., в процессе развития каждой клетки будут работать только те гены, которые отвечают за определённую функцию, необходимую для развития определённой ткани или органа.

Потому одной из основных проблем биологии развития и есть механизм включения генов в процессе дефференциации клеток. На данное время известны некоторые факторы, которые влияют на такое включение (неоднородность цитоплазмы оплодотворённой яйцеклетки, влияние тканей эмбриона друг на друга, действие определённых гормонов). Гены контролируют синтез белков. Однако признаки и свойства многоклеточного организма не состоят только в особенностях его белков: определяются они тем, как дифференцируются клетки, различающиеся по своему строению и функциям, взаимосвязи, образованию определённых тканей и органов. До сих пор остаётся нерешённой такая важная проблема как выяснение механизма дифференциации клеток на стадии от начала синтеза белков до появления определённых свойств клеток, которые приводят к формированию органов. Предполагают, что в этом процессе главную роль играют белки оболочек клеток. Потому необходимо создать стройную теорию онтогенеза.

Рациональная организация жизнедеятельности человека и разработка проблемы продления жизни.

Развитие организмов на планете в процессе истории её существования (раскрытие сложных зависимостей между приобретёнными в процессе эволюции приспособлениями принципиального характера или отдельными приспособлениями).

Огромная сумма фактов подтвердила принципиальную правильность построенного Ч. Дарвином эволюционного учения. Но всё же ещё многие его важные положения ещё не разработаны. С этой точки зрения популяцию считают элементарной единицей эволюционного процесса, а элементарным эволюционным явлением — устойчивое изменение наследственных особенностей популяции. В результате выделены основные эволюционные факторы: мутационный процесс, пространственная изоляция, волны численности, естественный отбор. А эволюционным материалом есть мутации.

Пока не ясно действуют ли только эти факторы на макроэволюционном уровне (выше видообразования) или в возникновении более крупных групп организмов берут участие и другие неизвестные механизмы и факторы. Вполне возможно, что все явления макроэволюции сводятся к изменению на внутривидовом уровне. Чтобы решить эту проблему необходимо раскрыть механизмы наблюдаемого иногда как бы направленного развития определённых групп. Возможно, это зависит от существования определённых ограничений, которые накладываются генетическим набором и строением организмов. Потому важной задачей в ближайшем будущем есть вскрытие сложных зависимостей между приобретёнными в процессе эволюции приспособлениями принципиального характера или же это конкретные приспособления, которые ведут к развитию определённой группы (но в связи со средой обитания). Необходимо раскрыть, какие закономерности вызывают появление совершеннейших приспособлений в одном случае и приводят к успешному выживанию примитивных организмов в другом.

Происхождение жизни (выяснение причин и условий возникновения жизни на Земле, а также моделирование процессов, происходивших при этом, с восстановлением методом эксперимента последовательных этапов возникновения жизни на Земле).

Биосфера и человечество ( исследование биосферы как диалектического единства живой и неживой природы, наиболее существенным моментом для которого является круговорот веществ и энергии в природе; изучение законов биосферы для характеристики её состояния в данный период и прогнозирования будущего планеты и человечества; изучение современного состояния и разработка перспективных направлений в хозяйственной деятельности человека в общепланетарном масштабе; констатация необходимости охраны и приумножения богатств с целью сохранения равновесия в отношениях между природой и обществом). Быстрый рост населения земного шара ставит вопрос о границах биологической производительности биосферы Земли. Через $100-200$ лет при сохранении современных способов ведения земного хозяйства и тех же темпов роста численности человечества почти половине людей не хватило бы не только пищи и воды, но и кислорода для дыхания.

Проблема создания достаточного продовольственного потенциала для растущей человеческой популяции (биотехнология, селекция растений — создание принципиально новых форм — более продуктивных, качественных и устойчивых к негативным факторам, с реконструированными геномами и более продуктивных, создание трансгенных видов растений).

Биология может решить вопросы, стоящие перед ней на современном этапе, только в тесном контакте с другими науками: химией, физикой, кибернетикой, другими отраслями науки и техники. Решение многих вопросов современной биологии ещё в будущем .

Читайте также: