ЗВ-Таури - фан-сайт сериалов "Звёздные врата"

Эволюционное учение

Samantha_Carter — Sat, 21 Aug 2010 10:23:10 GMT

Эволюцио́нное уче́ние (также эволюционизм и эволюционистика) — система идей и концепций в биологии, утверждающих историческое прогрессивное развитие биосферы Земли, составляющих её биогеоценозов, а также отдельных таксонов и видов, которое может быть вписано в глобальный процесс эволюции вселенной. Первые эволюционные идеи выдвигались уже в античности, но только труды Чарлза Дарвина сделали эволюционизм фундаментальной концепцией биологии. Хотя единой и общепризнанной теории биологической эволюции до сих пор не создано, сам факт эволюции сомнению ученых не подвергается, так как имеет огромное число подтверждающих научных фактов и теорий.
Эволюционные идеи в античности

По мнению некоторых исследователей, источник эволюционных идей проистекает из космогоний древних религий. Идеи творения и развития вселенной и жизни идут в них параллельно друг другу, иногда тесно переплетаясь. Но мифический способ мышления мешает выкристаллизовать из них стройные концепции. Первую же такую концепцию из дошедших до нас разработал ученик Фалеса Милетского Анаксимандр. О схеме Анаксимандра мы знаем от историка I века до н. э. Диодора Сицилийского. В его изложении, когда молодая Земля осветилась Солнцем, её поверхность сначала затвердела, а потом забродила, возникли гниения, покрытые тонкими оболочками. В этих оболочках и зародились всевозможные породы животных. Человек же будто бы возник из рыбы или похожего на рыбу животного. Несмотря на оригинальность, рассуждения Анаксимандра чисто умозрительны и не подкреплены наблюдениями. Другой античный мыслитель, Ксенофан, уделял наблюдениям больше внимания. Так, он отождествлял окаменелости, что находил в горах, с отпечатками древних растений и животных: лавра, раковин моллюсков, рыб, тюленей. Из этого он заключал, что суша некогда опускалась в море, неся гибель наземным животным и людям, и превращалась в грязь, а когда поднималась, отпечатки засыхали. Гераклит, несмотря на пропитанность его метафизики идеей постоянного развития и вечного становления, не создал никаких эволюционных концепций. Хотя некоторые авторы все же относят его к первым эволюционистам.

Проблему наследственности впервые осветил Алкмеон, врач из ранних пифагорейцев. Он первым из греков пришел к выводу, что мыслящим органом человека является головной мозг. Отсюда он вывел, что сперма должна зарождаться именно в нем, а в половые органы она попадает по сосудам. При зачатии «от кого из родителей получено больше семени, тот пол и представлен».[5] Из этой фразы берет исток идея о комбинировании наследственных свойств, которую развил сицилийский врач, поэт и натурфилософ Эмпедокл. В его трактате «О природе» есть места[6], которые позволяют записать его в предтечи атомистам. Там же Эмпедокл выдвигает идею, которая напоминает принцип естественного отбора.

Единственным автором, у которого можно найти идею постепенного изменения организмов, был Платон. В своем диалоге «Государство» он выдвинул печально знаменитое предложение: улучшение породы людей путем отбора лучших представителей. Без сомнений, это предложение основывалось на известном факте отбора производителей в животноводстве. В современную эпоху необоснованное приложение этих идей к человеческому обществу развились в учение о евгенике,[источник не указан 176 дней] лежащее в основе расовой политики Третьего рейха.

Средневековье и возрождение

С подъемом уровня научного знания после «веков мрака» раннего Средневековья эволюционные идеи вновь начинают проскальзывать в трудах ученых, теологов и философов. Альберт Великий впервые отметил самопроизвольную изменчивость растений, приводящую к появлению новых видов. Примеры, когда-то приведенные Теофрастом, он охарактеризовал как трансмутацию одного вида в другой.[4] Сам термин, очевидно, был взят им из алхимии. В XVI веке были переоткрыты ископаемые организмы, но только к концу XVII века мысль, что это не «игра природы», не камни в форме костей или раковин, а остатки древних животных и растений, окончательно завладела умами. В работе 1559 года «Ноев ковчег, его форма и вместимость» Иоганн Бутео привел вычисления, которые показывали, что ковчег не мог вместить все виды известных животных. В 1575 году Бернар Палисси, устроил в Париже выставку ископаемых, где впервые провел их сравнение с ныне живущими. В 1580 году он опубликовал в печати ту мысль, что поскольку всё в природе находится «в вечной трансмутации», то многие ископаемые остатки рыб и моллюсков относятся к вымершим видам.
Эволюционные идеи Нового времени

Как видим, дальше высказывания разрозненных идей об изменчивости видов дело не заходило. Эта же тенденция продолжалась и с наступлением Нового времени. Так Френсис Бэкон, политик и философ предполагал, что виды могут изменяться, накапливая «ошибки природы». Этот тезис снова, как и в случае с Эмпедоклом, перекликается с принципом естественного отбора, но об общей теории нет пока и слова. Как ни странно, но первой книгой об эволюции можно считать трактат Мэтью Хэйла (англ. Matthew Hale) «The Primitive Origination of Mankind Considered and Examined According to the Light of Nature». Странным это может показаться уже потому, что сам Хэйл не был натуралистом и даже философом, это был юрист, богослов и финансист, а свой трактат написал во время вынужденного отпуска в своём поместье. В нём он писал, что не стоит считать будто бы все виды сотворены в их современной форме, напротив, сотворены были лишь архетипы, а всё разнообразие жизни развилось из них под влиянием многочисленных обстоятельств.[7] У Хейла также предвосхищены многие споры о случайности, которые возникли после утверждения дарвинизма. В этом же трактате впервые упоминается термин «эволюция» в биологическим смысле.

Идеи ограниченного эволюционизма, подобные идеям Хэйла, возникали постоянно, их можно найти в трудах Джона Рэя, Роберта Гука, Готфрида Лейбница и даже в поздних работах Карла Линнея. Более ясно они высказаны Жоржем Луи Бюффоном. Наблюдая за выпадением осадков из воды, он пришёл к выводу, что 6-ти тысяч лет, которые отводились на историю Земли естественным богословием, недостаточно для формирования осадочных пород. Вычисленный Бюффоном возраст Земли составлял 75 тысяч лет. Описывая виды животных и растений, Бюффон заметил, что наряду с полезными признаками у них имеются и такие, которым невозможно приписать какую-либо полезность. Это снова противоречило естественному богословию, которое утверждало, что каждый волосок на теле животного создан с пользой для него или же для человека. Бюффон пришёл к выводу, что это противоречие можно устранить, приняв сотворение лишь общего плана, который варьируется в конкретных воплощениях. Приложив лейбницевский «закон непрерывности» к систематике, он выступил в 1749 году против существования дискретных видов, считая виды плодом фантазии систематиков (в этом можно видеть истоки его не прекращавшейся полемики с Линнеем и антипатии этих ученых друг к другу).

Теория Ламарка
Основная статья: Теория Ламарка

Шаг к объединению трансформистского и систематического подходов был сделан естествоиспытателем и философом Жаном Батистом Ламарком. Как сторонник изменения видов и деист, он признавал Творца и считал, что Верховный Творец создал лишь материю и природу; все остальные неживые и живые объекты возникли из материи под воздействием природы. Ламарк подчеркивал, что «все живые тела происходят одни от других, при этом не путем последовательного развития из предшествующих зародышей». Таким образом, он выступил против концепции преформизма как автогенетической, а его последователь Этьен Жоффруа Сент-Илер (1772—1844) отстаивал идею о единстве плана строения животных различных типов. С наибольшей полнотой эволюционные идеи Ламарка изложены в «Философии зоологии» (1809), хотя многие положения своей эволюционной теории Ламарк сформулировал во вводных лекциях к курсу зоологии еще в 1800—1802 годах. Ламарк считал, что ступени эволюции не лежат на прямой линии, как это следовало из «лестницы существ» швейцарского натурфилософа Ш. Бонне, а имеют множество ветвей и отклонений на уровне видов и родов. Это представление подготовило почву для будущих «родословных древ». Ламарком был предложен и сам термин «биология» в его современном смысле. Однако в зоологических трудах Ламарка — создателя первого эволюционного учения — содержалось немало фактических неточностей, умозрительных построений, что особенно видно при сравнении его сочинений с трудами его современника, соперника и критика, создателя сравнительной анатомии и палеонтологии Жоржа Кювье (1769—1832). Ламарк считал, что движущим фактором эволюции может быть «упражнение» или «неупражнение» органов, зависящее от адекватного прямого влияния среды. Некоторая наивность аргументации Ламарка и Сент-Илера во многом способствовала антиэволюционной реакции на трансформизм начала XIX в, и вызвала абсолютно аргументированную с фактической стороны вопроса критику со стороны креациониста Жоржа Кювье и его школы.

Катастрофизм и трансформизм

Идеалом для Кювье был Линней. Кювье разделил животных на четыре «ветви», каждая из которых характеризуется общностью плана строения. Для этих «ветвей» его последователь А. Бленвиль предложил понятие типа, полностью соответствовавшее «ветвям» Кювье. Тип – это не просто высший таксон в царстве животных. Между четырьмя выделенными типами животных нет и не может быть переходных форм. Все животные, относящиеся к одному типу, характеризуются общностью плана строения. Это важнейшее положение Кювье крайне существенно и ныне. Хотя количество типов значительно превысило цифру 4, все биологи, говорящие о типе, исходят из фундаментальной идеи, доставляющей немало забот пропагандистам градуализма (постепенности) в эволюции, - идеи об обособленности планов строения каждого из типов. Кювье полностью воспринял линнеевскую иерархичность системы и построил свою систему в виде ветвящегося древа. Но это было не родословное древо, а древо сходства организмов. Как справедливо отмечал А.А. Борисяк, «построив систему на … всестороннем учете сходства и различий организмов, он тем самым открывал двери для эволюционного учения, против которого боролся». Система Кювье была, по-видимому, первой системой органической природы, в которой современные формы рассматривались рядом с ископаемыми. Кювье по праву считается весомой фигурой в становлении палеонтологии, биостратиграфии и исторической геологии как наук. Теоретической основой для выделения границ между слоями стало представление Кювье о катастрофических вымираниях фаун и флор на границах периодов и эпох. Он также разработал учение о корреляциях, благодаря которому восстанавливал облик черепа как целого, скелета как целого и, наконец, давал реконструкцию внешнего облика ископаемого животного. Свой вклад в стратиграфию вместе с Кювье внес его французский коллега палеонтолог и геолог А. Броньяр (1770-1847), и, независимо от них, – английский землемер и горный инженер Вильям Смит (1769-1839).

Термин учения о форме организмов - морфология - был введен в биологическую науку Гёте, а само учение возникло в конце XVIII века. Для креационистов того времени понятие о единстве плана строения означало поиск сходства, но не родства организмов. Задача сравнительной анатомии виделась в попытке понять по какому плану творило Верховное Существо все то разнообразие животных, которое мы наблюдаем на Земле. Эволюционная классика называет этот период развития биологии "идеалистической морфологией". Данное направление развивалось и противником трансформизма английским анатомом и палеонтологом Ричардом Оуэном (1804-1892). Кстати, именно он предложил в отношении структур, выполняющих сходные функции применять всем теперь известную аналогию или гомологию, в зависимости от того, относятся ли сравниваемые животные к одному плану строения, или к разным (к одному типу животных или к разным типам).

Эволюционисты — современники Дарвина

Английский лесовод Патрик Мэттью (1790-1874) в 1831 году опубликовал монографию «Строевой корабельных лес и древонасаждение». Явление неравномерного роста одновозрастных деревьев, избирательная гибель одних и выживание других давно были известны лесоводам. Мэттью предположил, что отбор не только обеспечивает выживание наиболее приспособленных деревьев, но и может вести к изменениям видов в процессе исторического развития. Таким образом, борьба за существование и естественный отбор были ему известны. Вместе с тем он считал, что ускорение эволюционного процесса зависит от воли организма (ламаркизм). Принцип борьбы за существование уживался у Мэттью с признанием существования катастроф: после переворотов уцелевают немногочисленные примитивные формы; в отсутствие конкуренции после переворота эволюционный процесс идет высокими темпами. Эволюционные идеи Мэттью в течение трех десятилетий оставались незамеченными. Но в 1868 году, после выхода «Происхождения видов», он републиковал свои эволюционные страницы. После этого Дарвин ознакомился с трудами своего предшественника и отметил заслуги Мэттью в историческом обзоре 3-го издания своего труда.

Чарлз Лайель (1797-1875) – крупная фигура своего времени. Он возвратил к жизни понятие актуализма («Основные начала геологии», 1830-1833), идущего еще от античных авторов, а также от таких весомых в человеческой истории личностей как Леонардо да Винчи (1452-1519), Ломоносова (1711-1765), Джемса Хаттона (Англия, Геттон, 1726-1797) и, наконец, Ламарка. Принятие Лайелем концепции познания прошлого через изучение современности означало создание первой целостной теории эволюции лика Земли. Английский философ и историк науки Вильям Уэвелл (1794-1866) в 1832 году выдвинул термин униформизм применительно к оценке теории Лайеля. Лайель говорил о неизменности действия геологических факторов во времени. Униформизм был полной антитезой катастрофизму Кювье. «Учение Лайеля теперь так же преобладает, - писал антрополог и эволюционист И. Ранке, - как некогда господствовало учение Кювье. При этом нередко забывают, что учение о катастрофах едва ли так долго могло бы давать удовлетворительное схематическое объяснение геологических фактов в глазах лучших исследователей и мыслителей, если бы оно не опиралось на известную сумму положительных наблюдений. Истина и здесь лежит между крайностями теории». Как признают современные биологи «катастрофизм Кювье был необходимым этапом развития исторической геологии и палеонтологии. Без катастрофизма развитие биостратиграфии вряд ли шло бы столь быстро».

Шотландец Роберт Чемберс (1802-1871) – книгоиздатель и популяризатор науки издал в Лондоне «Следы естественной истории творения» (1844), в которой анонимно пропагандировал идеи Ламарка, говорил о длительности эволюционного процесса и об эволюционном развитии от просто организованных предков к более сложным формам. Книга была рассчитана на широкого читателя и за 10 лет выдержала 10 изданий тиражом не менее 15 тыс. экземпляров (что само по себе внушительно для того времени). Вокруг книги анонимного автора разгорелись споры. Всегда весьма сдержанный и осторожный, Дарвин стоял в стороне от развернувшейся в Англии дискуссии, однако внимательно наблюдал за тем, как критика частных неточностей превращается в критику самой идеи об изменяемости видов, чтобы не повторять подобных ошибок. Чемберс, после выхода в свет книги Дарвина сразу встал в ряды сторонников нового учения.

В XX веке вспомнили об Эдварде Блите (1810-1873) – английском зоологе, исследователе фауны Австралии. В 1835 и 1837 гг. он опубликовал в английском «Журнале естественной истории» две статьи, в которых говорил о том, что в условиях жёстокой конкуренции и нехватки ресурсов шансы на оставление потомства имеются лишь у сильнейших.

Таким образом, ещё до выхода знаменитого труда в свет, всем ходом развития естествознания уже была подготовлена почва для восприятия учения об изменяемости видов и отборе.

Труды Дарвина

Новый этап в развитии эволюционной теории наступил в 1859 году в результате публикации основополагающей работы Чарльза Дарвина «Происхождение видов путём естественного отбора или сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь». Основной движущей силой эволюции по Дарвину является естественный отбор. Отбор, действуя на особей, позволяет выживать и оставлять потомство тем организмам, которые лучше приспособлены для жизни в данном окружении. Действие отбора приводит к распадению видов на части — дочерние виды, которые, в свою очередь, со временем расходятся до родов, семейств и всех более крупных таксонов.

Единственная иллюстрация к книге Чарлза Дарвина On the Origin of Species… (1859): схема дивергенции видов.

С присущей ему честностью Дарвин указал на тех, кто непосредственно подтолкнули его к написанию и изданию эволюционного учения (видимо, Дарвин не слишком интересовался историей науки, так как в первом издании «Происхождения видов» он не упоминал о своих непосредственных предшественниках: Уоллесе, Мэттью, Блите). Прямое влияние на Дарвина в процессе создания труда оказали Лайель и в меньшей степени Томас Мальтус (1766-1834), с его геометрической прогрессией численности из демографического труда «Опыт о законе народонаселения» (1798). И, можно сказать, Дарвина «заставил» опубликовать свой труд молодой английский зоолог и биогеограф Альфред Уоллес (1823-1913), отправив ему рукопись, в которой независимо от Дарвина он излагает идеи теории естественного отбора. При этом Уоллес знал, что Дарвин трудится над эволюционным учением, ибо последний сам писал ему об этом в письме от 1 мая 1857 года: «Нынешним летом исполнится 20 лет (!) с тех пор, как я завел свою первую записную книжку по вопросу о том, чем и каким способом разнятся друг от друга виды и разновидности. Теперь я подготовляю мой труд к печати… но не предполагаю печатать его раньше, чем через два года… Право, невозможно (в рамках письма) изложить мои взгляды на причины и способы изменений в естественном состоянии; но я шаг за шагом пришел к ясной и отчетливой идее – верной или ложной, об этом должны судить другие; ибо – увы! – самая непоколебимая уверенность автора теории в своей правоте ни в какой мере не является залогом ее истинности!» Здесь видно здравомыслие Дарвина, а также и джентльменское отношение двух ученых друг к другу, которое ясно прослеживается при анализе переписки между ними. Дарвин, получив статью 18 июня 1858 года, хотел представить ее в печать, умолчав о своей работе, и только по настоятельным уговорам друзей написал «краткое извлечение» из своего труда и эти две работы представил на суд Линнеевского общества.

Дарвин в полной мере воспринял от Лайеля идею постепенности развития и, можно сказать, был униформистом. Может возникнуть вопрос: если все было известно до Дарвина, то в чем же его заслуга, почему именно его работа вызвала такой резонанс? Но Дарвин сделал то, что не смогли сделать его предшественники. Во первых, он дал своей работе очень актуальное название, бывшее «у всех на устах». Общественность испытывала жгучий интерес именно к «Происхождению видов путем естественного отбора или сохранению благоприятствуемых рас в борьбе за жизнь». Трудно припомнить другую книгу в истории мирового естествознания, в названии которой столь же четко была бы отражена ее суть. Может быть, Дарвину и попадались на глаза титульные листы или названия работ его предшественников, но просто не возникло желания ознакомиться с ними. Мы можем только гадать, как бы отреагировала общественность, догадайся Мэттью выпустить свои эволюционные взгляды под заглавием «Возможность изменения видов растений во времени благодаря выживанию (отбору) наиболее приспособленных». Но, как мы знаем «Строевой корабельный лес…» не привлек к себе внимания.

Карикатура на Чарльза Дарвина (1871): реакция на дискуссии о происхождении человека.

Во вторых, и это самое главное, Дарвин смог объяснить современникам причины изменяемости видов на основе проведенных им наблюдений. Он отверг, как несостоятельное, представление о «упражнении» или «неупражнении» органов и обратился к фактам выведения новых пород животных и сортов растений людьми – к искусственному отбору. Он показал, что неопределенная изменчивость организмов (мутации) передаются по наследству и могут стать началом новой породы или сорта, если то будет полезно человеку. Перенеся эти данные на дикие виды, Дарвин отмечал, что в природе могут сохраняться лишь те изменения, которые выгодны виду для успешной конкуренции с другими, и говорил о борьбе за существование и естественном отборе, которому приписывал важную, но не единственную роль движителя эволюции. Дарвин не только дал теоретические выкладки естественного отбора, но и показал на фактическом материале эволюцию видов в пространстве, при географической изоляции (вьюрки) и с позиций строгой логики объяснил механизмы дивергентной эволюции. Также он ознакомил общественность с ископаемыми формами гигантских ленивцев и броненосцев, что могло рассматриваться как эволюция во времени. Дарвин также допускал возможность длительного сохранения некой усредненной нормы вида в процессе эволюции путем элиминации любых отклоняющихся вариантов (например, выжившие после бури воробьи имели среднюю длину крыла), что позднее было названо стасигенезом. Дарвин смог всем доказать реальность изменчивости видов в природе, поэтому благодаря его работе сошли на нет идеи о строгом постоянстве видов. Статикам и фиксистам было бессмысленным далее упорствовать в своих позициях.

Развитие идей Дарвина

Как истинный приверженец градуализма, Дарвин был обеспокоен тем, что отсутствие переходных форм может явиться крахом его теории, и относил эту нехватку к неполноте геологической летописи. Также Дарвина беспокоила мысль о «растворении» вновь приобретенного признака в ряду поколений, при последующем скрещивании с обычными, не измененными особями. Он писал, что это возражение, наряду с перерывами в геологической летописи, одно из самых серьезных для его теории.

Дарвин и его современники не знали, что в 1865 году австро-чешский естествоиспытатель аббат Грегор Мендель (1822-1884) открыл законы наследственности, по которым наследственный признак, не «растворяется» в ряду поколений, а переходит (в случае рецессивности) в гетерозиготное состояние и может быть размножен в популяционной среде.

В поддержку Дарвина начинают выступать такие ученые, как американский ботаник Аза Грэй (1810-1888); Альфред Уоллес, Томас Генри Гексли (Хаксли; 1825-1895) – в Англии; классик сравнительной анатомии Карл Гегенбаур (1826-1903), Эрнст Геккель (1834-1919), зоолог Фриц Мюллер (1821-1897) – в Германии. С критикой идей Дарвина выступают не менее заслуженные ученые: учитель Дарвина, профессор геологии Адам Седжвик (1785-1873), известнейший палеонтолог Ричард Оуэн, крупный зоолог, палеонтолог и геолог Луи Агассис (1807-1873), немецкий профессор Генрих Георг Бронн (1800-1862).

Один из символов эволюционизма: схема, помещённая на фронтисписе к работе Томаса Хаксли Man’s place in Nature (1863), демонстрирующая сходство скелетов человекообразных обезьян и человека.

Интересен факт того, что книгу Дарвина на немецкий язык перевел именно Бронн, не разделявший его взглядов, но считающий, что новая идея имеет право на существование (современный эволюционист и популяризатор Н.Н. Воронцов отдает в этом должное Бронну, как истинному ученому). Рассматривая взгляды другого противника Дарвина – Агассиса, заметим, что этот ученый говорил о важности сочетания методов эмбриологии, анатомии и палеонтологии для определения положения вида или иного таксона в классификационной схеме. Таким образом, вид получает свое место в естественном порядке мироздания.

Любопытно было узнать, что горячий сторонник Дарвина – Геккель широко пропагандирует постулированную Агассисом триаду, «метод тройного параллелизма» уже применительно к идее родства и она, подогретая личным энтузиазмом Геккеля, захватывает современников. Все сколько-нибудь серьезные зоологи, анатомы, эмбриологи, палеонтологи принимаются строить целые леса филогенетических древ. С легкой руки Геккеля распространяется как единственно возможная идея монофилии – происхождения от одного предка, которая безраздельно господствовала над умами ученых и в середине XX века. Современные эволюционисты, основываясь на изучении отличного от всех других эукариот способа размножения водорослей Rhodophycea (неподвижная и мужская и женская гаметы, отсутствие клеточного центра и каких-либо жгутиковых образований) говорят по крайней мере о двух независимо образовавшихся предках растений. Одновременно выяснили, что «Возникновение митотического аппарата происходило независимо по крайней мере дважды: у предков царств грибов и животных, с одной стороны, и в подцарствах настоящих водорослей (кроме Rhodophycea) и высших растений – с другой» [8]. Таким образом, признается происхождение жизни не от одного праорганизма, а по крайней мере от трех. Во всяком случае, отмечается что, уже «ни одна другая схема, как и предложенная, не может оказаться монофилитической» (там же). К полифилии (происхождению от нескольких, не связанных родством организмов) ученых привела и теория симбиогенеза, объясняющая появление лишайников (соединение водоросли и гриба) [9]. И это – самое главное достижение теории. Кроме того, новейшие исследования говорят о том, что находят все больше примеров, показывающих «распространенность парафилии и в происхождении относительно близкородственных таксонов». Например, у «подсемейства африканских древесных мышей Dendromurinae: род Deomys молекулярно близок к настоящим мышам Murinae, а род Steatomys по структуре ДНК близок к гигантским мышам подсемейства Cricetomyinae. Вместе с тем морфологическое сходство Deomys и Steatomys несомненно, что говорит о парафилитическом происхождении Dendromurinae». Поэтому филогенетическая классификация нуждается в пересмотре, уже на основании не только внешнего сходства, но и строения генетического материала.

Экспериментальный биолог и теоретик Август Вейсман (1834-1914) в достаточно четкой форме говорил о клеточном ядре как о носителе наследственности. Независимо от Менделя он пришел к важнейшему выводу о дискретности наследственных единиц. Мендель настолько опередил свою эпоху, что его работы фактически оставались безвестными в течение 35 лет. Идеи Вейсмана (где-то после 1863 года) стали достоянием широких кругов биологов, предметом для дискуссий. Увлекательнейшие страницы зарождения учения о хромосомах, возникновение цитогенетики, создание Т. Г. Морганом хромосомной теории наследственности в 1912-1916 гг. – все это в сильнейшей степени было стимулировано Августом Вейсманом. Исследуя зародышевое развитие морских ежей, он предложил различать две формы деления клеток – экваториальное и редукционное, т.е. подошел к открытию мейоза – важнейшего этапа комбинативной изменчивости и полового процесса. Но Вейсман не смог избежать некоторой умозрительности в своих представлениях о механизме передачи наследственности. Он думал, что весь набор дискретных факторов – «детерминантов» - имеют лишь клетки т.н. «зародышевого пути». В одни из клеток «сомы» (тела) попадают одни детерминанты, в другие – иные. Различия в наборах детерминант объясняют специализацию клеток сомы. Итак, мы видим, что, справедливо предсказав существование мейоза, Вейсман ошибся в предсказании судьбы распределения генов. Он также распространил принцип отбора на соревнование между клетками, и, поскольку клетки есть носители тех или иных детерминант, говорил о их борьбе между собой. Самые современные концепции «эгоистической ДНК», «эгоистического гена», развитые на рубеже 70-х и 80-х гг. ХХ в. во многом перекликаются с вейсмановской конкуренцией детерминант. Вейсман делал акцент на том, что «зародышевая плазма» обособлена от клеток сомы всего организма, и потому говорил о невозможности наследования приобретенных организмом (сомой) признаков под действием среды. Но многие дарвинисты принимали эту идею Ламарка. Жесткая критика Вейсмана этой концепции вызвало лично к нему и его теории, а затем и вообще к изучению хромосом негативное отношение со стороны ортодоксальных дарвинистов (тех, кто признавал отбор единственным фактором эволюции).

Переоткрытие законов Менделя произошло в 1900 году в трех разных странах: Голландии (Гуго де Фриз 1848-1935), Германии (Карл Эрих Корренс 1864-1933) и Австрии (Эрих фон Чермак 1871-1962), которые одновременно обнаружили забытую работу Менделя. В 1902 году Уолтер Саттон (Сетон, 1876-1916) дал цитологическое обоснование менделизму: диплоидный и гаплоидный наборы, гомологичные хромосомы, процесс конъюгации при мейозе, предсказание сцепления генов, находящихся в одной хромосоме, понятие о доминантности и рецессивности, а также аллельные гены – все это демонстрировалось на цитологических препаратах, основывалось на точных расчетах менделевской алгебры и очень отличалось от гипотетических родословных древ, от стиля натуралистического дарвинизма XIX века. Мутационная теория де Фриза (1901-1903 гг.) не была принята не только консерватизмом ортодоксальных дарвинистов, но и тем, что на других видах растений исследователям не удавалось получить достигнутый им на Oenothera lamarkiana широкий спектр изменчивости (сейчас известно, что энотера – полиморфный вид, имеющий хромосомные транслокации, часть которых гетерозиготна, тогда как гомозиготы летальны. Де Фриз выбрал очень удачный объект для получения мутаций и одновременно не совсем удачный, так как в его случае требовалось распространить достигнутые результаты на другие виды растений). Де Фриз и его русский предшественник ботаник Сергей Иванович Коржинский (1861-1900), писавший в 1899 году (Петербург) о внезапных скачкообразных «гетерогенных» отклонениях, думали, что возможность проявления макромутаций отвергает дарвиновскую теорию. На заре становления генетики высказывалось немало концепций, согласно которым эволюция не зависела от внешней среды. Под критику дарвинистов попал и нидерландский ботаник Ян Паулус Лотси (1867-1931), написавший книгу «Эволюция путем гибридизации», где справедливо обратил внимание на роль гибридизации в видообразовании у растений.

Если в середине XVIII века казалось непреодолимым противоречие между трансформизмом (непрерывным изменением) и дискретностью таксономических единиц систематики, то в XIX веке думалось, что градуалистические древа, построенные на основе родства вошли в противоречие с дискретностью наследственного материала. Эволюция путем визуально различимых крупных мутаций не могла быть принята градуализмом дарвинистов.

Доверие к мутациям и их роли в формировании изменчивости вида вернул Томас Гент Морган (1886-1945), когда этот американский эмбриолог и зоолог в 1910 году перешел к генетическим исследованиям и, в конце концов, остановил свой выбор на знаменитой дрозофиле. Наверно, не стоит удивляться, что через 20-30 лет после описываемых событий именно популяционные генетики пришли к эволюции не через макромутации (что стало признаваться маловероятным), а через неуклонное и постепенное изменение частот аллельных генов в популяциях. Так как макроэволюция к тому времени представлялась бесспорным продолжением изученных явлений микроэволюции, постепенность стала казаться неотделимой чертой эволюционного процесса. Произошел на новом уровне возврат к лейбницевскому «закону непрерывности» и в первой половине XX века смог произойти синтез эволюции и генетики. В очередной раз соединились некогда противоположные концепции.[11]

Напомним, что в свете новейших биологических идей, выдвинутых с позиций материализма, сейчас опять происходит отдаление от закона непрерывности, теперь уже не генетиков, а самих эволюционистов. Известный С.Дж. Гулд поднял вопрос о пунктуализме (прерывистом равновесии), в противовес общепринятому градуализму, чтобы стало возможным объяснить причины уже очевидной для всех картины отсутствия среди ископаемых останков переходных форм, т.е. невозможности построить действительно непрерывную линию родства от истоков до современности. Всегда остается перерыв в геологической летописи.

Современные теории биологической эволюции

В середине XX века на основе теории Дарвина сформировалась синтетическая теория эволюции (сокращённо СТЭ). СТЭ является в настоящее время наиболее разработанной системой представлений о процессах видообразования. Основой для эволюции по СТЭ является динамика генетической структуры популяций. Основным движущим фактором эволюции считается естественный отбор. Однако, наука не стоит на месте и, достигнутые передовыми теоретическими разработками современнейшие положения отличаются от первоначальных постулатов синтетической теории эволюции. Существует также группа эволюционных представлений, согласно которым видообразование (ключевой момент биологической эволюции) происходит быстро — за несколько поколений. При этом влияние каких-либо длительно действующих эволюционных факторов исключается (кроме отсекающего отбора). Подобные эволюционные воззрения называются сальтационизмом. Сальтационизм является слабо разработанным направлением в теории эволюции. Показано, что видообразование у растений на основе полиплоидии носит сальтационный характер.

Синтетическая теория эволюции
Основная статья: Синтетическая теория эволюции

Синтетическая теория в её нынешнем виде образовалась в результате переосмысления ряда положений классического дарвинизма с позиций генетики начала XX века. После переоткрытия законов Менделя (в 1901 г.), доказательства дискретной природы наследственности и особенно после создания теоретической популяционной генетики трудами Р. Фишера (1918—1930), Дж. Б. С. Холдейна-младшего (1924), С. Райта (1931; 1932), учение Дарвина приобрело прочный генетический фундамент.

Статья С. С. Четверикова «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики» (1926) по сути стала ядром будущей синтетической теории эволюции и основой для дальнейшего синтеза дарвинизма и генетики. В этой статье Четвериков показал совместимость принципов генетики с теорией естественного отбора и заложил основы эволюционной генетики. Главная эволюционная публикация С. С. Четверикова была переведена на английский язык в лаборатории Дж. Холдейна, но никогда не была опубликована за рубежом. В работах Дж. Холдейна, Н. В. Тимофеева-Ресовского и Ф. Г. Добржанского идеи, выраженные С. С. Четвериковым, распространились на Запад, где почти одновременно Р. Фишер высказал очень сходные взгляды о эволюции доминантности.

Толчок к развитию синтетической теории дала гипотеза о рецессивности новых генов. Говоря языком генетики второй половины XX века, эта гипотеза предполагала, что в каждой воспроизводящейся группе организмов во время созревания гамет в результате ошибок при репликации ДНК постоянно возникают мутации — новые варианты генов.

Нейтральная теория молекулярной эволюции
Основная статья: Теория нейтральной эволюции

Теория нейтральной эволюции, основным разработчиком которой является Мотоо Кимура, предполагает, что в эволюции важную роль играют случайные мутации, не имеющие приспособительного значения. В частности, в небольших популяциях естественный отбор, как правило, не играет решающей роли. Теория нейтральной эволюции хорошо согласуется с фактом постоянной скорости закрепления мутаций на молекулярном уровне, что позволяет, к примеру, оценивать время расхождения видов.

Теория нейтральной эволюции не оспаривает решающей роли естественного отбора в развитии жизни на Земле. Дискуссия ведётся касательно доли мутаций, имеющих приспособительное значение. Большинство биологов признают ряд результатов теории нейтральной эволюции, хотя и не разделяют некоторые сильные утверждения, первоначально высказанные М. Кимурой.

Эволюционное учение и религия

Хотя в современной биологии остаётся много неясных вопросов о механизмах эволюции, подавляющее большинство биологов не сомневается в существовании биологической эволюции как феномена. Тем не менее, часть верующих ряда религий находят некоторые положения эволюционной биологии противоречащими их религиозным убеждениям [12], в частности, догмату о сотворении мира Богом. В связи с этим в части общества практически с момента зарождения эволюционной биологии существует определённая оппозиция

Биоинформатика

Samantha_Carter — Sat, 21 Aug 2010 10:19:22 GMT

данный материал показался мне интересным

Биоинформа́тика или вычисли́тельная биоло́гия — одна из дисциплин биологии, изучающая молекулярные процессы, но не in vitro, а in silico, то есть не в пробирке, а при помощи компьютеров.

Терминология

Под биоинформатикой понимают любое использование компьютеров для обработки биологической информации. На практике, иногда это определение более узкое, под ним понимают использование компьютеров для обработки экспериментальных данных по структуре биологических макромолекул (белков и нуклеиновых кислот) с целью получения биологически значимой информации.

Термины биоинформатика и «вычислительная биология» часто употребляются как синонимы, хотя последний чаще указывает на разработку алгоритмов и конкретные вычислительные методы. Считается, что не всякое использование вычислительных методов в биологии является биоинформатикой, например, математическое моделирование биологических процессов — это не биоинформатика.

Биоинформатика использует методы прикладной математики, статистики и информатики. Исследования в вычислительной биологии нередко пересекаются с системной биологией. Основные усилия исследователей в этой области направлены на изучение геномов, анализ и предсказание структуры белков, анализ и предсказание взаимодействий молекул белка друг с другом и другими молекулами, а также реконструкция эволюции.

Биоинформатика и её методы используются также в биохимии и биофизике. Основная линия в проектах биоинформатики — это использование математических средств для извлечения полезной информации из «шумных» или слишком объёмных данных о структуре ДНК и белков, полученных экспериментально.

Основные области исследований

Анализ генетических последовательностей

C тех пор как в 1977 году был секвенирован фаг Phi-X174, последовательности ДНК всё большего числа организмов были дешифрованы и сохранены в базах данных. Эти данные используются для определения последовательностей белков и регуляторных участков. Сравнение генов в рамках одного или разных видов может продемонстрировать сходство функций белков или отношения между видами (таким образом могут быть составлены Филогенетические деревья). С возрастанием количества данных уже давно стало невозможным вручную анализировать последовательности. В наши дни для поиска по геномам тысяч организмов, состоящих из миллиардов пар нуклеотидов используются компьютерные программы. Программы могут однозначно сопоставить (выровнять) похожие последовательности ДНК в геномах разных видов; часто такие последовательности несут сходные функции, а различия возникают в результате мелких мутаций, таких как замены отдельных нуклеотидов, вставки нуклеотидов, и их «выпадения» (делеции). Один из вариантов такого выравнивания применяется при самом процессе секвенирования. Так называемая техника «дробного секвенирования» (которая была, например, использована Институтом Генетических Исследований для секвенирования первого бактериального генома, Haemophilus influenzae) вместо полной последовательности нуклеотидов даёт последовательности коротких фрагментов ДНК (каждый длиной около 600—800 нуклеотидов). Концы фрагментов накладываются друг на друга и, совмещённые должным образом, дают полный геном. Такой метод быстро даёт результаты секвенирования, но сборка фрагментов может быть довольно сложной задачей для больших геномов. В проекте по расшифроке генома человека сборка заняла несколько месяцев компьютерного времени. Сейчас этот метод применяется для практически всех геномов, и алгоритмы сборки геномов являются одной из острейших проблем биоинформатики на сегодняшний момент.

Другим примером применения компьютерного анализа последовательностей является автоматический поиск генов и регуляторных последовательностей в геноме. Не все нуклеотиды в геноме используются для задания последовательностей белков. Например, в геномах высших организмов, большие сегменты ДНК явно не кодируют белки и их функциональная роль неизвестна. Разработка алгоритмов выявления кодирующих белки участков генома является важной задачей современной биоинформатики.

Биоинформатика помогает связать геномные и протеомные проекты, к примеру, помогая в использовании последовательности ДНК для идентификации белков.

Аннотация геномов

В контексте геномики аннотация — процесс маркировки генов и других объектов в последовательности ДНК. Первая программная система аннотации геномов была создана в 1995 году Оуэном Уайтом (англ. Owen White), работавшим в команде, секвенировавшей и проанализировавшей первый декодированный геном свободноживущего организма, бактерии Haemophilus influenzae. Доктор Уайт построил систему для нахождения генов, тРНК и других объектов ДНК и сделал первые обозначения функций этих генов. Большинство современных систем работают сходным образом, но эти программы постоянно развиваются и улучшаются.

Вычислительная эволюционная биология

Эволюционная биология исследует происхождение и появление видов, также как их развитие с течением времени. Информатика помогает эволюционным биологам в нескольких аспектах:
изучать эволюцию большого числа организмов, измеряя изменения в их ДНК, а не только в строении или физиологии;
сравнивать целые геномы (см. BLAST), что позволяет изучать более комплексные эволюционные события, такие как: дупликация генов, латеральный перенос генов, и предсказывать бактериальные специализирующие факторы;
строить компьютерные модели популяций, чтобы предсказать поведение системы во времени;
отслеживать появление публикаций, содержащих информацию о большом количестве видов.

Область в компьютерных науках, которая использует генетические алгоритмы, часто путают с компьютерной эволюционной биологией. Работа в этой области использует специализированное программное обеспечение для улучшения алгоритмов и вычислений и основывается на эволюционных принципах, таких, как репликация, диферсификация через рекомбинацию или мутации, и выживании в естественном отборе.

Оценка биологического разнообразия

Биологическое разнообразие экосистемы может быть определено как полная генетическая совокупность определённой среды, состоящая из всех обитающих видов, была бы это биоплёнка в заброшенной шахте, капля морской воды, горсть земли или вся биосфера планеты Земля. Для сбора видовых имён, описаний, ареала распространения, генетической информации используются базы данных. Специализированное программное обеспечение применяется для поиска, визуализации и анализа информации, и, что более важно, предоставления её другим людям. Компьютерные симуляторы моделируют такие вещи, как популяционная динамика, или вычисляют общее генетическое здоровье культуры в агрономии. Один из важнейших потенциалов этой области заключается в анализе последовательностей ДНК или полных геномов целых вымирающих видов, позволяя запомнить результаты генетического эксперимента природы в компьютере и возможно использовать вновь в будущем, даже если эти виды полностью вымрут.

Часто из области рассмотрения биоинформатики выпадают методы оценки других компонентов биоразнообразия — таксонов (в первую очередь видов) и экосистем.

Биологические феномены ( часть первая ) - Регенерация

Tomin — Sat, 21 Aug 2010 09:12:20 GMT

Регенерация — свойство всех живых организмов со временем восстанавливать поврежденные ткани, а иногда и целые потерянные органы.

Регенерацией называется восстановление организмом утраченных частей на той или иной стадии жизненного цикла. Регенерация, происходящая в случае повреждения или утраты какого-нибудь органа или части организма, называется репаративной. Регенерацию в процессе нормальной жизнедеятельности организма, обычно не связанную с повреждениями или утратой, называют физиологической.

В каждом организме на протяжении всей его жизни постоянно идут процессы восстановления и обновления. У человека, например, постоянно обновляется наружный слой кожи. Птицы периодически сбрасывают перья и отращивают новые, а млекопитающие сменяют шерстный покров. У листопадных деревьев листья ежегодно опадают и заменяются свежими. Такие процессы носят название физиологической регенерации.

Репаративной называют регенерацию, происходящую после повреждения или утраты какой-либо части тела. Выделяют типичную и атипичную репаративную регенерацию.

При типичной регенерации утраченная часть замещается путем развития точно такой же части. Причиной утраты может быть внешнее воздействие (например, ампутация), или же животное намеренно отрывает часть своего тела (аутотомия), как ящерица, обламывающая часть своего хвоста, спасаясь от врага.

При атипичной регенерации утраченная часть замещается структурой, отличающейся от первоначальной количественно или качественно. У регенерировавшей конечности головастика число пальцев может оказаться меньше исходного, а у креветки вместо ампутированного глаза может вырасти антенна.

Способность к регенерации широко распространена среди животных. Низшие животные, как правило, чаще способны к регенерации, чем более сложные высокоорганизованные формы. Так, среди беспозвоночных гораздо больше видов, способных восстанавливать утраченные органы, чем среди позвоночных, но только у некоторых из них возможна регенерация целой особи из небольшого ее фрагмента. Тем не менее общее правило о снижении способности к регенерации с повышением сложности организма нельзя считать абсолютным. Такие примитивные животные, как круглые червии и коловратки, практически не способны к регенерации, а у гораздо более сложных ракообразных и амфибий эта способность хорошо выражена; известны и другие исключения. Некоторые близкородственные животные сильно различаются в этом отношении. Так, у дождевого червя из передней или задней половины тела может полностью регенерировать новая особь, тогда как пиявки неспособны восстановить один утраченный орган. У хвостатых амфибий на месте ампутированной конечности образуется новая, а у лягушки культя просто заживает и никакого нового роста не происходит. Нет также четкой связи между характером эмбрионального развития и способностью к регенерации. Так, у некоторых животных со строго детерминированным развитием (гребневики, полихеты) во взрослом состоянии регенерация развита хорошо (у ползающих гребневиков и некоторых полихет целая особь может восстановиться из небольшого участка тела), а у некоторых животных с регулятивным развитием (морские ежи, млекопитающие) - достаточно слабо.

Многие беспозвоночные способны к регенерации значительной части тела. У большинства видов губок, гидроидных полипов, многих видов плоских, ленточных и кольчатых червей, мшанок, иглокожих и оболочников из небольшого фрагмента тела может регенерировать целый организм. Особенно примечательна способность к регенерации у губок. Если тело взрослой губки продавить через сетчатую ткань, то все клетки отделятся друг от друга, как просеянные сквозь сито. Если затем поместить все эти отдельные клетки в воду и осторожно, тщательно перемешать, полностью разрушив все связи между ними, то спустя некоторое время они начинают постепенно сближаться и воссоединяются, образуя целую губку, сходную с прежней. В этом участвует своего рода «узнавание» на клеточном уровне, о чем свидетельствует следующий эксперимент. Губки трех разных видов разделяли описанным способом на отдельные клетки и как следует перемешивали. При этом обнаружилось, что клетки каждого вида способны «узнавать» в общей массе клетки своего вида и воссоединяются только с ними, так что в результате образовалась не одна, а три новых губки, подобные трем исходным. Из других животных к восстановлению целого организма из взвеси клеток способна только гидра.

У человека хорошо регенерирует эпидермис, к регенерации спообны также такие его производные, как волосы и ногти. Способностью к регенерации обладают также костная ткань (кости срастаются после переломов). С утратой части печени (до 25%), щитовидной или поджелудочной железы клетки оставшихся фрагментов начинают усиленно делится и востанавливают первоначальные размеры органа. К сожелению, нервные клетки такой способностью не обладают, за ислючением периферических нервов. При определенных условиях могут регенерировать кончики пальцев.

Антропный принцип

Шоре — Fri, 25 Sep 2009 08:06:53 GMT

Тема в принципе гораздо шире чисто биологической, но размещаю здесь, поближе к вопросам о происхождении жизни
1. Антропоцентрический и антропный принцип.
При обсуждении антропного принципа (АП) представляется целесообразным с самого начала провести разграничение между ним и антропоцентрическим принципом, идущим от Аристотеля. Сходство в наименовании и некоторые неудачные формулировки АП привели к тому, что в ряде случаев между антропным и антропоцентрическим принципом ставится, по существу, знак равенства. Это явилось одной из причин довольно острой полемики, которая возникла вокруг АП. Между тем, содержание этих принципов различно.
Антропоцентрический принцип декларирует центральное или, во всяком случае, уникальное, привилегированное положение человека во Вселенной. АП также устанавливает определенное соотношение между фундаментальными свойствами Вселенной в целом и наличием в ней жизни и человека, точнее - между существованием наблюдателя и наблюдаемыми свойствами Вселенной. Однако характер этого отношения иной - он не требует и не утверждает исключительности человеческого рода.
2. Условия существования жизни
В проблематике, связанной с жизнью во Вселенной, приходится сталкиваться с тремя типами условий: допустимые, необходимые и достаточные. Между этими типами условий не всегда проводится четкая грань, что является причиной ряда недоразумений, в том числе и при обсуждении АП. Чтобы избежать подобных недоразумений, поясним, в каком смысле будут в дальнейшем употребляться эти понятия.
Рассмотрим некоторую систему S, в которой реализуются определенные условия. Условия могут быть качественные и количественные. Качественные условия означают наличие (или отсутствие) в системе какого-либо свойства (например, наличие атмосферы на планете). Количественные - выражаются численными значениями некоторых параметров, при этом значения параметров задаются в определенном интервале. Так, можно говорить об определенном интервале температурных условий и т.д. По существу, качественные условия тоже сводятся к количественным. Поэтому можно считать, что каждое условие задается определенным интервалом изменения параметра Pi и, может быть выражено с помощью соответствующих неравенств. Будем говорить, что условие выполняется (или имеет место) в системе S, если выполняется соответствующее неравенство.
Определим теперь необходимые и достаточные условия. Условие будем считать необходимым для жизни в системе S, если при наличии этого условия жизнь в системе S существует, а при его отсутствии жизнь в ней становится невозможной. Обычно существует целый комплекс необходимых условий. Если, по крайней мере, одно из них не выполняется, жизнь в данной системе невозможна. Поэтому, если выполнена часть из полного набора необходимых условий, то этого недостаточно для существования жизни в рассматриваемой системе. Жизнь в системе S может существовать в том и только в том случае, когда в ней реализуется весь набор необходимых условий. Этот набор образует комплекс необходимых и достаточных условий. Каждое условие комплекса необходимо для жизни, но только все вместе они являются достаточными. Набор параметров, которые связаны с необходимыми и достаточными условиями, будем называть жизненно важными параметрами.
С необходимыми условиями тесно связаны непригодные или запрещающие условия. Будем называть так условия, которые исключают существование жизни в системе S, делают ее непригодной для жизни. Каждое запрещающее условие равнозначно отсутствию соответствующего (противоположного ему) необходимого условия. Запрещающие условия также связаны с жизненно важными параметрами.
Если в системе существует жизнь, это значит, что в ней выполнены все необходимые и достаточные условия и не выполняется ни одно запрещающее условие. Последнее означает, что условия в системе не препятствуют существованию в ней жизни. Такие условия будем называть допустимыми. Все необходимые условия, конечно, являются допустимыми, но не всякое допустимое условие будет необходимым для жизни. Многие допустимые условия не являются необходимыми.
Среди них можно выделить два класса условий: 1) допустимые условия, не связанные с жизненно важными параметрами, и 2) допустимые условия, связанные с жизненно важными параметрами (но, тем не менее, не являющиеся необходимыми).
Рассмотрим допустимые условия первого класса. Пусть мы хотим создать оранжерею для выращивания зеленых растений. Одним из необходимых условий существования и нормального развития растений является наличие солнечного света. Для этого требуется обеспечить прозрачное покрытие оранжереи. С этой целью можно использовать либо стекло, либо прозрачную пленку. Реализация того или иного варианта приведет к изменению условий внутри оранжереи. Но это, практически, не скажется на развитии растений. Поэтому оба варианта можно считать допустимыми. Еще меньшее влияние оказывает материал каркаса; его можно сделать из дерева или из металла, металлический каркас можно сделать сварной или скрепить на болтах - все это существенно не повлияет на условия в оранжерее.
В каждой системе существует множество подобных параметров, несущественных для жизни. Их изменение не оказывает заметного влияния на условия жизнедеятельности в системе, они не препятствуют жизни, но и не способствуют ее развитию. Будем называть эти параметры нейтральными, а условия, связанные с ними - нейтрально-допустимыми. Разумеется, нейтрально-допустимые условия не являются необходимыми, поскольку они не связаны с жизненно важными параметрами.
Второй класс допустимых условий (будем называть их существенно-допустимыми) связан с жизненно-важными параметрами, но отличается более узким интервалом их изменения, по сравнению с необходимыми условиями. Рассмотрим пример с нашей оранжереей. Пусть оптимальная температура для данного вида растений составляет 20▄C, и пусть растения нормально развиваются при температуре от 10▄С до 30▄С и гибнут при температуре ниже О▄С и выше 50▄С. Установим в оранжерее температурный режим 20▄ ╫ 1▄. Эти условия будут, конечно, допустимыми. Более того, они весьма благоприятны для развития растений. Но они не являются необходимыми. Мы можем изменить эти условия, немного расширив диапазон температурных изменений - условия станут менее благоприятными, но вполне допустимыми. Постепенно расширяя диапазон температурных условий, мы выйдем за границу благоприятных условий, условия станут неблагоприятными, хотя они все еще будут допустимыми. Наконец, двигаясь таким образом, мы подойдем к пределу, за которым жизнь растений станет невозможной. Очевидно этот предел определяет необходимые температурные условия в нашей системе. Таким образом, можно сказать, что необходимые условия являются предельно неблагоприятными или предельно-допустимыми.
Хотя существенно-допустимые условия (за исключением предельно-допустимых) не являются необходимыми для жизни, выполнение этих условий автоматически приводит к выполнению соответствующих (связанных с теми же параметрами) необходимых условий.
В обитаемой системе условия (все вместе и каждое в отдельности) являются допустимыми. Это утверждение тривиально. Но совсем не тривиальным является заключение о том, к какому типу допустимых условий относится то или иное свойство системы. Оно может быть нейтрально-допустимым, или существенно-допустимым, или необходимым для жизни. В двух последних случаях это означает, что рассматриваемый параметр относится к числу жизненно важных. С выяснением характера условий во Вселенной и связано применение антропного принципа.
3. На пути к антропному принципу
Во Вселенной, вероятно, возможны разные формы жизни, но в дальнейшем, говоря о жизни, я буду подразумевать только водно-углеродную форму, к которой принадлежим мы сами. Это делается не из "патриотизма", а по той причине, что при обсуждении антропного принципа имеется в виду именно эта форма жизни.
Применительно к этой форме жизни существенной характеристикой Вселенной можно считать то, что жизнь существует в ней лишь локально, в ограниченных (и притом очень небольших) областях. Это отличает Вселенную от таких однородных систем, как например, земная биосфера, где жизнь существует повсюду, и условия в каждой точке являются необходимыми и достаточными для жизни, а любое свойство биосферы является допустимым, совместимым с жизнью. Однако, применительно ко всей планете Земля, отмеченная однородность нарушается. Если выйти за пределы биосферы, условия становятся непригодными для жизни (например, условия в атмосфере выше озонового слоя).
Рассмотрим это свойство неоднородных систем на примере Солнечной системы. Здесь локальные условия, по отношению к фактору жизни, весьма различны. На Земле, в пределах биосферы, выполняется комплекс необходимых и достаточных условий. Но в других местах Солнечной системы, на других планетах, в межпланетной среде - условия непригодны для жизни. Между тем, Земля входит в состав Солнечной системы. Значит условия Солнечной системы в целом (включая условия в областях, где жизнь развиваться не может) должны допускать существование в ней жизни - хотя бы на одной планете Земля. Более того, раз в Солнечной системе есть жизнь, значит в ней реализовался комплекс необходимых и достаточных условий. Не будем анализировать этот комплекс. Для наших целей важнее подчеркнуть другое. Существует множество условий в Солнечной системе, которые не препятствуют существованию жизни на Земле, но неизвестно, являются ли они существенными для жизни. Необходимо ли для жизни на Земле наличие других планет (где нет жизни)? Необходимо ли для этого кольцо астероидов и другие "глобальные" характеристики Солнечной системы, являются ли они нейтрально-допустимыми или необходимыми для жизни?
Перейдем теперь ко Вселенной в целом. Многие области Вселенной непригодны для жизни. Но поскольку жизнь во Вселенной существует, то условия в ней должны быть допустимыми, они должны допускать существование жизни, хотя бы в некоторых локальных областях Вселенной. Это тривиально. Но какие из допустимых условий во Вселенной можно считать необходимыми для жизни? Очевидно, к ним можно отнести существование звезд и планет (хотя это утверждение требует, на самом деле, серьезного обоснования). Менее очевидно, насколько необходимы для жизни галактики. Должны ли звезды, чтобы обеспечить возникновение около них жизни, объединяться в гигантские системы? И, если да, то могут ли эти системы иметь произвольные параметры, или они должны соответствовать параметрам типичных галактик? Еще менее очевидно, насколько необходимы для жизни скопления галактик и, наконец, вся расширяющаяся Метагалактика. Насколько, вообще, "глобальные" свойства Вселенной необходимы для жизни? Иными словами, в какой мере существенные черты Вселенной совпадают с жизненно-важными параметрами, или они играют роль каркаса в рассмотренном выше примере с оранжереей?
Ответ, который дает на этот вопрос антропный принцип оказался весьма неожиданным. Он позволил связать наиболее характерные существенные черты Вселенной, а позднее и фундаментальные свойства материи с существованием во Вселенной жизни (и человека).
Важный шаг в этом направлении был сделан Г.М.Идлисом. Он поставил вопрос таким образом: "Почему наблюдаемая нами часть Вселенной представляет собой расширяющуюся систему галактик, состоящих из звезд с обращающимися вокруг них планетами, на одной из которых обитаем мы? Нельзя ли решить этот вопрос, исходя из самого факта нашего существования?". На основе проведенного анализа, полностью отдавая себе отчет в ориентировочности выполненных оценок и расчетов, Г.М.Идлис пришел к выводу, что основные черты наблюдаемой нами астрономической Вселенной являются характерными для любой обитаемой космической системы. Иными словами, космическая система может стать обитаемой лишь в том случае, если она включает в себя планеты, обращающиеся вокруг звезд, составляющих звездные системы (с параметрами, соответствующими параметрами типичных галактик), "входящие в "расширяющуюся метагалактику", которая, подобно нашей Метагалактике, оказывается "замкнутой", т.е. ее размеры, по крайней мере, сравнимы с радиусом кривизны ее пространства, и ее свойства описываются в первом приближении релятивистскими космологическими моделями". А это значит, что наиболее существенные черты наблюдаемой нами Вселенной, ее "глобальные" свойства оказываются необходимыми для возникновения и развития жизни.
Это обстоятельство позволяет понять, почему окружающий нас мир таков, как он есть, почему наблюдаемая Вселенная обладает отмеченными выше свойствами. Согласно Г.М.Идлису, это объясняется тем, что мы наблюдаем заведомо не произвольную область Вселенной, а именно ту, особая структура которой сделала ее пригодной для возникновения и развития жизни. Что же касается других областей Вселенной, то в них, по мнению Г.М.Идлиса, могут реализоваться иные физические условия, радикально отличные от условий, в нашей Метагалактике, что делает их непригодными для жизни во всяком случае в известной нам форме). В позднейших формулировках АП эта идея была конкретизирована в представлении об ансамбле миров-вселенных, в котором может быть выделено "познаваемое подмножество" с благоприятными для жизни условиями.
На возможное существование связи между наличием условий, допускающих развитие жизни в окружающей нас области Вселенной (Метагалактике), и другими характеристиками этой области обращал внимание А.Л.Зельманов6. В этой связи он указывал на красное смещение, как один из факторов, благоприятствующих появлению и развитию жизни. Напротив, смена расширения сжатия привела бы к таким условиям, которые сделали бы невозможным существование жизни.
Таким образом, уже на данном этапе формирования АП были сформулированы две главные относящиеся к нему идеи: 1) основные черты наблюдаемой Вселенной связаны с существованием в ней жизни (и человека ) - они являются необходимыми для возникновения и развития жизни ; 2) это объясняется тем, что мы наблюдаем не произвольную область Вселенной, а ту, в которой существует познающий эту Вселенную субъект (наблюдатель) и в которой реализовались необходимые для его существования условия. А.Л.Зельманов сформулировал эти две идеи в виде следующего положения: "мы являемся свидетелями процессов определенного типа потому, что процессы другого типа протекают без свидетелей". Эта формулировка, по существу совпадает с позднейшими формулировками АП (например, формулировкой Б.Картера, см.ниже), хотя сам термин "антропный принцип" на данном этапе его становления еще не использовался.
На этом этапе анализировались, главным образом, наблюдаемые свойства Вселенной, и суждения относились преимущественно к наблюдаемой области Вселенной. При этом обнаружилась связь между "глобальными", крупномасштабными, астрономическими свойствами Вселенной и возникновением в ней жизни (и познающего субъекта). На последующем этапе была обнаружена более глубокая связь - между наличием жизни во Вселенной и фундаментальными физическими параметрами материального мира. При этом анализировались как наблюдаемые, так и теоретические свойства Вселенной в целом (а не только ее наблюдаемой части), описываемые космологическими моделями. Тогда же стал использоваться термин "антропный принцип".

Биологические феномены ( часть вторая ) - Анабиоз и крионика

Tomin — Fri, 26 Jun 2009 08:51:07 GMT

Анабиоз (лат. anabiosis — оживление, от ανα- — «вновь» и βιος — «жизнь») — Состояние живого организма, при котором жизненные процессы (обмен веществ и др.) настолько замедленны, что отсутствуют все видимые проявления жизни. Анабиоз наблюдается при резком ухудшении условий существования (низкая температура, отсутствие влаги и др.). При наступлении благоприятных условий жизни происходит восстановление нормального уровня жизненных процессов. Наиболее устойчивы к высушиванию, нагреванию, охлаждению спорообразующие бактерии, грибы, простейшие (образующие цисту). У многоклеточных организмов угнетение жизнедеятельности и ее почти полная остановка вошли в нормальный цикл развития — семена, споры. Животные, впадающие в анабиоз могут терять ½ и даже ¾ заключённой в тканях воды. Анабиоз по сравнению с оцепенением и спячкой, сопровождается более глубоким подавлением жизнедеятельности. Явление анабиоза при высушивании и охлаждении используется для приготовления сухих живых вакцин, длительного хранения клеточных культур, консервирование тканей и органов. Имеются данные о возможности введения млекопитающих в состояние анабиоза с помощью таких газов, как углекислый газ, аргон, сероводород и пр.

Крионика — это область научно-практической деятельности, которая объединяет в себе криобиологию, криогенную инженерию и практику клинической медицины с целью разработки и применения криостаза. Криостазом называют сохранение в неизменном состоянии биологических объектов путём их замораживания до ультранизких (криогенных) температур.

Целью крионики является перенос только что умерших или терминальных (обречённых на смерть) пациентов в тот момент в будущем, когда, вероятно, станут доступны технологии репарации («ремонта») клеток и тканей и, соответственно, будет возможно восстановление всех функций организма. Такой технологией, по всей видимости, может стать нанотехнология и, в частности, разработанные в её рамках молекулярные нанороботы. Не исключено, что помимо реанимации крионированных пациентов, наномедицина позволит вылечить многие болезни и проявления старения в организме человека.

XVII век - первые научные эксперименты по заморозке животных, впадающих в зимнюю спячку
Вторая половина XVIII века - английским ученым Джоном Хантером выдвинута гипотеза, что можно продлить жизнь человека на любой срок, путем его циклического замораживания и оттаивания.
начало XX века - русским ученым П.Бахметьевым проведены опыты по заморозке и разморозке куколок бабочек. Открыт первый криопротектор - глицерин. Опыты по безопасной заморозке небольших фрагментов тканей человека и других млекопитающих с использованием глицерина.
середина XX века - развитие концепций о возможности восстановления органов и тканей на клеточном уровне после повреждений, связанных с заморозкой.
1956 год - французский ученый Луи Рэ заставил биться сердце куриного эмбриона, спустя несколько месяцев после его пребывания в жидком азоте. В качестве криопротектора использовался глицерин.
1964 год - выход первого издания книги Р.Эттингера "Перспективы бессмертия", положившей начало современной крионике.
1973 год - крионирован первый человек - умиравший от рака легкого профессор психологии Джеймс Бэдфорт.
1983 год - первые роды после переноса размороженных эмбрионов человека, полученных in vitro.
1992 год - исследователи компании BioTime заморозили бабуина до -2 градусов цельсия. В таком состоянии бабуин находился 55 минут, после чего был успешно разморожен
1995 год - американский биолог Юрий Пичугин произвел глубокую заморозку срезов головного мозга кролика, после разморозки мозг сохранил биоэлектрическую активность
1996 год - заморожено до -196 градусов цельсия и затем успешно разморожено сердце крысы
2002 год - рожден ребенок, зачатый при помощи спермы, находившейся в состоянии глубокой заморозки 21 год
2005 год - крионирован первый россиянин - Лидия Федоренко
2008 год - после глубокой заморозки успешно разморожена, а затем пересажена свиная печень.

Примечания: Материал с википедии