Формирование и развитие биологического познания: основные парадигмы и гипотезы

Современная методология науки вполне оправданно проявляет интерес к сменявшим друг друга парадигмам в истории биологического познания. Ей важно разобраться в том, насколько все концепции с древнейших времен — например, с эпохи Гераклита или Аристотеля — стремились к прояснению биологической истины, обладая при этом чувством исторической дистанции и вводя поправки на особенности решения (обсуждения) проблем в конкретных исследовательских парадигмах и концепциях. Обращение к историко-познавательному аспекту биологии носит целевой характер. История познания является способом осмысления сегодняшней практики познания. Исторический взгляд позволяет разобраться в характере формирования понятий, принципов и законов, сохраняющих свою актуальность в биологии по сей день. История проясняет контекст познания, связи с традициями, школами, знакомство с дискуссиями, динамикой изменения отношений опытного и теоретического знания, со сложившимися идеалами, нормами и ценностями познания. Историко-эпистемологическую экспозицию биологического познания можно схематически представить как совокупность ключевых исследовательских сюжетов, претендующих на раскрытие важнейших биологических понятий и проблем, конкурирующих друг с другом.

Архетипы биологического знания обнаруживаются в древнейших мифологиях. Мифы о живой природе концентрированно выражали длительный, многотысячелетний опыт человека по ее первоначальному познанию и практическому освоению. Любая древнейшая мифология включает в себя элементы биологических знаний. Разнообразие мифологических сюжетов о живой природе зависело от действий многочисленных божественных персонажей, занимавших определенные места и игравших определенные роли в иерархии естественных явлений. Мифы о растительном и животном мире представляли собой причудливые сплетения элементов сверхъестественного и естественного знания, житейских наблюдений и наивных предположений. Биологические мифы строились как серии последовательных ответов на вопросы о происхождении растений, животных и человека, об их организации и превращениях. Если мифологический образ биологической реальности признать архаическим истоком представлений о жизни, то на последующих этапах своего развития элементы биологии находились в теснейшем окружении повседневного опыта, философских, теологических, медицинских, естественнонаучных (физических, химических) и математических знаний.

Любопытство античных философов к происхождению животного мира и устройству живых организмов было пронизано тенденциями к рационализации мифологических образов. Наибольшей рационализацией отличалась классификация животных и растений у Аристотеля. Он дал описание почти 500 видов животных. Аристотель, по-видимому, был первым эмбриологом: вскрывая куриные яйца, он день заднем на протяжении трехнедельного периода инкубации наблюдал формирование сложного организма птицы. Только в XVIII-XIX вв. вызревают условия формирования биологии как совокупности научных дисциплин. Обобщение и накопление биологического материала стимулировались аграрными и медицинскими потребностями человека. Первый научный опыт систематизации земной флоры и фауны связан с именем К. Линнея. Его классификации основывались на познавательных ресурсах таких категорий, как категории вида, рода, отряда, класса. Он заложил понятийнотерминологические основы классификации, определяя животное и растение по родовым и видовым признакам.

Эволюционистская парадигма. Теория эволюции занимает особое место в философских размышлениях на темы жизни, ее зарождения и развития. Она образует научный фундамент всего комплекса дисциплин о живой природе и человеке. Эволюция подразумевает всеобщие процессы изменения живых организмов с присущими им свойствами упорядоченного и последовательного развития от простейших форм их организации и поведения к более сложным формам. Основателем теории биоэволюции был Ч.Дарвин. Хотя задолго до Дарвина предпринимались попытки объяснить сходство структурных и функциональных особенностей живых организмов, только ему в работе «Происхождение видов» удалось дать целостное научное обоснование эволюции. Постдарвиновские разработки теории эволюции обогатились многочисленными наблюдениями и экспериментами и превратились сегодня в разветвленную систему биологических знаний. Сердцевину современных представлений об эволюции образуют междисциплинарные основания - - данные генетики, палеонтологии, молекулярной биологии, экологии и этологии.

Эволюция живых организмов формирует способность их адаптации к окружающей среде. Каждый вид живого соответствует своему образу жизни, т. е. приспособлен к условиям окружающей среды, благодаря унаследованным признакам своего строения и функциям. Активность образа жизни организмов определяется особенностями их реагирования на воздействия окружающей среды. В ходе эволюции образ жизни любого вида подвержен изменениям, его активность может возрастать или уменьшаться. Изменения, или мутации, наследственных программ подвергаются в ходе эволюции действию естественного отбора. В результате строение организмов усложняется или упрощается, они приобретают новые свойства, отдельные их органы или функции совершенствуются и формируются новые, одни организмы вымирают, другие —выживают, как наиболее приспособленные, наконец, могут появляться новые виды живых организмов. Мутационные процессы в живой природе характеризуются большой длительностью протекания, чрезвычайным разнообразием, случайностью и ненаправленностью возникновения.

Интегральный механизм эволюционных процессов заключается в действии естественного отбора. Наблюдения показывают, что многим организмам не удается выжить и оставить потомство. Непрерывная конкуренция между организмами в процессе адаптации к факторам внешней среды порождает борьбу за существование. Конкуренция может быть внутри одного вида (внутривидовая) и между представителями разных видов (межвидовая). Биологические виды претерпевают изменения в ходе эволюции. При этом каждое последующее поколение наследует признаки предшествующего, являясь его модификацией. Современные организмы связаны со своими предками длинной цепью промежуточных модификаций или изменений. Изменения вида могут затрагивать код наследственной информации, и тогда они называются мутациями. Мутации служат источниками новых признаков и свойств, передаваемых по наследству. Поэтому мутации поставляют генетический материал для эволюционного процесса. Мутационные изменения генетического материала протекают стихийно, ненаправленно. Одни и те же мутации могут появляться повторно, а закрепившись однажды, передаются потомкам. Наследственные признаки организмов могут в большей или меньшей степени способствовать их выживанию, достижению зрелости и размножению. Ошибки копирования при наследовании признаков приводят как к позитивным мутациям, повышающим приспособительную активность организма, так и к негативным, снижающим его потенции к выживанию. В результате действия естественного отбора выживают и размножаются организмы, лучше приспособленные к данной среде по своему строению, физиологии и поведению.

Естественный отбор выполняет две основные функции: 1) обеспечивает сохранение организмов, обладающих наибольшими возможностями для выживания данного вида; адаптивные качества этой функции защищают наследственный материал от влияния негативных мутаций; 2) благоприятствует формированию тех новых генов и генных комбинаций, которые повышают уровень организации и приспособляемость видов; эта функция расширяет адаптивные возможности видов.

Сущность изменчивости, наследственности и эволюции теперь объясняется с помощью данных популяционной генетики. Если в классической, дарвиновской теории эволюции за единицу анализа принималась особь — отдельный живой организм, то в современной теории эволюции за единицу анализа принимают популяцию. Популяция — это группа организмов, принадлежащих к одному и тому же виду и занимающих обычно четко ограниченную географическую область. Генетические или наследственные признаки организмов, действуя независимо или совместно с факторами среды их обитания, определяют фенотипические признаки организмов и обусловливают изменчивость в популяциях. Фенотипические признаки, или фенотип, есть совокупность всех свойств организма, формирующихся в процессе взаимодействия его генетических признаков и внешней среды. Фенотипы, приспособленные к условиям данной среды, сохраняются естественным отбором, тогда как неадаптиро- вавшиеся фенотипы подавляются и в конце концов устраняются в ходе эволюции. Естественный отбор, влияя на выживание организмов с данным фенотипом, тем самым воздействует и на их генетические признаки. Однако лишь совокупная генетическая активность популяции в целом обусловливает выживание данного вида, а также способствует образованию новых.

Помимо данных популяционной генетики, материалы, подтверждающие ход эволюции и действие естественного отбора, берутся из других источников — палеонтологии, биогеографии, биологических классификаций, селекции растений и животных, сравнительной эмбриологии и биохимии. Так, например, палеонтология изучает остатки ископаемых организмов, хранившиеся в земной коре. Данные о них подтверждают факты прогрессивного возрастания сложности организации видов. Под прогрессом в теории эволюции понимают такое направленное развитие, при котором более поздние стадии превосходят более ранние по каким-то признакам — в частности, по признакам повышения организации, как развитие высокоорганизованных форм из низших.

Биогеографические данные указывают на то, что биологические виды формировались в определенных районах Земли и затем расселялись за их пределами. При этом расселение большинства видов происходило успешно тогда, когда массивы суши находились недалеко друг от друга. Растениеводство и животноводство выразительно демонстрируют, насколько отбор может изменять облик и качества отдельных видов. При селекции растений и животных человек создает породы животных и copra растений с теми признаками, которые он хочет получить. Изучение индивидуального развития живых организмов в сравнительной эмбриологии проливает свет на их происхождение и исторические связи с другими видами, поскольку, как подчеркивал Ч. Дарвин, «в зародыше можно видеть смутный портрет предка». Согласно закону зародышевого сходства К. Бэра, чем более ранние стадии индивидуального развития исследуются, тем больше сходства обнаруживается между организмами. Например, на ранних стадиях развития эмбрионы всех позвоночных фактически не отличаются друг от друга. Обобщенная формулировка биогенетического закона гласит, что индивидуальное развитие организма является кратким и быстрым повторением фаз эволюции.

В биологии последней трети XIX в. и почти на всем протяжении XX в. заметно увлечение эволюционными идеями. Стал широко употребительным сам термин «эволюция», вовлеченный в научный оборот с легкой руки Г. Спенсера. С его точки зрения, термин «эволюция» позволял уподобить познание биологической реальности строгим идеалам познания классической физики. Физикализм эволюционистских взглядов не исключал осознания трудностей и проблем, возникавших при обсуждении специфики эволюции. Быть сторонником теории эволюции означало понимать растительный и животный мир таким, каким он был на самом деле, т. е. единым естественным процессом развития и изменения. Поэтому заявка на эволюционную теорию выражала одновременно и эпистемологический интерес. Одни эволюционисты акцентировали фактический состав, классификационные и описательные возможности такого подхода. Они ограничивались операциями по идентификации общих и специфических явлений биологической реальности. Объяснение считалось законченным, если, с одной стороны, распознаны общие, родовые черты явлений, принадлежащих к общему классу, а с другой — установлены его специфические, видовые признаки.

Другие сторонники эволюционизма настаивали на примате теоретической позиции с присущими ей объяснительными и прогностическими возможностями. Пафос этой точки зрения заключался в теоретической аргументации самой эволюционной идеи. Правда, эволюционный образ мышления биолога мог включать и неэволюционные признаки. В частности, пределы использования механистических принципов были очевидны, поскольку господство причинного объяснения предполагало полную детерминацию эволюционного процесса. Образцовым примером разногласий среди эволюционистов могли бы служить известные дискуссии между сторонниками механицизма и витализма.

Механистическое понимание эволюции, как правило, оперировало объяснением через причину. Другими словами, объяснить биологическое явление означало установить его причинные основания или определить действие причинного закона, которому оно подчиняется. Такие биологи, как, например, Мендель, изучали биологическую реальность с целью выявить ее законосообразный характер и выразить его в строгой формуле математического вида. Постижение законов, управляющих явлениями и процессами биологической реальности, считалось в механистической парадигме приоритетной задачей. Описание индивидуальных явлений и классов индивидуальных явлений было менее значимо, нежели формулировка самих законов. Механистическое объяснение в биологии считалось завершенным, как только открывались и определялись законы жизни.

Формирование других принципов понимания эволюции, по своему значению прямо противоположных механицизму, связано с идеями витализма. Их сторонники стали рассматривать жизнь как совершенно уникальное явление, которое нельзя объяснить действием законов физики и химии. Во всяком случае, благодаря «виталистической интеграции» биологического знания все явления живой природы стали истолковывать на основе тезиса о примате целого над частями. Действительно, эффект единства как принципа теоретико-биологического объяснения состоял в том, что целому организму присущи свойства, в корне отличающиеся от свойств частей, его составляющих. Виталистическая модель строилась в противовес механистической парадигме на основе принципов анимизма. Ее основными чертами были: 1) «контролируемый эмпиризм» как исследовательский метод; 2) рабочая гипотеза, согласно которой сложные взаимодействия преобладают над простыми отношениями; 3) представление об активных силах природы, которое было связано с их целенаправленностью; 4) примат принципов наглядности и духовности в биологическом познании; 5) определение гармонического видения биологическойреальности и объяснение ее посредством постановки вопросов и последовательных приближений на основе бинарных систем логики.

Реализуя виталистическую стратегию познания, виталисты (в частности, инициаторы клеточной теории) обращали внимание главным образом на телеологические тенденции формирования целостного организма. В своей аргументации они использовали весьма абстрактные телеологические приемы. Биологи-виталисты воздерживались от формулировки законов причинности.

Важнейшие положения современного учения об эволюции живых организмов, отличающие его от механистического и виталистического понимания, можно изложить следующим образом.

  • 1. В качестве материала эволюции служат мутации генетических признаков. Мутации выражают изменчивость генетических признаков и отличаются случайной природой.
  • 2. Естественный отбор, селектирующий случайные мутации генетического материала живых организмов, играет роль ведущего движущего фактора или движущих сил эволюции.
  • 3. Популяция как совокупность особей данного вида считается исходной единицей генетико-эволюционного анализа.
  • 4. Биологический вид состоит из сообщества популяций с присущими ему чертами целостности и замкнутости, изолированности. Наиболее значимым критерием оценки вида оказывается его репродуктивная или репликативная способность. Необходимо обратить внимание на дивергентные свойства эволюции, благодаря которым обнаруживается зависимость вида от популяции-предка.
  • 5. Эволюция носит необратимый характер. Она ненаправленна, если учитывать случайность происхождения генетических изменений видов или случайную природу мутаций. Если же рассматривать эволюционный процесс «сверху» (от «целей»), то неминуемо возникает проблема его направленности. Во всяком случае, свойства целесообразности эволюции видов, так же как и ее телеологический характер, служат предметом дискуссий в биологии, философии и теологии.

Необходимо крако коснуться и языковых особенностей эволюционной парадигмы. (К ним, по-видимому, можно отнести словарь, грамматику, синтаксис и семантику языка эволюции). Теоретиков эволюционизма интересовали разные аспекты эволюционного языка. Одни из них оставались на уровне классификационных описаний, располагая терминами и индуктивными приемами систематизации. Дискурсивный строй теории задействовал в первую очередь синтаксические и семантические ресурсы. Разные синтактико- семантические комбинации обусловливали различия теорий и их конкурентные отношения друг с другом.

Тот факт, что эволюционистская парадигма в биологическом познании занимала лидирующие позиции, не вызывал сомнений вплоть до начала XX в. Конечно, она находилась под давлением сторонников креационистской гипотезы. Кстати, в Соединенных

Штатах Америки к эволюционной идее и до сих пор относятся настолько настороженно, что ни в одной из Программ национального научного фонда нет раздела «Эволюционная биология». А например, в 1970-х гг. в Калифорнийском университете, благодаря праву частных лиц на внесение изменений в образовательные программы обучения, эволюционная теория была изъята из курса биологии и заменена библейской концепцией творения[1].

Синтетическая парадигма современного биологического познания. Из истории современной биологии известно, что с начала XX в. на синтез с теорией эволюции и объяснение эволюционных процессов претендовали эмбриология и генетика. Эпистемологический интерес к ним объясняется тем, что отношения между эмбриологической и генетической альтернативами синтетической парадигмы являются одной из центральных сквозных тем биологического познания в XX в. Они отличались жесткой когнитивной конкуренцией и попеременным успехом в стремлении раскрыть своими экспериментально-теоретическими средствами природу эволюции.

Согласно эмбриологической гипотезе, эволюция обусловлена изменениями, происходящими в процессах развития живого. Ее сторонники — Э. Геккель, И. И. Мечников, А. Вейсман и другие— пытались осуществить синтез эволюционной теории с эмбриологией, используя экспериментально-теоретические аргументы. Так, биогенетический закон Геккеля казался эмбриологам наиболее полным обобщением биологии развития. Но уже в 1930-1940-х гг. генетики, а затем и сами эмбриологи демонстрировали ограниченность его объяснительных ресурсов. Кроме того, эмбриологическая гипотеза испытывала серьезный дефицит в экспериментальном обосновании. Таким образом, познавательное значение эмбриологии, которую еще Дарвин считал основным поставщиком доказательств эволюции, приобретало периферийные черты, а эмбриологические аргументы отступали под напором генетических. Правда, если до 1920-х гг. генетика и эмбриология по отношению к теории эволюции выступали «на равных», так сказать, единым фронтом, то к 1930-м гг. наметилось их отчетливое дисциплинарное размежевание и противостояние. К этому времени их конкурентные разногласия усилились за счет появления в каждой из них своих способов теоретической аргументации, своих экспериментальных процедур и своих объектов исследования. В эмбриологии и генетике сформировались собственные лексика и терминология.

В 1926 г. Т. Морган провозгласил формалыюе отделение генетики от эмбриологии. Он счел устаревшей традиционную трактовку эволюции на основе данных морфологии и сравнительной анатомии, намечая синтетическую парадигму, в терминах которой эволюция превращалась в объект точного генетического исследования. Формировались основы новой синтетической парадигмы в биологической эпистемологии. Эволюционные изменения стали рассматривать в терминах генетики популяций, а генетические аргументы играли роль недостающих доказательств для классической теории эволюции. В 1929 г. Ю. А. Филиппенко, опираясь на изобретенные им понятия «микроэволюция» и «макроэволюция», указал на трудности объяснения явлений макроэволюции в терминах микроэволюции. Он полагал, что генетика может объяснить микроэволюци- онные изменения, однако объяснение причин макроэволюционных изменений следует искать в биологии развития, т. е. в эмбриологии, но его приверженность строгим экспериментально-математическим методам предопределила гораздо больше сходных черт с концепцией Моргана, нежели различий. Действительно, мощь экспериментально-количественных и теоретических доказательств генетики обеспечила ее конкурентные преимущества. Так, в частности, развивая идеи Моргана и Филипченко, Ф. Г. Добжанский предложил рассматривать эволюцию как изменение частот генов. Эволюцию стали объяснять мутациями и расхождением генов; открылась возможность сведения эволюционной биологии к генетике популяций. Изучение механизмов эволюции средствами популяционной генетики позволило получить набор соответствующих математических закономерностей. При этом одна из главных когнитивных функций была связана с принципом экстраполяции, с помощью которого эволюцию видов как явления макроэволюции стали объяснять в терминах микроэволюционных процессов, обеспечивающих внутривидовое разнообразие. Когнитивная продуктивность новой парадигмы заключалась в том, что микроэволюционные изменения удавалось наблюдать в полевых и лабораторных условиях, тогда как макроэволюционные видовые изменения за период жизни одного исследователя трудно заметить. Кроме того, если эволюцию считать процессом изменения генетического состава популяции, то она приобретала вид факта, доказанного с математической точностью.

Таким образом макроэволюция утрачивала свою познавательную самостоятел ы юсть[2].

Но сторонники синтеза эволюции с генетикой продолжали испытывать конкурентное давление со стороны эмбриологов, которых не устраивала генетическая монополия объяснении эволюционных процессов. Свои надежды эмбриологи связывали с конструктивными возможностями понятия морфогенетического поля. Благодаря экспериментальной подпитке именно это понятие оказалось не просто в оппозиции к понятию гена, но и составило ему достойную конкуренцию. Концепция морфогенетического поля (Г. Шпе- ман, К. Уоддингтон, П. Вейс и др.) строилась по аналогии с понятием электромагнитного поля в физике. Как и физическое поле, морфогенетическое поле определялось в терминах информационных и пространственных значений. Оно обозначало область эмбриологической информации, носителем которой был физический субстрат. Компоненты такого поля создавали сеть взаимодействий таким образом, что любая клетка определялась ее положением в пространстве соответствующего поля. П. Вейс обобщил идею поля и представил ее в виде организующего принципа всей эмбриологии. Его эмпирические наблюдения позволили установить такие свойства морфогенетического поля, как индивидуальность, гетерополярность и градации. Полевая организация становилось объектом экспериментального исследования, выражавшим свойства физикобиологической реальности[3].

В 1930-1940-х гг. концепция морфогенетических полей укрепила конкурентный потенциал эмбриологической гипотезы объяснения эволюционных изменений. Познавательные отношения эмбриологии и генетики в рамках синтетической парадигмы вновь приобрели былую напряженность. Морган и его сторонники отвергали понятие морфогенетического поля на том основании, что оно представляло собой холистический пережиток прошлого, который в век новой генной редукционистской биологии нельзя воспринимать всерьез[4]. Ведь от понятия морфогенетического поля исходила когнитивная угроза понятию гена как единице онтогенеза. С тем и другим понятиями связывались ожидания объяснения механизмов наследственности на основе экспериментальных данных. Дискуссии и взаимные упреки генетиков и эмбриологов продолжались длительное время. В них была критика, взаимные обвинения, насмешки, смешение биологических и философских аргументов. Так, генетики представляли эмбриологов старомодными метафизиками и мистиками, ибо тем никак не удавалось раскрыть природу действия генетических механизмов. Эмбриологи, в свою очередь, считали генетику подобием игры в карты и сомневались в серьезности понятия гена. «Гены могут определить число щетинок на спине мухи, но не способны объяснить, почему у мухи сначала образуется спина» или «Гены — это статистически значимые маленькие дьяволята, эквивалентные одной энтелехии»[5]. С точки зрения эмбриологов, природа организма <1>ормируется иод воздействием полей, что само по себе нуждается в убедительных экспериментальных подтверждениях. Но в 1930-х гг. Морганом и его сотрудниками были выявлены генетически контролируемые программы эмбриогенеза, а также обнаружены мутации, затрагивающие ранние стадии развития животных организмов. Тем самым был нанесен ощутимый урон концепции морфогенетического поля. Ее девальвации способствовал и экспериментальный снобизм эмбриологов, который проявился в непочтительном отношении к эволюционному учению[6]. По их мнению, эмбриология как экспериментальная дисциплина выше генетики и эволюционного учения, занимающихся сбором и описанием фактов. Все это способствовало исключению эмбриологии из синтетической парадигмы биологического познания. Хотя истинная причина «забвения» концепции морфогенетических полей, согласно точке зрения современных биологов, заключалась в отсутствии адекватных методов их анализа и в том, что генетическое объяснение развития, не нуждавшееся в понятии поля, оказалось более конкурентоспособным.

Однако начиная с 1970-х гг. многие сторонники биологии развития стали сомневаться в адекватности объяснения эволюции генстическими средствами синтетической парадигмы. Они рассуждали так: «Возможно, генетика и была адекватной для объяснения микроэволюции, но микроэволюционные изменения частот генов вряд ли могли превратить рептилий в млекопитающих или рыб в амфибий. Микроэволюция имеет дело с адаптациями, которые способствуют выживанию наиболее приспособленных, а не появлению наиболее приспособленных»[7]. По-видимому, мнение Филиппенко о том, что генетика может объяснять микроэволюционные изменения, а объяснение причин макроэволюционных изменений следует искать в биологии развития, обладало большой прогностической силой. В конце XX в. в области эволюционного учения начался новый концептуальный синтез, в терминах которого вновь нащупываются возможности объяснения как макро-, так и микроэволюционных изменений. Этот синтез выделяет три области биологического знания, отодвинутые синтетической парадигмой на основе союза генетики и эволюции на периферию, — эмбриологию, эволюционную биологию (макроэволюцию) и гомологию.

Основу сегодняшней эмбриологической модификации синтетической парадигмы биологического познания обеспечивают открытия генетики развития и новая интерпретация палеонтологических данных. Такие, например, биологи, как К. Уоддингтон, полагают, что все известные нам живые системы на Земле, в том числе и вирусы, имеют как генотип, так и фенотип. Поэтому теория фенотипов, или генетика развития, составляет существенную часть общей теории биологии. Используя почти забытый термин Аристотеля «эпигенез», Уоддингтон предложил дисциплинарное понятие эпигенетики. Под ним он подразумевает ветвь биологии, изучающую причинные взаимодействия между генами и их продуктами, образующими фенотип[8]. Он исходит из того, что все эволюцион- но важные изменения являются изменениями в развитии. Принципиальная разница между генетическими потенциями, которые наследует организм от родителей, и характером их реализации давно стала прописной истиной генетики. Если генетические потенции представляют собой генотип, то совокупность особенностей их реализации называется фенотипом. Э.Майр подчеркивает, что фенотип нельзя рассматривать как мозаику, состоящую из отдельных признаков, контролируемых генотипом; фенотип —это совокупный продукт сложной системы взаимодействий — целого эпигенотипа[9] [10].

В указанной работе Уоддингтона определение фенотипа уточняется. Он называет фенотипом результаты деятельности генов, а самым существенным фенотипическим свойством считает их изменяемость во времени. Кроме того, он дает математическое определение фенотипа как функции, зависящей от времени. Эпигенетика характеризуется двумя основными аспектами: изменения клеточного строения (клеточная дифференциация, или гистогенез) и изменения геометрической формы (морфогенез). С. Гильберт показал, что эволюционную биологию можно редуцировать к терминам функциональных значений биологии развития. При этом проявляется действие физического субстрата в виде морфогенетического поля11.

В 1970-1980-х гг. биологи по-новому взглянули на познавательную автономию макроэволюции. Палеонтологические, молекулярно-биологические и эволюционно-биологические данные указывали на наличие двух уровней организации протекания эволюционных процессов —молекулярного и морфологического. Хотя макро- эволюционные процессы основываются на микроэволюционных изменениях, они обладают той когнитивной автономией относительно друг друга, благодаря которой макроэволюционные процессы нельзя объяснить только микроэволюционными изменениями. Существенную роль в аргументации подобной автономии играет обновленная концепция гомологических рядов (гомологичных путей развития), новая концепция морфогенетического поля и некоторые другие новейшие открытия и теоретические обобщения, сделанные на основе молекулярно-биологических исследований. Так, если классическое представление о гомологии ассоциировалось с гомологией структуры, то новое, молекулярное представление раскрывало гомологию процесса, а значит, и сам механизм развития. Если классическое понятие гомологии указывало на сходство структурных единиц (органов живого), то молекулярное понятие гомологии процесса выражало отношение сходства динамических взаимодействий в развитии живого. Молекулярное обобщение понятие гомологии в самые последние годы позволило с большой долей вероятности утверждать, что отдельные органы (например, глаз позвоночного и членистоногого, конечность позвоночного и членистоногого и т. п.), будучи структурно аналогичными, формируются гомологичными процессами. За этим обобщением скрывалась онтология генетических связей гомологических структур с гомологическими процессами[11].

Гомология процесса развития оказалось тесно связанной с самыми последними открытиями морфогенетических полей в терминах молекулярной биологии. Взаимодействие генов протекает внутри полевой организации отдельных органов (поле глаза, поле сердца, слуховое поле и т. п.). Молекулярные исследования прояснили детерминирующую и регулятивную роль генов в формировании полевой организации и изменении морфологии отдельных органов. В свою очередь гипотеза о том, что морфогенетические поля, как и весь зародыш в целом, являются носителями первичной организующей активности генов, получила экспериментальное подкрепление. Поля представляют собой дискретные единицы эмбрионального развития. Они создаются в результате взаимодействия генов и генных продуктов внутри специфических областей. Поэтому они определяются в терминах информации, переводимых на язык пространственной организации. Внешние и внутренние изменения свойств поля влекут за собой модификации фенотипа с элементами эволюционной новизны и могут привести к эволюционной перестройке.

Морфогенетические поля объединяют генетические и биохимические пути целостного процесса развития живого. Каждый ген действует на морфогенез на уровне поля, реализуя свои функции только во взаимодействии с другими генами. «В той же мере, в какой единицей структуры и функции живого тела оказывается клетка, а не гены, которые проявляют свое действие через клетку, основной единицей онтогенетического и филогенетического изменения может быть морфогенетическое поле. Утверждая, что морфогенетическое поле служит основным модулем изменения в развитии и эволюции, мы, конечно, представляем его в качестве альтернативы монополии генетической модели эволюции и развития»[12]. Такое утверждение не противоречит генетическому принципу объяснения эволюции или эмбрионального развития. Так же, как гены создают клетки, а клетки формируют тело, так и продукты генов сначала должны взаимодействовать, создавая морфогенетические поля, на уровне которых и проявляется действие генов.

