Основные фундаментальные концепции и теоретические модели биологии

Положение и роль биологии в современном естествознании определяют два главных фактора. Первый - наличие трех «образов» биологии: 1) традиционный (описательно-натуралистский), 2) физико-химический, 3) эволюционный. Вторым фактором являются непрекращающиеся поиски на пути к созданию единой теории жизни.

Натуралистская биология основывается на различных классификациях животных и растений, вершиной которых (среди искусственных классификаций) стала система К. Линнея. Это позволило начать формирование комплексного подхода к исследованию мира живой природы. Физико-химическая биология основывается на методах точных наук (физики, химии), таких как рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии, меченых атомов, хроматографии. Физико-химическая биология завершила формирование системного подхода, начатого её предшественницей, объединив отдельные биологические дисциплины в единый комплекс, расшифровав сложнейшие функции живого (уровни организации живого, саморегуляцию, взаимоотношения со средой).

Эволюционная биология ведет свое начало от Ч. Дарвина, но здесь выделяют несколько этапов эволюционного синтеза. Первый такой синтез был осуществлен Дарвиным и оказался настолько универсальным, что позволил объяснить явления, происходящие не только в живой, но и в неживой природе. Вторым этапом стала синтетическая теория эволюции, созданная в 1936-1947 гг., объединившая основные идеи дарвинизма с широким спектром данных биологических наук того времени, прежде всего, с результатами генетики. Третий эволюционный синтез был осуществлен в 80-х гг. ХХ столетия, когда возникла потребность аккумулировать для этой цели не только данные биологии, но и естествознания в целом. Достоянием науки к этому времени стали результаты исследований на всех структурных уровнях организации живого. В настоящее время встал вопрос о проведении четвертого эволюционного синтеза, который объединил бы концепции «преджизни», жизни и устойчивых взаимодействий организмов со средой в единое целое.

Экспликация концепций, связанных со вторым фактором, исходит из единства трех моментов, которыми характеризуется жизнь: 1) Наследственная программа, записанная в совокупности генов (геном), представляющая собой соответствующую последовательность нуклеотидов ДНК. 2) Обмен веществ, специфика которого определяется наследственной программой. 3) Самовоспроизведение в соответствия с этой программой.

В ХХ в. было осознано, что на всех ступенях развития живого его структура динамична и лабильна, а качественное отличие живого от неживого заключено в структуре их соединений, в строении и связях, в особенностях функций, в характеристике и организации взаимодействующих процессов. В то же время установлено полное единство в составе химических элементов живого и неживого. «Жизнь есть способ существования материи, закономерно возникающей на уровне высокомолекулярных соединений и характеризующейся динамичными, лабильными структурами, функцией самообмена, а также процессами саморегулирования, самовосстановления и накопления наследственной информации». Здесь жизнь есть единство формы, функций, процессов. Достаточно наглядно еще одно определение: «Жизнь есть макромолекулярная открытая система, которой свойственна иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, обмен веществ, тонко регулируемый поток энергии. Жизнь представляет собой ядро упорядоченности, распространяющееся в менее упорядоченной Вселенной.

В других определениях делаются акценты на взаимодействие нуклеиновых кислот, белков и фосфорорганических соединений; возрастание генетической информации; способ существования открытых коллоидных систем; непрерывность адаптации организмов к условиям внешней и внутренней среды; активную реакцию на внешние раздражения, а также на дисимметрию (киральность), историзм, компактность, способность противодействовать возрастанию энтропии, единство целого, способность прогрессировать с течением времени.

Однако наиболее важным в живых организмах является значительно более высокий, чем в неживых системах, уровень организации сложных упорядоченных структур, на поддержание которого они получают энергию из окружающей среды. Минимальный размер живого организма определяется дыханием, имея порядок 10-8 м, максимальный - никогда не превышает 102 м. Поэтому диапазон размеров живого организма всего 1010 м, в то время как аналогичный диапазон в мире неживого гораздо больше.

Вершинами естественного развития Земли и биосферы являются Человек, человеческий разум. Глубокое естественно-научное понимание человека предложил П. Тейяр де Шарден, отметивший уникальность человека, с одной стороны, как наиболее синтетического состояния вещества Вселенной, а с другой, - как наиболее быстро изменяющегося (динамического) состояния этого вещества. Ученые XIX в. еще до публикации основного труда Ч. Дарвина, выявили, что эволюция живого вещества идет в определенном направлении. Это явление Д.Д. Дан назвал цефализацией, Ле Конт - психозойской эрой, а их суть заключается в скачкообразном усовершенствовании живых организмов благодаря развитию центральной нервной системы, что привело к обособлению головы, появлению черепа, развитию мозга. Эволюция мозга происходила не столько за счет увеличения числа его нейронов, сколько за счет организации и упорядоченности отдельных структурных ансамблей и центров, объединяющих отдельные функции в сложные поведенческие реакции, что приводит к их качественному изменению. «Человек располагает около 1010 битами генетической информации и более 1013 битами информации в головном мозге и нервной системе».