Завершая обсуждение характера почти векового экспериментально-теоретического противостояния популяционно-генетической и эмбриологической версий эволюционного учения, заметим, что их конкуренция была и остается движущей силой современного биологического познания. Правомерность аргументов одной стороны переосмысляется под воздействием результатов другой стороны. Они попеременно занимают лидирующее положение, торжество одних стимулирует творческую активность других. Тем самым они побуждают друг друга к дальнейшим поискам, способствуя более полному и точному познанию биологической реальности и, соответственно, установлению биологической истины. Сегодня, например, лидирующее положение связывается с эмбриологической гипотезой о том, что эволюция обусловливается способностями к воспроизведению и модификациям морфогенетических полей. Как заявляют авторы «Нового синтеза эволюционной биологии», роль естественного отбора в эволюции теперь представляется менее важной. Она сводится к фильтрованию, отделяющему неудачные морфологические вариации в ходе развития. Продуктивность результатов популяционной генетики обусловливается необходимостью изменения отношения к изучению эволюции. Если исследовательская установка популяционных генетиков не изменится, то их взгляды на эволюцию будут сопоставимы с механикой И. Ньютона в сравнении с современной физикой. Наиболее перспективной исследовательской программой популяционной генетики можно считать изучение регуляторных генов, включая и их вероятностные комбинаций внутри морфогенетических полей. Тогда как анализ механизмов, благодаря которым достигается репликация морфогенетических полей и их последующее изменение, представляет собой одну из новейших областей исследования в молекулярной генетике. С этими исследованиями связываются надежды на получение новых знаний о механизмах эволюции в терминах популяционной генетики и генетики развития.

По-видимому, в будущем появятся основания для возможного нового синтеза генетических и эмбриологических способов познания эволюционных явлений. Отчасти перспективы связаны с дальнейшей разработкой информационной парадигмы в биологическом познании.

Информационная парадигма и дисциплинарный характер познания в современной биологии. Если поначалу использование физико-химических методов познания в биологических науках способствовало появлению и последующему обособлению новых биологических дисциплин (например, биохимии или биофизики), то формирование молекулярной биологии и биоорган и ческой химии повлекло за собой рост интеграционных процессов. Сегодня предметно-классификационные признаки организации биологических знаний уступают место проблемно-тематическим параметрам. Столь радикальные изменения в биологии произошли в результате коренных сдвигов в экспериментально-теоретическом изучении пограничной области взаимодействия живого и неживого. Речь идет о том, что за последние три десятилетия на основе проблемно-тематической взаимосвязи физики, химии и математики с биологией и медициной возникла междисциплинарная область знания под названием физико-химической биологии, интегрировавшая биохимию, биофизику, молекулярную биологию и генетику, а также ряд специализированных направлений иммунологии, вирусологии, микробиологии, цитологии и некоторых других смежных дисциплин[13].

Между макро- и микроуровнем познания жизни обнаруживается та познавательная преемственность, которая предопределила решающую роль научных открытий в обновлении технологий познания. Совокупность открытий в макробиологии подготовила почву для микробиологических исследований. Физико-химические принципы редукции, сведения от сложного к простому, обнажили в процессе познания предельные молекулярные механизмы жизни. Известно, что с химической точки зрения молекулы — белки и нуклеиновые кислоты — самые сложные соединения. Тогда как биологическому взгляду эти молекулы открываются в своей предельной простоте (ибо еще большее упрощение данных молекулярных механизмов влечет за собой утрату ими биологических качеств). Оказалось, что именно молекулярные механизмы составляют глубинные основания важнейших интегральных функций сложных организмов (например, функций высшей нервной деятельности, функций защиты организмов от инфекции или гормональной регуляции сложнейших физиологических процессов и форм поведения).

Палеонтологическая идея о том, что все изменения природного мира должны происходить постепенно и непрерывно, укрепляла иллюзию объективного изображения эволюции жизни. Эволюция жизни всегда отличалась стабильностью, а редчайшие моменты радикальных, революционных изменений протекали с огромной быстротой и способствовали последующей стабилизации. Нынешняя культурно-историческая эпоха биологического познания находится под самым непосредственным воздействием новых информационных технологий. Сегодня, по-видимому, когнитивные стратегии проникновения в тайны жизни реорганизуются вокруг информационно-технологической парадигмы и переоснащаются на основе ее ресурсов. Информационные технологии сродни средствам материальной культуры. Напомним, что обычно под технологиями познания подразумевались определенные способы продуцирования знания в соответствии с предметными особенностями конкретных дисциплин. Что касается наук биологического цикла, то их познавательная перспектива прямо или косвенно увязывается с возможностями новейших информационных технологий. Речь идет в первую очередь об информационно-технологических возможностях генной инженерии, экспансия достижений и применений которой находится лишь в начальной фазе. Так как ключевые задачи генной инженерии связаны с декодированием, управлением и возможном перепрограммированием информационных механизмов жизни в разнообразии ее проявлений, то открываются принципиально новые горизонты познания.

За последнее десятилетие XX в. методологический ландшафт биологического познания радикально меняется. Биоинформацион- ные технологии с их неограниченными виртуальными возможностями заново формируют его основания и переоснащают его средства и формы. Новые информационные технологии становятся главными источниками и способами продуцирования знания, их преобразований и когнитивного обмена. В связи с этим нельзя не вспомнить разницу между понятиями «информация» и «знание». Понятие «информация» обычно связывают со свойствами, выражающими порядок или организацию явлений и процессов, а также меру того количества неопределенности, которое уничтожается после получения сообщения. Кроме того, информацию определяют как совокупность данных о чем-либо или о ком-либо, которые организуются, хранятся, воспроизводятся и передаются. Под знанием подразумевают лишь такую информацию, которая представлена совокупностью высказываний о событиях, фактах, идеях, проблемах и гипотезах, обоснованных средствами логики и опыта, а также выраженных в конкретном языке. Разумеется, информация и знание —взаимосвязанные понятия. Ведь информация как передача знаний имела ключевое значение на любых этапах истории познания и общества. Вместе с тем в случае с биоинформацион- ными технологиями понятие «информация» выражает процессы и свойства биологической реальности, а понятие «знание» характеризует процессы получения и обоснования знания в биологическом познании.

Информация, согласно К. Шеннону, определяется в терминах математической статистики как мера возможного выбора из совокупности различных событий тех из них, которые соответствуют определенной ситуации. Центральный вопрос заключается в том, как можно распознать информационные значения биологической реальности (и тем самым применить Шенноновскую теорию в биологии). Например, как можно оценить количество информации, содержащейся в одной хромосоме, и сравнить его с информацией, заключенной в другой хромосоме. Применение теории информации предполагает соблюдение ряда условий. Это, во-первых, знание альтернативных возможностей; во-вторых, знание вероятностей, связанных с количественными оценками этих возможностей; в-третьих, знание условных вероятностей каждой из альтернативных возможностей.

Биоинформационные технологии как способы познания ориентированы на максимизацию продуцирования знания в биологических науках. Сам процесс биологического познания основывается на каком-то начальном уровне знаний и преобразования информации. Наиболее специфическим для процесса получения знаний в биологии средствами информационных технологий является само знание как главный источник получения других знаний. Термин «информационные технологии» подчеркивает приоритетную роль информации и знания в обществе и познании. Биоинформационная технология — это биотехнология для воздействия информация, предназначенная для создания технологии (как это было в прежних технологических революциях). Поскольку информация выражает интегративные тенденции и процессы жизнедеятельности {включая и человеческую деятельность;, все процессы жизни подвергаются воздействию новых технологий. Особого внимания заслуживает гибкость новой биоинформационной технологической парадигмы, ее способности к постоянным изменениям. Сегодня наблюдается растущая тенденция к конвергенции технологий, в условиях которой, например, усиливаются зависимости между их информационно-технологическим и микроэлектронным обеспечением. Показательно, что успехи биологического познания в идентификации генов человека могут быть достигнуты только постоянным наращиванием вычислительной мощи.

Синтез биологических и информационных технологий познания жизни по своим богатейшим прикладным следствиям нельзя переоценить, ибо уже можно говорить об открытиях новых материалов, источников энергии, поразительных перспектив в медицине и фармакологии. Поскольку новейший технологический прорыв имеет экспоненциальную тенденцию, то вполне реальна перспектива появления общего цифрового языка, синтезирующего ресурсы биологических и информационных технологий. С помощью нового информационно-цифрового языка станет возможно приобретение, производство, хранение, преобразование и передача знаний о живой природе. Другими словами, характер обобщающих ресурсов нового языка таков, что он оказывается не просто внешней силой воздействия на процессы человеческого познания и жизнедеятельности, а той информационной нитью, которая вплетается в эти процессы изнутри и на которой человеческое познание и жизнь «нанизаны». Новый информационно-цифровой язык обладает неограниченным потенциалом обобщения и объяснения по отношению к макро- и микроэволюционным событиям, процессам, тенденциям. Во всяком случае, перед новым синтезом эволюционной биологии и биологии развития, о котором на протяжении последнего десятилетия так много говорили биологи, благодаря новому языку открываются продуктивные информационно-когнитивные перспективы познания.

Конечно, сохраняется возможность недооценки биоинформа- ционных технологий для стратегического развития биологического познания. По принципиальной новизне и обобщающе-объясни- тельной силе эффекты информационно-биологических технологий сродни эпохальным макро- и микробиологическим открытиям, вызвавшим радикальные изменения в понимании жизни. Роль современных информационно-биологических открытий не только демонстрирует триумфальное шествие науки (как это было ранее), но и указывает на возможности использования биологических знаний и информации в процессах производства знаний и самих устройств, преобразующих информацию и обеспечивающих социальные коммуникации. В частности, перспектива применения способов генетического декодирования и программирования предполагает заметное усиление и расширение возможностей человеческого познания, общения (коммуникаций) и особенно раскрытие тайн жизни и человеческого здоровья.

По-видимому, нет необходимости подробно останавливаться на новейшей истории информационно-технологических новаций, основанных на радикальных прорывах в развитии микроэлектроники, компьютерных и коммуникационных средств. Историки биологии показали, что несколько научных открытий сопровождались появлением новых способов и технологий познания. Первые революционные сдвиги наметились в связи с открытием структурных оснований жизни - двойной спирали ДНК, которое было сделаино Ф. Криком и Дж. Уотсоном в Кембриджском университете в 1953 г. «До недавнего времени наследственность представлялась одним из самых загадочных свойств живого. Трудно переоценить важность того факта, что современные данные по структуре ДНК практически достаточны для понимания всех главных особенностей феномена наследственности на молекулярном уровне. Мы видим теперь, что на основе законов химии можно понять не только структуру белка; все известные нам явления из области наследственности также подчиняются этим законам»[14].

Еще одна веха в современной истории биотехнологий датируется 1970 г., когда первые опыты по генной комбинаторике заложили технологическую основу генной инженерии. Работы П. Берга, Ст. Коэна и X. Бойера продемонстрировали возможность генного клонирования, затем в 1975 г. был выделен первый ген млекопитающего из гемоглобина кролика, а в 1977 г. был клонирован первый ген человека. Так генетические технологии внедряются в медицину, в фармацевтическую, химическую и аграрную промышленность. В начале 1990-х гг. были начаты работы по картографированию генома человека. Необходимо было идентифицировать и установить местонахождение 80 тысяч генов, составляющих «алфавит» Homo sapience. К началу XXI в. эти работы были практически завершены. Прогноз ближайших перспектив когнитивного и прикладного развития биологических знаний — интенсивная разработка и внедрение биоинформационных технологий. Современная биоинформа- ционная парадигма, в отличие от предшествующих и конкурирующих парадигм биологического познания, обладает неограниченным потенциалом проникновения в самые сокровенные механизмы жизни.

Развитие биологических знаний характеризуется тем, что тенденции их дифференциации, специализации и интеграции идут параллельно. Формируется новая междисциплинарная картина биологической реальности. Интеграционные тенденции порождают новые исследовательские и технологические парадигмы, синтезирующие результаты специальных подходов. Современная биология отличается поразительным экспериментальным и теоретическим разнообразием, обновляется ее понятийно-терминологическая оснащенность, пересматривается когнитивная конъюнктура, по-новому формулируются проблемы. Наиболее перспективные из них связаны с информационным раскрытием генома человека, включением в область биологии проблем человеческого сознания, клонирования, генетики языка. Сами биоинформационные технологии играют роль биологических языков, способов структурирования и организации информации, добытой в исследованиях и профессиональном общении биологов. Вряд ли можно ограничивать прогресс современной биологии чисто научными интересами. Ее роль в жизни людей такова, что требуется всестороннее прояснение контекста познавательной ситуации с присущими ему социальными, экономическими, политическими, этическими, индивидуально-личностными особенностями. Однако столь широкий контекстуальный анализ биологической эпистемологии не входит в наши намерения. [15]

жизни в частности. Такая предметная спецификация биологического знания всегда не только вызывала изумление перед великими тайнами жизни, но и провоцировала и, конечно же, провоцирует до сих пор ненасытную жажду проникновения в эти тайны у тех, кто связал свою жизнь с ними узами профессиональных исследовательских интересов. Найдется ли такая область знания, в которой бы так же, как в биологии, причудливо сочетались кажущаяся открытость и необыкновенная труднодоступность предмета познания, непосредственный опыт и высочайшие теоретические обобщения, прикладные запросы повседневного бытия людей и экологическое здоровье планеты? С точки зрения современной науки неоспоримо, что продуктивность человеческого познания в значительной мере связана с состоянием и уровнем знаний о биологических свойствах, отношениях и процессах.

Всеобщность процессов дифференциации и специализации научных знаний весьма наглядно проявляется в биологии. В ходе ее интенсивного развития (особенно в XX в.) накоплен гигантский фактический материал. Среди причин дифференциации и специализации биологических знаний прежде всего надо назвать саму биологическую индивидуальность изучаемых объектов — организмов. Именно с индивидуальностью живых организмов связывается их поразительное разнообразие. Индивидуальность живого заставила даже ввести в научный оборот понятие биологии одиночного организма. Впрочем, индивидуальность как свойство характеризует не только отдельные организмы, но и отдельные сообщества животных. Специализированный опыт исследований индивидуальности организмов постоянно требовал емких теоретических разъяснений. Несмотря на структурное, функциональное и эволюционно-генетическое разнообразие, которое биологи усматривают на всех уровнях организации жизни, у многих из них было стремление пролить свет на ее единство, на ее интегральные свойства.

  • [1] См.: Фсйерабснд П. Избранные труды по методологии науки. М., 1986.С.131-134.
  • [2] В связи с этим см.: Морган Т. Избранные работы по генетике. М.; Л., 1937;Филиппенко Ю. А. Генетика. М.; Л., 1937; Хромосомы и наследственность//Природа. 1919. N*7-9. С. 327-350; Филиппенко Ю. А. Закон Менделя и Моргана// Природа. 1922. N* 10-12; а также: Га Осипович А. Е. Зарождение и развитиегенетики. М., 1988; Конашев М. Б. Феодосий Григорьевич Добржанский и становление генетики в Ленинградском университете // Исследования по генетике.Вып. 11. СПб., 1994. С. 29-36; Медведев И. //. Юрий Александрович Филипчен-ко. М., 1978; Гилберт С. Биология развития: В 3 т. Т. 1. М., 1993. С.5-8.
  • [3] Подробнее см.: Гилберт С. и др. Новый синтез эволюционной биологии ибиологии развития // Онтогенез. 1997. Т. 28. N*5. С. 327-328.
  • [4] Там же. С. 330.
  • [5] См.: Там же.
  • [6] См.: Smocothtis V. В. Organizing evolution: founding the society for the studyof evolution (1939-1950)// Journal of history of biology. 1994. V.287. P.241-310.
  • [7] См.: Гилберт С. и др. С. 330.
  • [8] См.: Уоддингтон К.Х. Основные биологические концепции// На пути ктеоретической биологии. 1. Пролегомены. М., 1970. С. 15-23.
  • [9] См.: Майр Э. Зоологический вид и эволюция. М., 1968.
  • [10] См.: Гилберт С. и др. С. 331.
  • [11] ,2Волсе конкретные примеры см.: Гилберт С. и др. С. 334-335.
  • [12] ,3См.: Гилберт С. С. 338.
  • [13] Дополняя этот пример, укажем на обширную совокупность прикладныхзначений биологического знания, которые конкретизируют всевозможные биотехнологии. И в этом случае картина будет неполна, если не упомянуть о теснейшей связи биологических и информационных технологий. Биоинформаци-онные технологии закрепились лишь в самое последнее десятилетие ушедшего XX в. и отличаются особой познавательно-практической продуктивностью.Именно в сфере биотехнологий, включал и биоинформационные технологии,трудятся 85% всех занятых специалистов в области биологии и медицины.
  • [14] Уотсон Док.. Молекулярная биология гена. М., 19G7. С. 72.
  • [15] Опыт и теория в биологическом познании Биология принципиально отличается от других наук естественно-научного цикла одной весьма специфической чертой. В теоретико-познавательном смысле ее предметная область, с одной стороны,обусловливается органическими связями явлений живой и неживойприроды, а с другой —определяется потребностями разобраться ипонять глубинные тайны жизни вообще и феномена человеческой
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >