УМК Концепции современного естествознания

ГОУ ВПО Дагестанский

государственный

институт народного

хозяйства Правительство РД

Дибиров Гаджи Шарапович

Кафедра гуманитарных дисциплин

Учебно-методический комплекс

по дисциплине

 «КОНЦЕПЦИИ СОРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

для специальностей

«Менеджмент организации», «Математические методы в экономике», «Финансы и кредит», «Налоги и налогообложение», «Бухучет, анализ и аудит», «Коммерция», «Маркетинг», «Юриспруденция», «Землеустройство».

Махачкала – 2007

УДК 001

ББК 20

Составитель: Дибиров Гаджи Шарапович преподователь кафедры гуманитарных дисциплин ДГИНХ

Внутренний рецензент: Назаров Александр Давыдович кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедры  высшей математики

Внешний рецензент: Исрапов Исрап Магомедович доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедры естествознания

Учебно-методический комплекс разработан с учетом п. 41 типового положения об образовательном учреждении высшего профессионального образования (высшем учебном заведении) РФ утвержденного постановлением Правительства РФ от 5 апреля 2001 г. № 204, а также в соответствии с письмом Министерства образования и науки РФ от 19. 05. 2000 г. №14-52-357 ин/13 « О порядке формирования основных образовательных  программ высшего учебного заведения на основе государственных образовательных стандартов».

Дибиров Г.Ш. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Концепции современного естествознания» для специальностей «Менеджмент организации», «Математические методы в экономике»,  «Финансы и кредит»,  «Налоги и налогообложение»,  «Бухучет, анализ и аудит», «Коммерция», «Маркетинг», «Юриспруденция», «Землеустройство».

Махачкала: издательство «Формат», 2007 – 314с.

РЕКОМЕНДОВАНО                                                       ОДОБРЕНО

К УТВЕРЖДЕНИЮ

Начальник департамента                                         Советом факультета

по учебной работе, председатель                     «Налоги и налогообложение»

методического совета ДГИНХ                                Председатель Совета,

д.э.н. профессор Казаватова Н.Ю.                           к.и.н. Кадиев Д.К.

____________________________                     __________________________

«_28_» _____августа_______ 2007г.            «_5__» _____июня_______ 2007г.

ОДОБРЕНО

кафедрой гуманитарных дисциплин

зав. кафедрой, к.ф.н. доцент Буттаева А.М.

    _______________________________

«___15__» _________май________2007г.

Содержание

                                                                                                                            Стр.

1. 2. 3. 4. 5. 6 7. 7.1. 7.2.1. 7.2.2. 8. 8.1. 8.2. 10. 10.1. 10.2.

Цель преподавания дисциплины Задачи преподавания дисциплины Рекомендации по изучению дисциплины Требование к минимуму содержания дисциплины Содержание теоретического материала (лекций) по дисциплине. Содержание семинарских занятий и самостоятельных работ  Лекционный материал по дисциплине Содержание семинарских занятий Задания для итогового контроля усвоения материала. Перечень контрольных вопросов по дисциплине Тесты для проверки остаточных знаний Материалы итогового тестирования по КСЕ Задание для самостоятельной работы студентов Перечень вопросов для самостоятельного изучения Тематика рефератов и творческих работ Информационное обеспечение дисциплины Обеспечение основной учебной литературой. Обеспечение учебно-методической литературой.

6 6 6 7 10 15 16 292 294 296 301 304 309 310 311

Аннотация

Естествознание изучает реальный мир, как он есть, в его естественном состоянии, независимо от человека. Объекты и явления природы рассматриваются как единое целое во взаимосвязи с окружением. Чтобы осознать единство природы, необходимо изучить основные законы, связывающие микро-, макро- и мегамиры, Землю и космос, взаимоотношения объекта и окружающей среды, физические и химические явления между собой, а также с жизнью и разумом. Программой предусмотрено также ознакомление с основными научными методами. Уделено внимание концепциям эволюционного развития неживой и живой природы, человека и общества.

Предлагаемый курс «Концепции современного естествознания» не претендует на всестороннее и глубокое изучение всех законов и принципов естествознания. Его основная задача-формирование научного мировоззрения и культуры студентов.

Предмет концепция современного естествознания входить общепредметного цикла как федеральный компонент, для повышения уровня фундаментальных знаний.

Дисциплина построена по принципу от простых понятий к сложным. От объективного к абстрактному.

Практически во всех учебниках предмет назван одинаково: «Концепция современного естествознания». Для углубленного изучения предмета в конце данной программы представлен списки основных и дополнительных литератур. В работе использованы следующие авторы: Горелов А.А., Лавриенко В.Н., Карпенков С.Х., Найдыш В.М., Рузавин Г.И., Садохин А.П., Самыгина С.И., Амбарцумян В.А, Аршинов В.И., Бронштейн В.А., Вернадский В.И., Гинзбург В.Л., Дагаев М.М., Данин Д.С., Дышлевский П.С., Евсюков Б.В., Ефремов Ю.Н., 3авадовский Б.М., Казначеев В.П., Климишин И.А., Круть И.В., Медников Б.М., Мухин Л.М., Назаретян А.П., Новиков И.Д., Пригожий И.И., Рогинский ЯЛ., Рузавин Г.И., Савенков В.П., Степии B.C., Тимиржев К.А., Турсунов А., Чижевский А.Л., Шама М., Шарден П.Т., Шкловский И.С., Шреденгер Э., Энгельс Ф., Яблоков А.В., Юсуфов А.Г., Якимов В.П.

УМК предназначена для студентов 1 курса дневного и заочного отделения факультетов «Менежмент», «Математические методы в экономике», «Бухучет и аудит», «Налоговый», «Прикладная информатика в экономике», «Землеустроительный».

УМК составлено согласно требованиям ГОС ВПО по специальностям:

061100 - «Менеджмент»,

060500- «Бухучет анализ  и аудит»,

351200- «Налоги и налогообложение»,

061800- «Математические методы в экономике»,

650500 - «Землеустройство»,

021100 - « Юриспруденция»,

060400 - «Финансы и кредит»  и требованиям образовательной программы выше изложенных специальностей.

На изучение данного предмета отводится 36 часа лекций на каждый факультет и 36 часов самостоятельной подготовки.

По программе предусмотрена тестовая форма контроля.

УМК составил преподователь кафедры гуманитарных дисциплин

Дибиров Гаджи Шарапович

К использованию и изданию рекомендован:

Кафедрой гуманитарных дисциплин

протокол № 9 от 15. 05. 2007 г.,

методическим советом налогового факультета

протокол №1  от 28. 08. 2007 г. и

советом налогового факультета

протокол № 10 от 5. 06. 2007 г.

1. Цель преподавания дисциплины

Цель и задачи изучения дисциплины соотносятся с общими целями ГОС ВПО по специальностям: «Менеджмент», «Математические методы в экономике», «Бухучет и аудит», «Налоговый», «Прикладная информатика в экономике», «Землеустроительный». Цель данной дисциплины – помочь студенту овладеть предметом концепция современного естествознания, введенным в систему преподавания ВПО, а также в формировании основных идей, характеризующую современную фундаментальную науку, и главные теории XX века.

2. Задачи преподавания дисциплины

а) Раскрыть всеобщие связи процессов и явлений, установить единство материального мира.

б) Выяснить интеграционные процессы естественных наук в целостное естествознание.

в) Определить единство и различия между естественно - научной и гуманитарной культурами.

г) Выявить применение естественно-научных знаний.

д) Рассмотреть роль естественно-научного и гуманитарного образования в формировании гармоничной личности.

3. Рекомендации по изучению дисциплины

Предлагаемый курс «Концепции современного естествознания» не претендует на всестороннее и глубокое изучение всех законов и принципов естествознания, а также на формирование научного мировоззрения и культуры студентов в соответствии с ГОС ВПО.

В результате изучения дисциплины специалист должен:

а) Овладеть современной естественно-научной картиной мира.

б) Синтезировать в единое целое гуманитарную и естественно-научную культуры.

в) Сформулировать у будущих специалистов естественно-научный способ мышления и целостное мировоззрение.

4. Требование к минимуму содержания дисциплины согласно Государственному образовательному стандарту по специальностям:

 061100- «Менеджмент»,

060500- «Бухучет анализ  и аудит»,

351200- «Налоги и налогообложение»,

061800- «Математические методы в экономике»,

 650500 - «Землеустройство»

021100 - « Юриспруденция»,

060400 - «Финансы и кредит» утвержденным заместителем министра образования РФ В.Д. Шадриковым 17 марта 2000г.

В ходе обучения КСЕ студент должен получить целый ряд новых систематизированных знаний и умений, необходимых ему в его, творческой профессиональной деятельности.  Для этого студент должен учитывать и воспринимать  следующие требования:

- иметь представления о многообразии форм человеческого опыта и знания, природе мышления, соотношении истины и заблуждения, знания и веры, рационального и иррационального в мире и человеческой жизнедеятельности, особенностях функционирования науки в современном обществе, о духовных и интеллектуальных ценностях, их значении в повседневной жизни и творчестве, уметь ориентироваться в них;

- понимать сложность и многомерность человека, смысл соотношения биологического, социального и духовного в человеке, отношения человека к природе, противоречий и кризисных явлений современной эпохи научно-технического развития;

- знать условия формирования личности, ее свободы, ответственности за сохранение жизни, природы, культуры, понимать роль насилия и ненасилия в истории и повседневном человеческом поведении, нравственных обязанностей человека по отношению к другим и самому себе;

- понимать роль науки в развитии цивилизации, соотношение науки и техники и связанные с ними современные проблемы, различие исторических типов научной рациональности, знать структуру, формы и методы научного познания, их эволюцию;

- быть знакомым с важнейшими отраслями и этапами развития науки, основными направлениями, концепциями, источниками познания и приемами работы с ними;

Методические требования, которые положены в основу обучения:

- учебный материал должен отражать исторический путь, пройденный каждой наукой, раскрывать неповторимость, уникальность  развития каждой науки; 

- исторический аспект рассмотрения дополняется систематическим, показывает структурное развитие естествознания выявляет специфику  научного мышления в познании и преобразовании природной и социальной действительности;

- развитие естественно научного знания должно быть представлено как сложный, многосторонний, противоречивый процесс, где сталкиваются, взаимодействуют, взаимообогащаются различные подходы, направления, школы, течения и взгляды.

В связи с этим государственный образовательный стандарт определяет как обязательные требования к минимальному содержанию образовательной программы по КСЕ, так и дидактические единицы базового курса КСЕ.

Естественнонаучная и гуманитарная культура; научный метод; история естествознания; панорама современного естествознания; тенденция развития; корпускулярная и континуальная концепции описания природы; порядок и беспорядок в природе; хаос;  структурные уровни организации материи; микро -, макро – и мега миры; пространство, принципы относительности; принципы симметрии; законы сохранения; взаимодействие; близкодействие; дальнодействие; состояние; принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности, динамические и статические закономерности в природе;  законы сохранения энергии в макроскопических процессах; принципы возрастания энтропии; химические системы, энергетика химических процессов, реакционная способность веществ; особенности биологического уровня и организации материи; принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем; многообразие живых систем – основа организации и устойчивости биосферы; генетика и эволюция; человек: физиология, здоровье, эмоции, творчество, работоспособность; биоэтика; человек, биосфера и космические циклы; ноосфера; необратимость времени; самоорганизация в живой и неживой природе; принципы универсального эволюционизма; путь к единой культуре.

5. Содержание теоретического материала (лекций)

№ п/п	Тема и развернутый план лекций	ЗУФ	НФ	МЕН	ММЭ	ЮФ	Б/У	ФИК
1.	Тема: Предмет, задачи и методы в естествознании. 1. Естествознание – комплекс наук о природе. 2. Уровни и формы научного познания.	2	2	2	2	2	2	2
2.	Тема: Методы научного познания. 1. Особенные эмпирические методы научного познания. 2. Особенные теоретические методы научного познания. 3. Особенные универсальные методы научного познания.		2	2	2	2	2	2
3.	Тема: Научные подходы к познанию 1. Общенаучные подходы. 2. Системный подход. 3. Глобальный эволюционизм.		2	2	2	2	2	2
4.	Тема: Основы естествознания 1. Структура естествознания 2. История естествознания.	2	2	2	2	2	2	2
5.	Развитие науки естествознание 1. Начало развития науки естествознание. 4. Глобальная научная революция конца XIX - начала XX в. 5. Основные черты современного естествознания как науки.		4	4	4	2	4	4
6.	Тема: Вселенная 1. Сущность концепции развития 2. Эволюция Вселенной. 3. Структура Вселенной. 4. Средства наблюдения объектов Вселенной. 5. Проблема поиска внеземных цивилизаций.	2	2	2	2	2	2	2
7.	Тема: Солнечная система 1. Строение солнца 2. Происхождение Солнечной системы. 3. Характеристика планет Солнечной системы.	2	2	2	2	2	2	2
8.	Тема: Земля – планета 1. Общая характеристика земной поверхности. 2. Форма и размеры земли. 3. Движения земли. 4. Обращение земли вокруг солнца. 5. Пояса освещенности астрономические тепловые пояса. 6. Строение земли. 7. Тепло земли. 8. Земной магнетизм.	2	2	2	2	2	2	2
9.	Тема: Структурные уровни, происхождение и сущность жизни 1. Структура биологического знания. 2. Структурные уровни организации жизни. 3. Сущность жизни.		2	2	2	2	2	2
10	Тема 10: Основные концепции происхождения жизни. 1. Разнообразие концепций происхождения жизни. 2. Современное состояние проблемы происхождения жизни. 3. Появление жизни на Земле. 4. Формирование и развитие биосферы Земли. 5. Появление царств растений и животных.	2	2	2	2	2	2	2
11.	Тема: Растения и животные 1. Таксономическая характеристика живых существ. 2. Систематика растений. 3. Систематика животных.	2	2	4	4	2	4	4
12.	Тема: Теория эволюции органического мира 1. Становление идеи развития в биологии. 2. Теория эволюции Ч. Дарвина. 3. Дальнейшее развитие эволюционной теории. 4. Основы генетики. 5. Синтетическая теория эволюции.		2	2	2	2	2	2
13.	Тема: Человек как предмет естествознания. 1. Концепции происхождения человека. 2. Сходство и отличия человека и животных. 3. Сущность человека. 4. Этология о поведении человека.	2	2	2	2	2	2	2
14.	Тема: Феномен человека в современной науке 1. Сущность и истоки человеческого сознания. 2. Эмоции человека. 3. Здоровье, работоспособность и творчество человека. 4. Биоэтика.		2	2	2	2	2	2
15.	Тема: Понятие и сущность биосферы. 1. Понятие биосферы 2. Биосфера и космос. 3. Человек и космос. 4. Человек и природа.	2	2	2	2	2	2	2
16	Тема: Концепции взаимоотношения человека и природы 1. Концепция ноосферы В.И. Вернадского. 2. Охрана окружающей среды. 3. Рациональное природопользование. 4. Антропный принцип в современной науке.		2	2	2	2	2	2
Всего		18	34	36	36	32	36	36

6. Содержание семинарских занятий и самостоятельных работ 

№ п/п	Темы семинарских и самост. работ	Зуф		НФ	МЕН		ММЭ		Б/У		ФИК
		Пр.	Сам.	Сам.	Пр.	Сам.		Сам.		Сам.		Сам.
1.	Тема: Методы научного познания	2	4	4	4	8		4		2		4
2.	Тема: Основы естествознания	2	4	4	4	10		4		4		4
3.	Тема: Вселенная	2	6	4	4	10		4		4		4
4.	Тема: Земля - планета	2	6	4	4	10		4		4		4
5.	Тема: Основные концепции происхождения жизни	4	6	6	6	12		4		4		6
6	Тема: Теория эволюции органического мира	2	6	4	4	10		6		4		6
7.	Тема: Феномен человека в современной науке	2	6	4	4	10		4		4		4
8	Тема: Понятие и сущность биосферы	2	6	4	4	10		4		4		4
Всего		18	44	36	36	80		34		30		36

7. Лекционный материал по дисциплине

Тема 1: Предмет, задачи и методы в естествознании

1. Естествознание – комплекс наук о природе.

2. Уровни и формы научного познания.

1. Естествознание – комплекс наук о природе. Стремление человека к познанию окружающего мира выражается в различных формах, способах и направлениях исследовательской деятельности. Каждая из основных частей объективного мира - природа, общество и человек - изучается своими отдельными науками. Совокупность научных знаний о природе формируется естествознанием. Этимологически слово «естествознание» происходит от соединения двух слов: «естество», что означает природа, и «знание», т.е. знание о природе.

В современном употреблении термин «естествознание» в самом общем виде обозначает совокупность наук о природе, имеющих предметом своих исследований различные природные явления и процессы, а также закономерности их эволюции. Кроме того, естествознание является самостоятельной наукой о природе как едином целом и в этом качестве позволяет изучить любой объект окружающего нас мира более глубоко, чем это может сделать одна какая-либо из естественных наук в отдельности. Поэтому естествознание наряду с науками об обществе и мышлении является важнейшей частью человеческого знания. Оно включает в себя как деятельность по получению знания, так и ее результаты, т.е. систему научных знаний о природных процессах и явлениях.

Роль естествознания в жизни человека трудно переоценить. Оно является основой всех видов жизнеобеспечения - физиологического, технического, энергетического. Кроме того, естествознание служит теоретической основой промышленности и сельского хозяйства, всех технологий, различных видов производства. Тем самым оно выступает важнейшим элементом культуры человечества, одним из существенных показателей уровня цивилизации.

Отмеченные характеристики естествознания позволяют сделать вывод, что оно является подсистемой науки и в этом качестве связано со всеми элементами культуры - религией, философией, этикой и др. С другой стороны, естествознание - самостоятельная область знания, обладающая собственной структурой, предметом и методами.

Понятие «естествознание» появилось в Новое время в Западной Европе и стало обозначать всю совокупность наук о природе. Корни этого представления уходят в Древнюю Грецию, во времена Аристотеля, который первым систематизировал имевшиеся тогда знания о природе в своей «Физике». Однако эти представления были достаточно аморфными, и поэтому сегодня под естествознанием понимается так называемое точное естествознание - знание, соответствующее не только первым четырем, но и последнему, пятому критерию научности. Важнейшей характеристикой точного естествознания является экспериментальный метод, дающий возможность эмпирической проверки гипотез и теорий, а также оформление полученного знания в математических формулах.

Существуют два широко распространенных представления о предмете естествознания:

1) естествознание - это наука о Природе как единой целостности;

2) естествознание - совокупность наук о Природе, рассматриваемой как целое.

На первый взгляд, эти определения отличны друг от друга. Одно говорит о единой науке о Природе, а другое - о совокупности отдельных наук. Тем не менее на самом деле отличия не столь велики, так как под совокупностью наук о Природе подразумевается не просто сумма разрозненных наук, а единый комплекс тесно взаимосвязанных естественных наук, дополняющих друг друга.

Являясь самостоятельной наукой, естествознание имеет свой предмет исследования, отличный от предмета специальных (частных) естественных наук. Спецификой естествознания является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиций нескольких наук, выявляя наиболее общие закономерности и тенденции. Только так можно представить Природу как единую целостную систему, выявить те основания, на которых строится все разнообразие предметов и явлений окружающего мира. Итогом таких исследований становится формулировка основных законов, связывающих микро-, макро- и мегамиры, Землю и Космос, физические и химические явления с жизнью и разумом во Вселенной.

В школе изучаются отдельные естественные науки - физика, химия, биология, география, астрономия. Это служит первой ступенью познания Природы, без которой невозможно перейти к осознанию ее как единой целостности, к поиску более глубоких связей между физическими, химическими и биологическими явлениями. Это и есть главная задача настоящего курса. С его помощью мы должны более глубоко и точно познать отдельные физические, химические и биологические явления, занимающие важное место в естественно-научной картине мира; а также выявить скрытые связи, создающие органическое единство этих явлений, что невозможно в рамках специальных естественных наук.

Итак, Естествознание – это раздел науки основанный на воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создании теории или эмпирических обобщений, описывающих природные явления.

Задачами естествознания являются:

а) Раскрыть всеобщие связи процессов и явлений, установить единство материального мира.

б) Выяснить интеграционные процессы естественных наук в целостное естествознание.

в) Определить единство и различия между естественно - научной и гуманитарной культурами.

г) Выявить применение естественно-научных знаний.

д) Роль естественно-научного образования в формировании гармоничной личности.

2. Уровни и формы научного познания. Уровни научного познания. В современном естествознании обычно выделяют эмпирический и теоретический уровни познания.

Эмпирический уровень познания. На эмпирическом (опытном) уровне познания используются главным образом методы, опирающиеся на чувственно-наглядные приемы и способы познания, такие, как систематическое наблюдение, сравнение, аналогия и т.д. Здесь накапливается первичный опытный материал, который требует дальнейшей обработки и обобщения. На данном уровне познание имеет дело с фактами и их описанием. Вся научная информация основана на наблюдениях и подвергается объективной проверке. Непосредственные наблюдения ограничиваются только ощущениями, полученными от пяти органов чувств. Эти данные можно проверить, поскольку наши органы чувств могут обманываться и предоставлять нам неверную информацию.

К сожалению, сами по себе эмпирические факты и обобщения мало что объясняют. Можно сделать наблюдение, что на Земле любой предмет (а не только яблоки) будет падать сверху вниз. Но еще один непреложный факт - то, что звезды и планеты, которые мы можем увидеть у себя над головой, на Землю не падают. Выявить разницу между этими событиями, а также объяснить их причину на уровне эмпирического обобщения невозможно. Чтобы это понять, нужно пойти дальше и перейти с эмпирического на теоретический уровень познания.

Теоретический уровень познания. Только на этом уровне становится возможным формулирование законов, являющееся целью науки. Для этого нужно уметь увидеть за многочисленными, часто совершенно непохожими внешне фактами, именно существенные, а не просто повторяющиеся свойства и характеристики предметов и явлений.

Главная задача теоретического уровня познания заключается в том, чтобы привести полученные данные в стройную систему и создать из них научную картину мира. Для этого отдельные чувственные данные складываются в одну целостную систему - теорию Но при построении теории используются другие, более высокие методы познания - теоретические.

Теоретический уровень познания обычно расчленяется на два типа - фундаментальные теории и теории, которые описывают конкретную область реальности. Так, механика описывает материальные точки и взаимоотношения между ними, а на основе ее принципов строятся различные конкретные научные теории, описывающие те или иные области реального мира.

При всех различиях между эмпирическим и теоретическим уровнями познания нет непреодолимой границы: теоретический уровень опирается на данные эмпирического, а эмпирическое знание не может существовать без теоретических представлений, оно обязательно погружено в определенный теоретический контекст.

Формы научного познания. К основным формам научного познания относятся научные факты, проблемы, гипотезы и теории. Их назначение состоит в том, что они раскрывают динамику процесса познания, т.е. движение и развитие знания в ходе исследования или изучения какого-либо объекта.

Фундаментом всего научного знания являются научные факты, с установления которых начинается научное познание. Научный факт - это отражение конкретного явления в человеческом сознании, т.е. его описание с помощью языка науки (обозначение, термины и т.п.). Одним из важнейших свойств научного факта является его достоверность, которая обусловливается возможностью его воспроизведения с помощью различных экспериментов. Чтобы факт считался достоверным, требуется его подтверждение в ходе многочисленных наблюдений или экспериментов. Так, если мы один раз увидели, что яблоко с дерева падает на землю, то это всего лишь единичное наблюдение. Но если мы фиксировали подобные падения неоднократно, то можно говорить о достоверном факте. Подобные факты составляют эмпирический, т.е. опытный, фундамент науки.

Трудность заключается в том, что в непосредственном наблюдении зафиксировать сущностные характеристики предмета практически невозможно. Поэтому прямо перейти с эмпирического на теоретический уровень познания тоже нельзя. Теория не строится путем непосредственного индуктивного обобщения опыта. Поэтому следующим шагом в научном познании становится формулирование проблемы.

Проблема определяется как «знание о незнании», как форма знания, содержанием которой является осознанный вопрос, для ответа на который имеющихся знаний недостаточно. Любое научное исследование начинается с выдвижения проблемы, что свидетельствует о возникновении трудностей в развитии науки, когда вновь обнаруженные факты не удается объяснить существующими знаниями. Поиск, формулирование и решение проблем - основная черта научной деятельности. Проблемы отделяют одну науку от другой, задают характер научной деятельности как подлинно научной или псевдонаучной.

В свою очередь, наличие проблемы при осмыслении необъяснимых фактов влечет за собой предварительный вывод, требующий своего экспериментального, теоретического и логического подтверждения. Такого рода предположительное знание, истинность или ложность которого еще не доказана, называется научной гипотезой.

Гипотеза - это знание в форме предположения, сформулированного на основе ряда достоверных фактов.

По своему происхождению гипотетическое знание носит вероятностный, а не достоверный характер и поэтому требует обоснования и проверки. Если в ходе проверки содержание гипотезы не согласуется с эмпирическими данными, то гипотеза отвергается. Если же гипотеза подтверждается, то можно говорить о той или иной степени вероятности гипотезы. Чем больше фактов, подтверждающих гипотезу, найдено, тем выше ее вероятность. Таким образом, в результате проверки одни гипотезы становятся теориями, другие уточняются и конкретизируются, а третьи отбрасываются как заблуждения, если их проверка дает отрицательный результат. Решающим критерием истинности гипотезы является практика во всех своих формах, а вспомогательную роль при этом играет логический критерий истины.

Выдвижение гипотез - один из самых сложных моментов в науке. Ведь они не связаны прямо с предшествующим опытом, который лишь дает толчок к размышлениям. Огромную роль играют интуиция и талант, отличающие настоящих ученых, имена которых нам известны из школьных учебников. Интуиция важна так же, как и логика. Ведь рассуждения в науке не являются доказательствами, это только выводы, которые свидетельствуют об истинности рассуждений, если посылки верны, но они ничего не говорят об истинности самих посылок. Выбор посылок связан с практическим опытом и интуицией ученого, который из огромного множества эмпирических фактов и обобщений должен выбрать действительно важные. Затем ученый должен выдвинуть предположение, объясняющее эти факты, а также целый ряд явлений, еще не зафиксированных в наблюдениях, но относящихся к этому же классу событий. При выдвижении гипотезы принимается во внимание не только ее соответствие  эмпирическим данным,  но и требования простоты, красоты и экономичности мышления.

В случае своего подтверждения гипотеза становится теорией.

Теория - это логически обоснованная и проверенная на практике система знаний, дающая целостное отображение закономерных и существенных связей в определенной области объективной реальности.

Главная задача теории - описать, систематизировать и объяснить все множество эмпирических фактов. Иными словами, теория представляет собой систему истинного, уже доказанного, подтвержденного знания о сущности явлений, высшую форму научного знания, всесторонне раскрывающую структуру, функционирование и развитие изучаемого объекта, взаимоотношения всех его элементов, сторон и связей.

Научная теория - это развивающаяся система знания, главными элементами которой являются принципы и законы. Принципы - это наиболее общие и важные фундаментальные положения теории. В теории принципы играют роль исходных, основных и первичных посылок, образующих фундамент теории. В свою очередь, содержание каждого принципа раскрывается с помощью законов, которые конкретизируют принципы, объясняют механизм их действия, логику взаимосвязи вытекающих из них следствий. На практике законы выступают в форме теоретических утверждений, отражающих общие связи изучаемых явлений, объектов и процессов.

Раскрывая сущность объектов, законы их существования, взаимодействия, изменения и развития, теория позволяет объяснять изучаемые явления, предсказывать новые, еще не известные факты и характеризующие их закономерности, прогнозировать поведение изучаемых объектов в будущем. Таким образом, теория выполняет две важнейшие функции: объяснение и предсказание, т.е. научное предвидение.

Тема 2: Методы научного познания

1. Характеристика методов научного познания.

2. Особенные эмпирические методы научного познания.

3. Особенные теоретические методы научного познания.

4. Особенные универсальные методы научного познания.

1. Характеристика методов научного познания. Процесс познания окружающего нас мира в самом общем виде представляет собой решение разного рода задач, возникающих в ходе практической деятельности человека. Эти проблемы решаются путем использования особых приемов - методов.

Научный метод - это совокупность приемов и операций практического и теоретического познания действительности.

Они оптимизируют деятельность человека, вооружают его наиболее рациональными способами организации деятельности.

На эмпирическом уровне происходит сбор фактов и информации (установление фактов, их регистрация, накопление), а также их описание (изложение фактов и их первичная систематизация).

Теоретическая сторона связана с объяснением и обобщением фактов, созданием новых теорий, выдвижением гипотез, открытием новых законов, а также предсказанием новых фактов в рамках этих теорий. С их помощью вырабатывается научная картина мира, что важно для осуществления мировоззренческой функции науки.

В основе методов науки лежит единство эмпирических и теоретических сторон. Они взаимосвязаны и обусловливают друг друга. Их разрыв, или преимущественное развитие одной стороны за счет другой, закрывает путь к правильному познанию природы: теория становится беспредметной, опыт - слепым.

Помимо выделения двух уровней познания, в основу классификации научных методов может быть положена применяемость метода, возможность его использования в разных сферах человеческой деятельности. В таком случае можно выделить общие, особенные и частные методы научного познания.

Общие методы научного познания. Общие методы познания касаются любого предмета, любой науки. Это различные формы метода, дающего возможность связывать воедино все стороны процесса познания, все его ступени. Это, скорее, общефилософские методы познания. В истории философии можно найти только два таких метода - метафизический и диалектический. До конца XIX в. в науке господствовал метафизический метод, и лишь с XX в. он уступил свое место диалектическому методу познания. Оба этих метода лишь намечают границы познания.

Частные методы научного познания. Частные методы научного познания - это специальные методы, действующие только в пределах отдельной отрасли науки. Таков, в частности, метод кольцевания птиц, применяемый в зоологии. Иногда частные методы могут использоваться за пределами той области знания, в которой они возникли. Так, методы физики, применяемые в других отраслях естествознания, привели к созданию астрофизики, геофизики, кристаллофизики и других междисциплинарных наук. Нередко применяется комплекс взаимосвязанных частных методов к изучению одного предмета. Например, молекулярная биология одновременно пользуется методами физики, математики, химии, кибернетики.

Хотя частные методы и способы исследования в разных науках могут заметно отличаться друг от друга, однако общий подход этих методов к процессу познания остается в сущности одним и тем же. Все они определяют тактику исследования. Стратегию исследования определяют особенные методы познания. Кроме того, все частные методы познания связаны с определенными сторонами или сочетаниями особенных методов.

Особенные методы научного познания. Особенные методы научного познания используются большинством наук на разных этапах познавательной деятельности и касаются определенной стороны изучаемого предмета или приема исследования. Именно среди особенных методов можно выделить эмпирический и теоретический уровни познания. Таким образом, существуют особенные методы, проявляющиеся:

•  на эмпирическом уровне познания (особенные эмпирические методы);

•  на теоретическом уровне познания (особенные теоретические методы);

•  методы, действующие как на эмпирическом, так и на теоретическом уровнях познания (особенные универсальные методы).

Остановимся подробнее на этих трех группах особенных методов научного познания.

2. Особенные эмпирические методы научного познания. К особенным эмпирическим методам научного познания относятся наблюдение, измерение и эксперимент.

Наблюдение - это целенаправленный строгий процесс восприятия предметов действительности, которые не должны быть изменены.

Сущностью наблюдения является чувственное отражение предметов и явлений объективного мира, в ходе которого мы получаем некую первичную информацию о них. Поэтому исследование любых интересующих объектов окружающего нас мира чаще всего начинают с наблюдения, и лишь затем переходят к другим методам изучения.

Результаты наблюдения должны фиксироваться в описании, отмечающем те свойства и стороны изучаемого объекта, которые являются предметом исследования ученого. Такое описание должно быть максимально полным, точным и объективным. Ведь оно должно дать достоверную и адекватную картину изучаемого явления. Именно описания результатов наблюдений составляют эмпирический базис науки, на их основе создаются эмпирические обобщения, систематизации и классификации.

Измерение - это определение количественных значений (характеристик) изучаемых сторон или свойств объекта исследования с помощью специальных технических устройств.

Эти устройства могут работать как в руках человека, так и в автоматическом режиме. Современные компьютеры позволяют проводить не только процедуру измерения, но и обрабатывать полученные данные.

Большую роль в исследовании играют единицы измерения - эталоны, с которыми сравниваются полученные данные. Они могут быть основными, или базисными, и производными, выводимыми из них с помощью математических операций.

За последние четыре века бурного развития естествознания образовалось множество различных систем единиц измерения, что затрудняло работу ученых. Поэтому в I960 г. Генеральная конференция по мерам и весам приняла Международную систему единиц - СИ. Она базируется на семи основных (метр (м) - единица длины, килограмм (кг) - единица массы, секунда (с) - единица времени, ампер (А) - сила электрического тока, кельвин (К) - термодинамическая температура в градусах, кандела (кд) - сила света, моль - количество вещества) и двух дополнительных (радиан (рад) - плоский угол, стерадиан (ср) - телесный угол) единицах. Сегодня большая часть измерительных приборов градуируется в этих единицах.

На основании данных единиц измерения введены производные единицы - площади, объема, частоты, скорости, ускорения и др.

Развитие науки немыслимо без развития измерительной техники. Можно говорить как о совершенствовании давно известных приборов, так и о появлении принципиально новых инструментов, сконструированных на основе недавно появившихся в науке гипотез и теорий.

Частным случаем измерения является сравнение. Оно позволяет оценить различные объекты и соотнести их друг с другом.

Эксперимент - более сложный метод эмпирического познания по сравнению с наблюдением, без которого он не обходится.

Эксперимент - это целенаправленное и строго контролируемое воздействие исследователя на интересующий его объект для изучения различных его сторон, связей и отношений.

Таким образом, в ходе эксперимента ученый может вмешиваться в естественный ход процессов, преобразовывать объект исследования, помещать его в искусственные условия.

Специфика эксперимента состоит также в том, что он позволяет увидеть объект или процесс в «чистом» виде за счет максимального исключения воздействия посторонних факторов. Ведь в обычных условиях все природные процессы крайне сложны и запутанны, не поддаются полному контролю и управлению. Поэтому экспериментатор отделяет существенные факторы от несущественных и тем самым значительно упрощает ситуацию. Такое упрощение способствует более глубокому пониманию сути явлений и процессов и дает возможность контролировать немногие важные для данного эксперимента факторы и величины.

3. Особенные теоретические методы научного познания. К особенным методам научного познания относятся процедуры абстрагирования и идеализации, в ходе которых образуются научные понятия.

Абстрагирование - мысленное отвлечение от всех свойств, связей и отношений изучаемого объекта, которые представляются несущественными для данной теории.

Результат процесса абстрагирования называется абстракцией. Примером абстракций являются такие понятия, как точка, прямая, множество и т.д.

Идеализация - это операция мысленного выделения какого-либо одного, важного для данной теории свойства или отношения (не обязательно, чтобы это свойство существовало реально), и мысленного конструирования объекта, наделенного этим свойством.

Именно посредством идеализации образуются такие понятия, как «абсолютно черное тело», «идеальный газ», «атом» в классической физике и т.д. Полученные таким образом идеальные объекты в действительности не существуют, так как в природе не может быть предметов и явлений, имеющих только одно свойство или качество. В этом состоит главное отличие идеальных объектов от абстрактных.

Формализация - использование специальной символики вместо реальных объектов.

Ярким примером формализации является широкое использование математической символики и математических методов в естествознании. Формализация дает возможность исследовать объект без непосредственного обращения к нему и записывать полученные результаты в краткой и четкой форме.

Индукция - метод научного познания, представляющий собой формулирование логического умозаключения путем обобщения данных наблюдения и эксперимента, получение общего вывода на основании частных посылок, движение от частного к общему.

Различают полную и неполную индукцию. Полная индукция строит общий вывод на основании изучения всех предметов или явлений данного класса. В результате полной индукции полученное умозаключение имеет характер достоверного вывода. Но в окружающем нас мире не так много подобных объектов одного класса, число которых ограниченно настолько, что исследователь может изучить каждый из них.

Поэтому гораздо чаще ученые прибегают к неполной индукции, которая строит общий вывод на основании наблюдения ограниченного числа фактов, если среди них не встретились такие, которые противоречат индуктивному умозаключению. Например, если ученый в ста или более случаях наблюдает один и тот же факт, он может сделать вывод, что этот эффект проявится и при других сходных обстоятельствах. Естественно, что добытая таким путем истина неполна, полученное знание носит вероятностный характер и требует дополнительного подтверждения.

Индукция не может существовать в отрыве от дедукции.

Дедукция - метод научного познания, представляющий собой получение частных выводов на основе общих знаний, вывод от общего к частному.

Дедуктивное умозаключение строится по следующей схеме: все предметы класса А обладают свойством В; предмет а относится к классу А; следовательно, а обладает свойством В. Например: «Все люди смертны»; «Иван - человек»; следовательно, «Иван - смертен».

Дедукция как метод познания исходит из уже познанных законов и принципов. Поэтому метод дедукции не позволяет получить содержательно нового знания. Дедукция представляет собой лишь способ логического развертывания системы положений на базе исходного знания, способ выявления конкретного содержания общепринятых посылок. Поэтому она не может существовать в отрыве от индукции. Как индукция, так и дедукция незаменимы в процессе научного познания.

Решение любой научной проблемы включает выдвижение различных догадок, предположений, а чаще всего более или менее обоснованных гипотез, с помощью которых исследователь пытается объяснить факты, не укладывающиеся в старые теории.

Гипотеза представляет собой всякое предположение, догадку или предсказание, выдвигаемое для устранения ситуации неопределенности в научном исследовании.

Поэтому гипотеза - это не достоверное, а вероятное знание, истинность или ложность которого еще не установлена.

4. Особенные универсальные методы научного познания. К универсальным методам научного познания относятся аналогия, моделирование, анализ и синтез.

Аналогия - метод познания, при котором происходит перенос знания, полученного при рассмотрении какого-либо одного объекта, на другой, менее изученный, но схожий с первым объектом по каким-то существенным свойствам.

Метод аналогии основывается на сходстве предметов по ряду каких-либо признаков, причем сходство устанавливается в результате сравнения предметов между собой. Таким образом, в основе метода аналогии лежит метод сравнения.

Применение метода аналогии в научном познании требует определенной осторожности. Дело в том, что можно принять чисто внешнее, случайное сходство между двумя объектами за внутреннее, существенное, и на этом основании сделать вывод о сходстве, которого на самом деле нет. Так, хотя и лошадь, и автомобиль используются как транспортные средства, было бы неверным переносить знания об устройстве машины на анатомию и физиологию лошади. Данная аналогия будет ошибочной.

Тем не менее, метод аналогии занимает намного более значимое место в познании, чем это может показаться на первый взгляд. Ведь аналогия не просто намечает связи между явлениями. Важнейшей особенностью познавательной деятельности человека является то, что наше сознание не способно воспринять абсолютно новое знание, если у него нет точек соприкосновения с уже известным нам знанием. Именно поэтому при объяснении нового материала на занятиях всегда прибегают к примерам, которые и должны провести аналогию между известным и неизвестным знанием.

Метод аналогии тесно связан с методом моделирования.

Метод моделирования предполагает изучение каких-либо объектов посредством их моделей с дальнейшим переносом полученных данных на оригинал.

В основе этого метода лежит существенное сходство объекта-оригинала и его модели. К моделированию следует относиться с той же осторожностью, что и к аналогии, строго указывать пределы и границы допустимых при моделировании упрощений.

Современной науке известно несколько типов моделирования: предметное, мысленное, знаковое и компьютерное.

Предметное моделирование представляет собой использование моделей, воспроизводящих определенные геометрические, физические, динамические или функциональные характеристики прототипа. Так, на моделях исследуются аэродинамические качества самолетов и других машин, ведется разработка различных сооружений (плотин, электростанций и др.).

Мысленное моделирование - это использование различных мысленных представлений в форме воображаемых моделей. Широко известна идеальная планетарная модель атома Э. Резерфорда, напоминавшая Солнечную систему: вокруг положительно заряженного ядра (Солнца) вращались отрицательно заряженные электроны (планеты).

Знаковое (символическое) моделирование использует в качестве моделей схемы, чертежи, формулы. В них в условно-знаковой форме отражаются какие-то свойства оригинала. Разновидностью знакового является математическое моделирование, осуществляемое средствами математики и логики. Язык математики позволяет выразить любые свойства объектов и явлений, описать их функционирование или взаимодействие с другими объектами с помощью системы уравнений. Так создается математическая модель явления. Часто математическое моделирование сочетается с предметным моделированием.

Компьютерное моделирование получило широкое распространение в последнее время. В данном случае компьютер является одновременно и средством, и объектом экспериментального исследования, заменяющим оригинал. Моделью при этом является компьютерная программа (алгоритм).

Анализ - метод научного познания, в основу которого положена процедура мысленного или реального расчленения предмета на составляющие его части и их отдельное изучение.

Эта процедура ставит своей целью переход от изучения целого к изучению его частей и осуществляется путем абстрагирования от связи этих частей друг с другом.

Анализ - органичная составная часть всякого научного исследования, являющаяся обычно его первой стадией, когда исследователь переходит от описания нерасчлененного изучаемого объекта к выявлению его строения, состава, а также свойств и признаков. Для постижения объекта как единого целого недостаточно знать, из чего он состоит. Важно понять, как связаны друг с другом составные части объекта, а это можно сделать, лишь изучив их в единстве. Для этого анализ дополняется синтезом.

Синтез - метод научного познания, в основу которого положена процедура соединения различных элементов предмета в единое целое, систему, без чего невозможно действительно научное познание этого предмета.

Синтез выступает не как метод конструирования целого, а как метод представления целого в форме единства знаний, полученных с помощью анализа. Важно понять, что синтез вовсе не является простым механическим соединением разъединенных элементов в единую систему. Он показывает место и роль каждого элемента в этой системе, его связь с другими составными частями системы. Таким образом, при синтезе происходит не просто объединение, а обобщение аналитически выделенных и изученных особенностей объекта.

Синтез - такая же необходимая часть научного познания, как и анализ, и идет вслед за ним. Анализ и синтез - это две стороны единого аналитико-синтетического метода познания, которые не существуют друг без друга.

Классификация - метод научного познания, позволяющий объединить в один класс объекты, максимально сходные друг с другом в существенных признаках.

Классификация позволяет свести накопленный многообразный материал к сравнительно небольшому числу классов, типов и форм, выявить исходные единицы анализа, обнаружить устойчивые признаки и отношения. Как правило, классификации выражаются в виде текстов на естественных языках, схем и таблиц.

Разнообразие методов научного познания создает трудности в их использовании и понимании их значимости. Эти проблемы решаются особой областью знания - методологией, т.е. учением о методах. Важнейшая задача методологии - изучение происхождения, сущности, эффективности и других характеристик методов познания.

Тема 3: Научные подходы к познанию

1. Общенаучные подходы.

2. Системный подход.

3. Глобальный эволюционизм

1. Общенаучные подходы. Общая характеристика общенаучных подходов. Мы рассмотрели систему методов научного познания, но она не является статичной и неизменной. Появляются новые методы, а уже известные могут в ходе развития науки переходить из одной категории в другую: частные методы превращаются в особенные, особенные - в общие. Кроме того, в современном научном познании особое значение приобретают общенаучные подходы, которые задают определенную направленность научного исследования, фиксируют определенный его аспект, но не указывают жестко специфику конкретных исследовательских средств. Общенаучные подходы акцентируют основное направление исследования, «угол зрения» на объект изучения.

Важнейшая черта общенаучных подходов - принципиальная применимость к исследованию любых явлений и любой сферы действительности. Они могут работать во всех без исключения науках. Это обусловлено общенаучным характером категорий, лежащих в основании данных подходов.

Виды общенаучных подходов.

К числу общенаучных подходов относятся:

•  структурный подход, ориентирующий на изучение внутреннего строения системы, характера и специфики связей между ее элементами;

•  функциональный подход, изучающий функциональные зависимости элементов данной системы, а также ее входных и выходных параметров;

•  алгоритмический подход, использующийся при описании информационных процессов, функционирования систем управления и в других случаях, когда существует возможность представить изучаемое явление в виде процесса, происходящего по строгим правилам;

•  вероятностный подход, нацеливающий исследователя на выявление статистических закономерностей, ориентирует на изучение процессов как статистических ансамблей;

•  информационный подход связан с выделением и исследованием информационного аспекта различных явлений действительности - объема потока информации, способов ее кодирования и алгоритмов переработки.

Среди общенаучных подходов в современной науке все более важное место занимают системный подход и глобальный эволюционизм.

2. Системный подход.  Под системным подходом в широком смысле понимают метод исследования окружающего мира, при котором интересующие нас предметы и явления рассматриваются как части или элементы определенного целостного образования.

Эти части и элементы, взаимодействуя друг с другом, формируют новые свойства целостного образования (системы), отсутствующие у каждого из них в отдельности. Таким образом, мир с точки зрения системного подхода предстает перед нами как совокупность систем разного уровня, находящихся в отношениях иерархии.

В современной науке в основе представлений о строении материального мира лежит именно системный подход, согласно которому любой объект материального мира может быть рассмотрен как сложное образование, включающее составные части, организованные в целое. Для обозначения этой целостности в науке выработано понятие системы.

В современной науке под системой понимают внутреннее (или внешнее) упорядоченное множество взаимосвязанных элементов, проявляющее себя как нечто единое по отношению к другим объектам или внешним условиям.

Понятие «элемент» означает минимальный, далее уже неделимый компонент в рамках системы. Во всех системах связь между ее элементами является более устойчивой, упорядоченной и внутренне необходимой, чем связь каждого из элементов с окружающей средой. Элемент является таковым лишь по отношению к данной системе, при других отношениях он сам может представлять сложную систему. Совокупность связей между элементами образует структуру системы. Существует два типа связей между элементами системы: горизонтальные и вертикальные.

Горизонтальные связи - это связи координации между однопорядковыми элементами системы. Они носят коррелирующий характер: ни одна часть системы не может измениться без того, чтобы не изменились другие ее части.

Вертикальные связи - это связи субординации, т.е. соподчинения элементов. Они выражают сложное внутреннее устройство системы, где одни части по своей значимости могут уступать другим и подчиняться им.

Степень взаимодействия частей системы друг с другом может быть различной. Кроме того, любой предмет или явление окружающего мира, с одной стороны, может входить в состав более крупных и масштабных систем, а с другой стороны - сам являться системой, состоящей из более мелких элементов и составных частей. Поэтому все предметы и явления окружающего нас мира могут изучаться и как элементы систем, и как целостные системы, а системность является неотъемлемым свойством мира, в котором мы живем. В этом заключается сущность системного подхода.

Строение системы. Рассматривая строение системы, в ней можно выделить следующие компоненты: подсистемы и части (элементы). Подсистемы являются крупными частями систем, обладающими значительной самостоятельностью. Разница между элементами и подсистемами достаточно условна, если отвлечься от их размера. В качестве примера можно привести человеческий организм, безусловно, являющийся системой. Его подсистемами являются неравная, пищеварительная, дыхательная, кровеносная и другие системы. В свою очередь, они состоят из отдельных органов и тканей, которые являются элементами человеческого организма. Но мы можем рассматривать в качестве самостоятельных систем выделенные нами подсистемы, в таком случае подсистемами будут органы и ткани, а элементами системы - клетки. Таким образом, системы, подсистемы и элементы находятся в отношениях иерархического соподчинения.

Классификация систем. В рамках системного подхода была создана общая теория систем, которая сформулировала принципы, общие для самых различных областей знания. Она начинается с классификации систем и дается по нескольким основаниям.

В зависимости от структуры системы делятся на дискретные, жесткие и централизованные. Дискретные (корпускулярные) системы состоят из подобных друг другу элементов, не связанных между собой непосредственно, а объединенных только общим отношением к окружающей среде, поэтому потеря нескольких элементов не наносит ущерба целостности системы.

Жесткие системы отличаются повышенной организованностью, поэтому удаление даже одного элемента приводит к гибели всей системы.

Централизованные системы имеют одно основное звено, которое, находясь в центре системы, связывает все остальные элементы и управляет ими.

По типу взаимодействия с окружающей средой все системы делятся на открытые и закрытые. Открытыми являются системы реального мира, обязательно обменивающиеся веществом, энергией или информацией с окружающей средой. Закрытые системы не обмениваются ни веществом, ни энергией, ни информацией с окружающей средой. Это понятие является абстракцией высокого уровня и, хотя существует в науке, реально не существует, так как в действительности никакая система не может быть полностью изолирована от воздействия других систем. Поэтому все известные в мире системы являются открытыми.

По составу системы можно разделить на материальные и идеальные. К материальным относится большинство органических, неорганических и социальных систем (физические, химические, биологические, геологические, экологические, социальные системы). Также среди материальных систем можно выделить искусственные технические и технологические системы, созданные человеком для удовлетворения своих потребностей.

Идеальные системы представляют собой отражение материальных систем в человеческом и общественном сознании. Примером идеальной системы является наука, которая с помощью законов и теорий описывает реальные материальные системы, существующие в природе.

Свойства системы. Теория систем также изучает свойства систем. Многие высокоорганизованные системы отвечают понятию целесообразности, т.е. ориентированы на достижение какой-либо цели. Эти свойства отсутствуют у отдельных элементов системы и появляются только у системы в целом. Такие свойства называются эмерджентными свойствами системы. Например, вода состоит всего из двух химических элементов - кислорода (О) и водорода (Н), которые по отдельности не обладают свойствами воды. Только при соединении этих элементов в определенную систему (Н₂О) появляется вода как вещество с присущими ей специфическими свойствами.

У многих высокоорганизованных систем формируется механизм обратной связи - реакция системы на воздействие окружающей среды. Если мы бросим камень, то он пролетит некоторое расстояние и упадет, никак не сопротивляясь этому. В данном случае обратная связь отсутствует. Но если мы попытаемся дернуть кошку за хвост, обратной связью, скорее всего, будут наши исцарапанные руки.

Существует несколько типов обратной связи. Система может своим поведением усиливать внешнее воздействие (если рота солдат будет идти по мосту, шагая «в ногу», мост может рухнуть из-за резонанса), при этом формируется положительная обратная связь. При уменьшении внешнего воздействия создается отрицательная обратная связь. Разновидностью таких связей является гомеостатическая обратная связь, сводящая внешнее воздействие к нулю. Примером может служить постоянная температура человеческого тела, остающаяся таковой несмотря на колебания температуры окружающей среды.

Механизм обратной связи делает систему более устойчивой, надежной и эффективной. Также он повышает ее внутреннюю организованность. Именно наличие механизма обратной связи дает возможность говорить, что система имеет какие-то цели, что ее поведение целесообразно.

Практически для любой системы характерна иерархичность строения - последовательное включение системы более низкого уровня в систему более высокого уровня. Это означает, что отношения и связи в системе при определенном ее представлении сами могут рассматриваться как ее элементы, подчиняющиеся соответствующей иерархии. Это позволяет строить различные, не совпадающие между собой последовательности включения систем друг в друга, описывающие исследуемый материальный объект с разных сторон.

В соответствии с системным подходом в природе все взаимосвязано, поэтому можно выделить такие системы, которые включают элементы как живой, так и неживой природы. Естественные науки, начиная изучение материального мира с наиболее простых, непосредственно воспринимаемых человеком материальных объектов, переходят постепенно к изучению сложнейших структур материи, выходящих за пределы человеческого восприятия и несоизмеримых с объектами повседневного окружения. Применяя системный подход, естествознание не просто выделяет типы материальных систем, но и раскрывает их связи и соотношения.

Системный подход как интеграция научного знания. Понятие системы, как и системный подход в целом, было сформировано в XX в. на основе работ А.А. Богданова и Л. фон Берталанфи. Известный русский советский ученый А.А. Богданов стал основоположником тектологии (всеобщей организационной науки). Он утверждал, что любой предмет или явление имеет свою цель и устроен в соответствии с ней. Это дает нам основания считать эти предметы и явления организмами и организациями. В природе существует объективная целесообразность, или организованность, являющаяся результатом естественного отбора. Богданов понимал организованность как свойство целого быть больше суммы своих частей, причем, чем больше эта разница, тем выше степень организации.

Известный австрийский биолог-теоретик Л. фон Берталанфи разработал теорию открытых биологических систем, способных достигать своего конечного состояния, несмотря на некоторые нарушения условий своего существования. Он обратил внимание на существование моделей, принципов и законов, применимых к любым системам, независимо от их содержания. Физические, химические, биологические и социальные системы, по его мнению, должны функционировать по одним и тем же правилам. Он же дал первое определение системы как совокупности элементов, находящихся во взаимодействии.

Появление системного подхода говорит о зрелости современной науки. Оно было бы невозможно еще сто лет назад. Этот подход тесно связан с интегративным характером современного естествознания и проявляет себя в междисциплинарных исследованиях, занимающих все более почетное место в современной науке. Конечным пунктом системного исследования является формирование целостной, интегративной модели изучаемого объекта. Для этого отдельные компоненты анализируются не ради их собственного познания, а с целью их последующего сведения в единое целое. Не менее важным является изучение воздействия окружающей среды на целостность системы. При этом сам познавательный процесс также должен быть организован в соответствии с требованием целостности, нацелен на получение интегративного знания. Системный подход отражает единство научного знания, которое выражается в установлении связей и отношений между различными по сложности организации системами, в возможности целостного познания этих систем, во все более глубоком проникновении человека в тайны природы.

3. Глобальный эволюционизм. Если в системном подходе воплотилась идея всеобщей связи всех предметов и явлений мира, то в глобальном эволюционизме - идея развития мира.

Глобальный эволюционизм - это убеждение в том, что как Вселенная в целом, так и отдельные ее элементы не могут существовать, не развиваясь. При этом считается, что развитие идет по единому алгоритму - от простого к сложному путем самоорганизации.

Классическая концепция развития. Этот принципиально новый взгляд на мир был сформулирован лишь во второй половине XX в., хотя сама идея развития была присуща научному мировоззрению еще с начала XIX в. Тогда существовала классическая концепция развития, которая признавала, что весь мир находится в постоянном развитии, но живая природа развивается от простого к сложному, а неживая - от современного сложного состояния к самому простому состоянию хаоса. Классическая концепция развития нашла свое обоснование в эволюционной теории Ч. Дарвина, которая описывала эволюцию живой природы, а также в классической термодинамике, из которой вытекали представления об эволюции неживой материи.

Классическая термодинамика - это физическая наука, занимающаяся изучением взаимопревращения различных видов энергии. Она основывается на трех основных постулатах, или началах.

Первое начало термодинамики известно как закон сохранения энергии. Это фундаментальный закон, согласно которому важнейшая физическая величина - энергия - сохраняется неизменной в изолированной системе. Когда мы говорим о сохранении энергии, то имеем в виду механическую, тепловую и внутреннюю энергию, т.е. энергию, зависящую лишь от термодинамического состояния системы. Она складывается из движения атомов, энергии химических связей и других видов энергий, связанных с состоянием электронов в атомах и молекулах.

Согласно этому закону, в изолированной системе энергия может только превращаться из одной формы в другую, но ее количество всегда остается постоянным. Если система не изолирована, энергия может изменяться за счет обмена между частями системы или разными системами. Например, ежедневно мы сталкиваемся с тем, что горячий чайник, охлаждаясь, нагревает воздух.

Науке сегодня неизвестна ни одна причина, которая могла бы привести к нарушению данного закона. Иначе можно было бы построить вечный двигатель, создающий энергию из ничего. Поэтому первый закон термодинамики более известен в другой редакции: нельзя построить венный двигатель первого рода, т.е. такую машину, которая совершала бы работу больше подводимой к ней извне энергии.

Существование вечного двигателя второго рода запрещает второе начало термодинамики: теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему. Поэтому невозможно построить такую машину, которая работала бы за счет переноса тепла от холодного тела к горячему. Это не запрещено первым началом термодинамики, но практически невозможно.

Второе начало термодинамики указывает на существование двух различных форм энергии - теплоты, связанной с неупорядоченным, хаотическим движением молекул (например, броуновское движение молекул, скорость которого напрямую связана с температурой), и работы, связанной с упорядоченным движением. Работу всегда можно превратить в эквивалентное ей тепло - вспомните, как наши предки получали огонь трением. В то же время тепло в эквивалентную ему работу полностью превратить нельзя, всегда останется некоторое количество теплоты, которое пропадет бесполезно. Другими словами, неупорядоченную форму энергии невозможно полностью перевести в упорядоченную. Мерой неупорядоченности, или мерой хаоса, системы в термодинамике является энтропия. Энтропия не бывает отрицательной, она всегда положительна. Исключением является случай, когда идеальный кристалл находится при температуре абсолютного нуля (но на этот счет существует третье начало термодинамики, говорящее о недостижимости абсолютного нуля, равного - 273"С), что невозможно, так как это означало бы прекращение любого движения, в том числе движения атомов и элементарных частиц.

Иногда используется отрицательная величина энтропии - негэнтропия, которая является мерилом упорядоченности системы. Эта величина может быть только отрицательной. Рост негэнтропии соответствует возрастанию порядка, энтропии - росту хаоса.

Таким образом, в соответствии со вторым началом термодинамики в случае изолированной системы (не обменивающейся веществом, энергией или информацией с окружающей средой) неупорядоченное состояние не может самостоятельно перейти в упорядоченное. Представим себе закрытую систему, в которой вся энергия находится в упорядоченном состоянии (энергия-работа). Если в этой системе начнется процесс преобразования энергии, то мы увидим, что вся энергия-работа постепенно перейдет в энергию-тепло. Полученное тепло может быть использовано для совершения какой-либо полезной работы, но не полностью. Так появится энтропия. При следующем цикле преобразования работа опять полностью перейдет в тепло, но тепло вновь не сможет полностью превратиться в работу, и поэтому энтропия вновь увеличится. Так будет происходить до тех пор, пока вся энергия системы не превратится в тепло и не установится состояние термодинамического равновесия. Таким образом, в изолированной системе энтропия может только возрастать. Поэтому второе начало термодинамики также называют принципом возрастания энтропии. Эта более точная формулировка второго начала термодинамики утверждает, что при самопроизвольных процессах в системах, имеющих постоянную энергию, энтропия всегда возрастает. Иными словами, любая система стремится к состоянию термодинамического равновесия, которое можно отождествить с хаосом.

Именно из этого принципа вытекали пессимистические представления о развитии Вселенной, характерные для второй половины XIX в. Они воплотились в идею тепловой смерти Вселенной, сформулированную В. Томсоном в 1851 г. Упорядоченными источниками энергии во Вселенной являются звезды, возраст которых хотя и велик, но не бесконечен. До открытия второго начала термодинамики считалось, что на смену погасшим звездам загораются новые, и процесс этот будет идти бесконечно. Но признание того факта, что все виды энергии деградируют, со временем превращаясь в тепло, требовало признать, что новых звезд должно загораться меньше, чем погасло старых. Поэтому со временем должны закончить свое существование все звезды, отдав свою энергию в окружающее пространство, и вся Вселенная придет в состояние хаоса - термодинамического равновесия с температурой лишь на несколько градусов выше абсолютного нуля. В этом пространстве будут разбросаны безжизненные, остывшие шары планет и звезд. Не будет источников энергии - не будет жизни.

Хотя эту концепцию пытались опровергнуть крупнейшие философы и ученые того времени, в рамках существовавших тогда гносеологических предпосылок это было невозможно. Лишь в XX в., признав Вселенную открытой системой, удалось отказаться от идеи тепловой смерти.

Становление современной концепции развития. Идея самоорганизации материи. Первая крупная брешь в классической концепции развития была пробита в 1920-е гг. в результате создания новой модели расширяющейся Вселенной, которая сменила старую стационарную модель. Согласно новым представлениям, наша Вселенная возникла 15-20 млрд. лет назад в результате Большого взрыва и лишь постепенно пришла к современному состоянию, которое также не является стабильным. При этом эволюция шла от простейшего хаотического к современному упорядоченному состоянию.

Затем новые эволюционные идеи проникли и утвердились в химии, геологии, экологии и других науках. Но до середины XX в. по-прежнему считалось, что для неживой материи основной тенденцией является стремление к разрушению и лишь жизнь, представляющая стремление к упорядоченности и организованности, противостоит этой основной тенденции. Данное противоречие впервые было четко зафиксировано в книге известного физика-теоретика Э. Шредингера «Что такое жизнь?». Так был дан толчок исследованиям, позволившим по-новому посмотреть на процессы в неживой природе.

Также к середине XX в. была сформулирована общая теория систем и основы кибернетики. В них было установлено, что все системы, известные нам, являются открытыми, т.е. постоянно обмениваются веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Поэтому решить проблему развития в физике и, самое главное, найти подходы к решению вопроса о тепловой смерти Вселенной удалось только тогда, когда физика обратилась к понятию открытой системы. Тогда же было установлено, что при определенных условиях в открытых системах могут возникать процессы самоорганизации.

Самоорганизация - это скачкообразный природный процесс, переводящий открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем упорядоченности по сравнению с исходным.

Критическое состояние - это состояние крайней неустойчивости, достигаемое открытой неравновесной системой в ходе предшествующего периода плавного, эволюционного развития. Ключ к пониманию процессов самоорганизации находится в исследовании взаимодействия открытых систем с окружающей средой.

Примеров процессов самоорганизации можно привести достаточно много. Все слышали о лазерах. Эти приборы создают высокоорганизованное оптическое излучение. Лазер отличается от традиционных источников света - ламп накаливания и газоразрядных ламп, которые действуют за счет процессов, подчиняющихся статистическим законам. В них в нагретой до высокой температуры среде возбужденные атомы и ионы излучают кванты света с различными длинами волн во всех направлениях, причем только малую часть из них мы воспринимаем как видимый свет. А в лазере, в активной среде резонатора, под воздействием внешнего светового поля (при «накачке») благодаря поступлению энергии извне частицы начинают колебаться в одной фазе. В результате возникает когерентное, или согласованное, взаимодействие, формирующее узконаправленный луч почти монохроматических квантов света.

Классическим также считается пример превращения ламинарного течения жидкости в турбулентное. Каждый из нас не раз наблюдал это явление, когда смотрел, как стекает вода из ванной. Пока воды в ванной мало, она стекает ламинарно (жидкость движется слоями по направлению течения). Но если воды много, давление на нижний слой заставляет воду стекать быстро. Это приводит к формированию вихреобразной вращающейся воронки, т.е. к появлению турбулентности.

Еще один опыт впервые был проведен еще в 1900 г. физиком X. Бенаром. Он наливал ртуть в плоский сосуд, подогреваемый снизу. Когда разность температур верхнего и нижнего слоев ртути достигала некоторого критического значения, верхний слой образовывал множество шестигранных призм, похожих на пчелиные соты. Они получили название ячеек Бенара и служат классическим примером спонтанного образования структур, причем оно происходит за счет внутренней перестройки связей между элементами системы. В химии примером самоорганизации могут служить так называемые «химические часы» (реакция Белоусова - Жаботинекого). Она была открыта в 1951 г. химиком Б.П. Белоусовым, который установил, что если в пробирку слить раствор некоторых кислот, сульфат церия и бромид калия, то за ходом идущей окислительно-восстановительной реакции можно следить по изменению цвета промежуточных продуктов. На протяжении получаса цвет строго периодично менялся с красного на синий, и наоборот. В 1960-е гг. молодой биофизик A.M. Жаботинский раскрыл механизм этой реакции, которая получила свое название по именам двух ученых: того, кто ее открыл, и того, кто ее объяснил.

У всех приведенных примеров есть общий алгоритм: огромное множество элементов, составляющих эти системы, вдруг, как по команде, начинают вести себя скоординированно, согласованно, хотя до этого пребывали в состоянии хаоса. Более того, эта возникшая упорядоченность не распадается, а продолжает устойчиво существовать.

Хотя процессы самоорганизации были известны ученым достаточно давно, общие теории самоорганизации появились лишь в 1970-е гг. К их созданию ученые шли разными путями: Г. Хакен, создатель синергетики, - из квантовой электроники и радиофизики; И. Пригожий, основатель неравновесной термодинамики, - из анализа специфических химических реакций. Были ученые, изучавшие эти процессы в биологии, - М. Эйген, в метеорологии - Е. Лоренц, а также автор теории катастроф Р. Том. Постепенно ученые начали выходить за рамки своих узких дисциплин, стали замечать аналогию между математическими моделями и концептуальными системами, описывающими такие разные на первый взгляд процессы.

Так стало формироваться убеждение, что во всех этих явлениях есть единая основа, позволяющая создать общую теорию самоорганизации материи. Сегодня общая теория самоорганизации развивается в основном в рамках двух наук - синергетики и неравновесной термодинамики, во многом дополняющих друг друга.

Основы синергетики и неравновесной термодинамики. Синергетика (кооперативность, сотрудничество, взаимодействие различных элементов системы) - по определению ее создателя Г. Хакена, занимается изучением систем, состоящих из многих подсистем самой различной природы, таких, как атомы, молекулы, клетки, механические элементы, органы, животные и даже люди. Это наука о самоорганизации простых систем, о превращении хаоса в порядок.

Основная идея синергетики - идея о принципиальной возможности спонтанного возникновения порядка и организации из беспорядка и хаоса в результате процесса самоорганизации. Это происходит при возникновении положительной обратной связи между системой и окружающей средой. Иными словами, под воздействием внешней среды внутри системы возникают полезные изменения, которые постепенно накапливаются, а затем кардинально меняют эту систему, превращая ее в другую, более сложную и высокоорганизованную.

Воздействию окружающей среды могут подвергаться сразу несколько однотипных систем, но в силу различных флуктуации (отклонений) они могут формировать разные обратные связи, порождать разные ответные реакции, далеко не все из которых могут привести к самоорганизации системы. Можно сказать, что между системами идет своеобразная конкуренция, отбор того типа поведения, такой обратной связи, которая позволяет выжить в условиях конкуренции. Как замечает сам Хакен, это приводит нас в определенном смысле к своего рода обобщенному дарвинизму, действие которого распространяется не только на органический мир, но и на неживую природу, а также на социальные системы.

Синергетика претендует на открытие универсального механизма самоорганизации. Однако объектом синергетики независимо от его природы могут быть только те системы, которые удовлетворяют определенным требованиям. Такими требованиями, в частности, являются открытость, существенная неравновесность и выход из критического состояния скачком, в процессе фазового перехода.

Открытость - важнейшее свойство самоорганизующихся систем, которые постоянно обмениваются веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Именно открытость является причиной неравновесности систем. Если закрытые системы, для которых и были сформулированы начала классической термодинамики, неизбежно стремятся к однородному равновесному состоянию - состоянию термодинамического равновесия, то открытые системы меняются, причем необратимо, в них важным оказывается фактор времени.

При определенных условиях и значениях параметров, характеризующих систему и изменяющихся под воздействием изменений окружающей среды, система переходит в состояние существенной неравновесности - критическое состояние, сопровождаемое потерей устойчивости. Ведь любая система остается сама собой только в определенных рамках. Так, вода остается водой только при температуре от 0 до 100°С при нормальном атмосферном давлении, за границами этих условий она превращается в лед или пар. Естественно, что существование социальной или биологической системы будет зависеть от иных условий, чем функционирование физических или химических систем. Но такие важнейшие показатели, от которых зависит само существование систем, есть всегда. Они называются управляющими параметрами системы.

Из критического состояния существенной неравновесности системы всегда выходят скачком. Скачок - это крайне нелинейный процесс, при котором даже малые изменения управляющих параметров системы вызывают ее переход в новое качество. Например, при снижении температуры воды до определенного значения она скачкообразно превращается в лед. Около критической точки перехода достаточно изменить температуру воды (управляющий параметр) на доли градуса, чтобы вызвать ее практически мгновенное превращение в твердое тело.

Итак, самоорганизующиеся системы обретают присущие им структуры или функции без какого бы то ни было вмешательства извне. Обычно они состоят из большого числа подсистем. При изменении управляющих параметров в системе образуются качественно новые структуры. При этом системы переходят из однородного, недифференцированного состояния покоя в неоднородное, но хорошо упорядоченное состояние или в одно из нескольких возможных состояний.

Важно, что этими системами можно управлять, изменяя действующие на них внешние факторы. Поток энергии, вещества или информации уводит физическую, химическую, биологическую или социальную систему далеко от состояния термодинамического равновесия. Изменяя температуру, уровень радиации, давление и т.д., мы можем управлять системами извне.

Самоорганизующиеся системы способны сохранять внутреннюю устойчивость при воздействии внешней среды, они находят способы самосохранения, чтобы не разрушаться и даже улучшать свою структуру.

Несколько иной аспект имеет неравновесная термодинамика И. Пригожина. В созданной им науке он поставил задачу доказать, что неравновесие может быть причиной порядка. Новая термодинамика стала способна отражать скачкообразные процессы.

Чтобы система могла не только поддерживать, но и создавать упорядоченность из хаоса, она непременно должна быть открытой и иметь приток вещества, энергии и информации извне. Именно такие системы названы Пригожиным диссипативными.

Диссипативность - это особое динамическое состояние, когда из-за процессов, протекающих с элементами неравновесной системы, на уровне всей системы проявляются качественно новые свойства и процессы.

Благодаря диссипативности в неравновесных системах могут спонтанно возникать новые структуры, происходить переход к порядку из хаоса.

В ходе своего развития диссипативные системы проходят два этапа:

1) период плавного эволюционного развития с хорошо предсказуемыми линейными изменениями, подводящими в итоге систему к некоторому неустойчивому критическому состоянию;

2) скачок, одномоментно переводящий систему в новое устойчивое состояние с более высокой степенью сложности и упорядоченности.

Особое внимание неравновесная термодинамика уделяет фазе скачка, являющейся разрешением возникшей кризисной ситуации и характеризующейся критическими значениями управляющих параметров системы. Пригожий трактует такой переход как приспособление диссипативной системы к изменившимся внешним условиям, чем обеспечивается ее выживание. Это и есть акт самоорганизации.

Очень важно отметить, что переход диссипативной системы из критического состояния в новое устойчивое состояние неоднозначен. Сложные неравновесные системы имеют возможность перейти из неустойчивого положения в одно из нескольких возможных устойчивых состояний. В какое именно из них совершится переход - дело случая. Это связано с тем, что в системе, пребывающей в критическом состоянии, развиваются сильные флуктуации. Под действием одной из них и происходит скачок в конкретное устойчивое состояние. Поскольку флуктуации случайны, то и «выбор» конечного состояния оказывается случайным. Но после совершения перехода назад возврата нет. Скачок носит одноразовый и необратимый характер.

Критическое значение параметров системы, при которых возможен неоднозначный переход в новое состояние, называют точкой бифуркации.

Обнаружение феномена бифуркации, как считает Пригожий, ввело в физику элемент исторического подхода, смогло доказать необратимость времени. При протекании самоорганизации в явном виде обнаруживается «стрела времени» - однонаправленность времени от прошлого к будущему. Классическая термодинамика доказывала необратимость времени, используя второе начало термодинамики. Необратимый процесс возрастания энтропии всегда идет от прошлого к будущему. Тем не менее, в классической механике возможность обращения времени была не исключена. Так, поменяв в уравнениях «плюс» на «минус» перед временем и скоростью, можно получить описание движения данного тела по пройденному пути в обратном направлении. Конечно, весь наш опыт убеждал в невозможности повернуть время вспять, однако теоретически такая возможность оставалась.

Неравновесная термодинамика Пригожина использует для доказательства существования «стрелы времени» скачок - процесс скачка невозможно повернуть назад. После перехода через точку бифуркации система качественно преобразуется. Таким образом, законы неравновесной термодинамики с неизбежностью говорят о необратимости времени. Ведь скачок в точке бифуркации всегда случаен, определяется уникальным сочетанием множества факторов, воссоздать которые вновь (если бы мы захотели повернуть процесс вспять) практически невозможно.

Феномен бифуркации также заставляет по-новому взглянуть на соотношение случайного и закономерного в развитии систем и в природе в целом. Если в фазе эволюции ход процессов закономерен и жестко детерминирован, то скачок всегда происходит случайным образом, и поэтому именно случайность определяет последующий закономерный эволюционный этап вплоть до следующего скачка в новой критической точке.

В том, что точки бифуркации - это не абстракция, имеет возможность убедиться каждый человек. Ведь человек и его жизнь тоже являются сложной открытой неравновесной системой. У каждого из нас периодически возникают ситуации, когда мы стоим перед выбором своего дальнейшего жизненного пути. И очень часто наш выбор определяется случайным стечением обстоятельств. Например, человек собирался уехать учиться в другой город, но заболел и остался дома, поэтому пошел учиться совсем в другое место. Этот случайный выбор определил его последующий жизненный путь - выбор работы, знакомство с друзьями, будущим спутником жизни и т.д.

Системный подход и глобальный эволюционизм являются важнейшими составными частями современной научной картины мира. Она выглядит следующим образом. Мир, в котором мы живем, состоит из разномасштабных открытых систем, развитие которых протекает по единому алгоритму. В основе этого алгоритма заложена присущая материи способность к самоорганизации, проявляющаяся в критических точках системы. Самая крупная из известных человеку систем - это развивающаяся Вселенная. Вся ее история - от Большого взрыва до возникновения человека - предстает как единый процесс материальной эволюции, самоорганизации, саморазвития материи. При этом весь мир представляет собой единое целое, иерархически организованную систему. Это и есть идея глобального эволюционизма.

Тема 4: Основы естествознания

1. Структура естествознания

2. История естествознания.

1. Структура естествознания. Науки представляют собой сложную разветвленную систему знаний. Естествознание - не менее сложная система, все части которой находятся в отношениях иерархической соподчиненности. Это означает, что систему естественных наук можно представить в виде своеобразной лестницы, каждая ступенька которой является фундаментом для следующей за ней науки, и в свою очередь, основывается на данных предшествующей науки.

Основой, фундаментом всех естественных наук, бесспорно, является физика, предметом которой являются тела, их движения, превращения и формы проявления на различных уровнях. Сегодня невозможно заниматься ни одной естественной наукой, не зная физики. Внутри физики выделяется большое число подразделов, различающихся специфическим предметом и методами исследования. Важнейшим среди них является механика - учение о равнове­сии и движении тел (или их частей) в пространстве и времени. Механическое движение представляет собой простейшую и вместе с тем наиболее распространенную форму движения материи. Меха­ника явилась исторически первой физической наукой и долгое время служила образцом для всех естественных наук. Разделами механики являются:

1) статика, изучающая условия равновесия тел;

2) кинематика, занимающаяся движением тел с геометрической точки зрения;

3) динамика, рассматривающая движение тел под действием приложенных сил.

Также в механику входят гидростатика, пневмо- и гидродинамика.

Механика - физика макромира. В Новое время зародилась физика микромира. В ее основе лежит статистическая механика, или молекулярно-кинетическая теория, изучающая движение молекул жидкости и газа. Позже появились атомная физика и физика элементарных частиц. Разделами физики являются термодинамика, изучающая тепловые процессы; физика колебаний (волн), тесно связанная с оптикой, электричеством, акустикой. Названными разделами физика не исчерпывается, в ней постоянно появляются новые физические дисциплины.

Следующей ступенькой является химия, изучающая химические элементы, их свойства, превращения и соединения. То, что в ее основе лежит физика, доказывается очень легко. Для этого достаточно вспомнить школьные уроки по химии, на которых говорилось о строении химических элементов и их электронных оболочках. Это пример использования физического знания в химии. В химии выделяют неорганическую и органическую химию, химию материалов и другие разделы.

В свою очередь, химия лежит в основе биологии - науки о живом, изучающей клетку и все от нее производное. В основе биологических знаний - знания о веществе, химических элементах. Среди биологических наук следует выделить ботанику (предмет - растительное царство), зоологию (предмет - мир животных). Анатомия, физиология и эмбриология изучают строение, функции и развитие организма. Цитология исследует живую клетку, гистология - свойства тканей, палеонтология - ископаемые останки жизни, генетика - проблемы наследственности и изменчивости.

Науки о Земле являются следующим элементом структуры естествознания. В эту группу входят геология, география, экология и др. Все они рассматривают строение и развитие нашей планеты, представляющей собой сложнейшее сочетание физических, химических и биологических явлений и процессов.

Завершает эту грандиозную пирамиду знаний о Природе космология, изучающая Вселенную как целое. Частью этих знаний являются астрономия и космогония, которые исследуют строение и происхождение планет, звезд, галактик и т.д. На этом уровне происходит новое возвращение к физике. Это позволяет говорить о циклическом, замкнутом характере естествознания, что, очевидно, отражает одно из важнейших свойств самой Природы.

Структура естествознания не ограничивается названными выше науками. Дело в том, что в науке идут сложнейшие процессы дифференциации и интеграции научного знания. Дифференциация науки - это выделение внутри какой-либо науки более узких, частных областей исследования, превращение их в самостоятельные науки. Так, внутри физики выделились физика твердого тела, физика плазмы.

Интеграция науки - это появление новых наук на стыках старых, процесс объединения научного знания. Примерами такого рода наук являются: физическая химия, химическая физика, биофизика, биохимия, геохимия, биогеохимия, астробиология и др.

Таким образом, построенная нами пирамида естественных наук значительно усложняется, включая в себя большое количество дополнительных и промежуточных элементов.

Необходимо также отметить, что система естествознания отнюдь не является незыблемой, в ней не только постоянно появляются новые науки, но и меняется их роль, периодически происходит смена лидера в естествознании. Так, с XVII в. до середины XX в. таким лидером, бесспорно, была физика. Но сейчас эта наука почти полностью освоила свою область действительности, и большая часть физиков занимается исследованиями, носящими прикладной характер (то же касается химии). Сегодня бум переживают биологические исследования (особенно в пограничных областях - биофизике, биохимии, молекулярной биологии). По некоторым данным, в середине 1980-х г. в биологических науках было занято до 50% ученых США, 34% - в нашей стране. США, Великобритания без возражений финансируют самые разные биологические исследования. Так что XXI в., очевидно, станет веком биологии.

2. История естествознания. Будучи составной частью науки и культуры, естествознание имеет такую же длительную и сложную историю. Естествознание нельзя понять, не проследив историю его развития в целом. Согласно мнению историков науки, развитие естествознания прошло три стадии и в конце XX в. вступило в четвертую. Этими стадиями являются древнегреческая натурфилософия, средневековое естествознание, классическое естествознание Нового и Новейшего времени и современное естествознание XX в.

Развитие естествознания подчиняется данной периодизации. На первой стадии происходило накопление прикладной информации о природе и способах использования ее сил и тел. Это так называе­мый натурфилософский этап развития науки, характеризующийся непосредственным созерцанием природы как нерасчлененного целого. При этом идет верный охват общей картины природы при пренебрежении частностями, что характерно для греческой натурфилософии.

Позднее к процессу накопления знаний добавляется теоретическое осмысление причин, способов и особенностей изменений в природе, появляются первые концепции рационального объяснения изменений природы. Наступает так называемый аналитический этап в развитии науки, когда идут анализ природы, выделение и изучение отдельных вещей и явлений, поиски отдельных причин и следствий. Такой подход характерен для начального этапа развития любой науки, а в плане исторического развития науки - для позднего Средневековья и Нового времени. В это время методики и теории объединяются в естествознание как целостную науку о природе, происходит череда научных революций, каждый раз кардиналы меняющих практику общественного развития.

Итогом развития науки становится синтетическая стадия, когда ученые воссоздают целостную картину мира на основе уже познанных частностей.3.

Тема 5: Развитие науки естествознание

1. Начало развития науки естествознание.

2. Глобальная научная революция конца XIX - начала XX в.

3. Основные черты современного естествознания как науки.

1. Начало развития науки естествознание. Древнегреческая натурфилософия. Самые первые знания человека о природе сложились в глубокой древности. Уже первобытные люди в борьбе с природой, добывая себе пищу и защищаясь от диких зверей, постепенно накапливали знания о природе, ее явлениях и свойствах окружавших их материальных вещей. Однако знания первобытных людей не являлись научными, поскольку не были ни систематизированы, ни объединены какой-либо теорией. Порожденные материальной деятельностью человека и добыванием средств к существованию, эти знания имели форму практического опыта.

Наука - это сложное многогранное общественное явление, которое вне общества не могло возникнуть и развиваться. Поэтому наука появляется только тогда, когда для этого создаются особые объективные условия, отвечающие введенным нами критериям науки. Этим условиям соответствует древнегреческое знание VI-IV вв. до н.э. В то время древнегреческая культура обрела принципиально новые черты, которыми не обладала культура Древнего Востока, общепризнанного центра рождения человеческой цивилизации.

Появлению таких критериев науки, как системность и рациональность, в конечном счете способствовала единственная в своем роде революция, которая произошла в эпоху архаики, - появление частной собственности. Весь остальной мир, в частности цивилизации Востока, демонстрировали так называемый «азиатский способ производства» и соответствующий ему тип государства - восточную деспотию. В таком обществе властные отношения являются первичными, а отношения собственности - вторичными. Собственностью в таком обществе распоряжается тот, в чьих руках находится власть, - чиновники разных рангов и, конечно, верховный правитель государства. Они создают хорошо отлаженную систему учета и контроля, в которой любой человек занимает отведенное ему место и находится в полной воле правителя и чиновников, общение с которыми невозможно строить на чисто логических и рациональных принципах. Случай или каприз чиновника могут навсегда изменить жизнь человека. Это приводит к фатализму, характерному для восточных цивилизаций, а также к отсутствию приоритета личности, отказу от рационального способа познания мира и другим специфическим чертам этих цивилизаций.

Появление частной собственности и товарного производства в Древней Греции вызвало к жизни свойственные им политические, правовые и иные институты, в частности демократическое самоуправление и право, защищающее интересы граждан. Теперь каждый гражданин лично обсуждал и принимал законы. Таким образом, общественная жизнь освобождалась от власти религиозных и мистических представлений, закон переставал быть слепой силой, продиктованной свыше, а становился демократической нормой, принятой большинством голосов в процессе всенародного обсуждения. Обсуждение этих законов основывалось на риторике, искусстве убеждения и логической аргументации. Так постепенно сформировался аппарат логического, рационального обоснования, ставший универсальным алгоритмом производства знаний, появилась наука как доказательное и систематизированное познание.

Появление отработанных способов получения нового знания было связано с отсутствием у греков касты жрецов, которые на Востоке монополизировали интеллектуально-духовную деятельность. Там знания были доступны только посвященным, они бережно хранились и передавались, так как считались данными богами, но никакие изменения в них не допускались. В Древней Греции в силу специфики природных условий традиционные полисы (небольшие самостоятельные города-государства) были настолько бедны, что не могли себе позволить содержать неработающих людей. Поэтому не только жрецы, но и правители на ранних этапах развития полисов должны были трудиться[1]. А многие должности были выборными. Поэтому ни о каких тайных знаниях не было и речи, они были доступны для любого гражданина и свободного человека.

Формирование теоретичности знания, отрыв его от повседневных практических интересов связаны с такой особенностью греческой цивилизации, как классическое рабство. Оно было экономической основой античной цивилизации. Так, в период расцвета Афин в V-IV вв. до н.э. там было до 400 тыс. рабов, работавших на полях, в мастерских, а также выполнявших почти все домашние работы. Постепенно развитие рабовладения обусловило формирование пренебрежительного отношения свободных греков к физическому труду, а затем и ко всей орудийно-практической деятельности. Занятиями, достойными свободного человека, считались политика, война, искусство, философия. Это и сформировало идеологию созерцательности, абстрактно-умозрительного отношения к действительности. Занятия свободного человека (в их числе была и наука) размежевывались с ремеслом - занятием рабов.

Это был очень важный шаг для становления науки, так как именно отказ от материально-практического отношения в действительности породил идеализацию - непременное условие науки, (обобщение принципов орудийно-трудовой деятельности порождаем лишь абстрагирование, на что способны и высшие животные). Умение мыслить в понятиях, образовывать их, двигаться в плоскости «чистой» мысли - великое завоевание древнегреческой философии, важнейшее основание и предпосылка всякой науки. Без четкого разграничения сферы «теоретического» и сферы «практического приложения» теории это было бы невозможно. Поэтому достижения античной науки и философии - планиметрия Гиппарха, геометрия Евклида, апории элеатов, диогеновский поиск сущности человека - все это не имеет каких-то очевидных связей с материальным производством.  Практика, обусловливая абстрагирование, препятствует возникновению идеализации как его логического продолжения. Никакому практику никогда не придет в голову заниматься вопросами сущности мира, познания, истины, человека, прекрасного. Все эти сугубо «непрактические» вопросы весьма далеки как от сферы массового производства, так и от сознания производителей. Но без них подлинной науки возникнуть не может, именно об этом говорит пример Древнего Востока.

Но решительный отказ от практической деятельности имел и обратную сторону: в частности, неприятие эксперимента как метода познания закрывало дорогу становлению экспериментального естествознания, возникшего лишь в Новое время.

Античная наука появилась в форме научных программ (парадигм). В них была определена цель научного познания - изучение процесса превращения первоначального Хаоса в Космос - разумно организованный и устроенный мир через поиски космического (порядкообразующего) начала. Не случайно первые крупные представители натурфилософии - Фалес, Анаксимандр, Гераклит, Диоген в своих утверждениях руководствовались идеей о единстве сущего, происхождении вещей из какого-либо природного первоначала (воды, воздуха, огня), а также о всеобщей одушевленности материи.

Также научные программы использовали идею единства микро- и макрокосмоса, подобия мира и человека для обоснования возможности познания мира. Утверждая, что подобное познается подобным, древние греки считали, что единственным инструментом познания может быть человеческий разум, отвергая эксперимент как метод познания мира. Так была четко сформулирована рационалистическая позиция, позже ставшая господствующей в европейской культуре.

Древнегреческие философы, не прибегая к систематическому исследованию и эксперименту, на основе преимущественно собственных наблюдений пытались единым взглядом охватить и объяснить всю окружающую действительность. Возникавшие в это время естественно-научные идеи носили предельно широкий философский характер и существовали как натурфилософия (философия природы), которая отличалась непосредственным созерцанием окружающего мира как единого целого и умозрительными выводами из этого созерцания.

Первой научной программой античности стала математическая программа, представленная Пифагором и позднее развитая Платоном. В ее основе, как и в основе других античных программ, лежало представление, что мир (Космос) - это упорядоченное выражение целого ряда первоначальных сущностей. Пифагор эти сущности нашел в числах и представил их в качестве первоосновы мира. Таким образом, в математической программе в основе мира лежат количественные отношения действительности. Этот подход позволил увидеть за миром разнообразных качественно различных предметов их количественное единство. Самым ярким воплощением математической программы стала геометрия Евклида, знаменитая книга которого «Начала» появилась около 300 г. до н.э. Кроме того, пифагорейцами впервые была выдвинута идея о шарообразной форме Земли.

Дальнейшее развитие естествознание получило в античной атомистике Демокрита - учении о дискретном строении материи, согласно которому весь мир состоит из пустоты и различающихся между собой атомов, находящихся в вечном движении и взаимодействии. Эти идеи составили вторую научную программу античности - атомистическую программу Левкиппа - Демокрита. В рамках атомистической программы было сделано несколько очень важных предположений. Среди них - идея пустоты, лежащая в основе концепции бесконечного пространства. Именно так рождается представление Демокрита, хотя и не поддержанное другими мыслителями, что мир в целом - это беспредельная пустота со множеством самостоятельных замкнутых миров-сфер. Эти миры образовались в результате вихревого кругообразного столкновения атомов. В этих вихрях крупные и тяжелые атомы скапливались в центре, а маленькие и легкие вытеснялись на окраины. Из первых возникла земля, из вторых - небо. В каждом замкнутом мире в центре находится земля, на окраине - звезды. Число миров бесконечно, многие из них могут быть населены. Эти миры возникают и гибнут. Когда одни находятся в расцвете, другие только рождаются или уже гибнут.

Современник Демокрита Эмпедокл, первым высказавший идею о несотворимости и неуничтожимости материи, объяснил причину затмений Солнца, догадался, что свет распространяется с большой скоростью, которую мы не в состоянии замечать. Он попытался объяснить происхождение животных. По его мнению, сначала появились отдельные органы животных, которые в процессе случайных сочетаний стали порождать разнообразные живые существа. Несоответствующие друг другу объединения органов неизбежно погибали, а выживали только те, в которых объединившиеся органы случайно оказались взаимно подходящими.

Свое высшее развитие древнегреческая натурфилософия получила в учении Аристотеля, объединившего и систематизировавшего все современные ему знания об окружающем мире. Оно стало основой третьей, континуальной программы античной науки. Основными трактатами, составляющими учение Аристотеля о природе, являются «Физика», «О небе», «Метеорологика», «О происхождении животных» и др. В этих трактатах были поставлены и рассмотрены важнейшие научные проблемы, которые позднее стали основой для возникновения отдельных наук. Особое внимание Аристотель уделил вопросу движения физических тел, положив тем самым начало изучению механического движения и формированию понятий механики (скорость, сила и т.д.). Правда, представления Аристотеля о движении кардинально отличаются от современных. Он считал, что существуют совершенные круговые движения небесных тел и несовершенные движения земных предметов. Если небесные движения вечны и неизменны, не имеют начала и конца, то земные движения их имеют и делятся на естественные и насильственные. Аристотель считал, что у каждого тела есть предназначенное ему в соответствии с его природой место, которое это тело и стремится занять. Движение тел к своему месту - это естественное движение, оно происходит само собой, без приложения силы. Примером может служить падение тяжелого тела вниз, стремление огня вверх. Все прочие движения на Земле требуют приложения силы, направлены против природы тел и являются насильственными. Аристотель доказывал вечность движения, но не признавал возможности самодвижения материи. Все движущееся приводится в движение другими телами. Первоисточником движения в мире является перводвигатель - Бог. Как и модель Космоса, эти представления благодаря непререкаемому авторитету Аристотеля настолько укоренились в умах европейских мыслителей, что были опровергнуты только в Новое время после открытия Г. Галилеем идеи инерции.

Представление о физическом взаимодействии Аристотеля тесно связано с его концепцией движения. Поэтому взаимодействие понимается им как действие движущего на движимое, т.е. одностороннее воздействие одного тела на другое. Это прямо противоречит хорошо известному сегодня третьему закону Ньютона, утверждающему, что действие всегда равно противодействию.

Учение Аристотеля о пространстве и времени исходит из понятия непрерывности. Поэтому пространство для него - это протяженность тел, а время - их длительность. Пространство и время Аристотеля существуют только вместе с материей, поэтому его концепция пространства и времени может быть названа относительной. Он отрицает существование пустоты, весь Космос заполнен материей, он не однороден, так как в нем есть центр и периферия, верх и низ. Именно по отношению к ним мы разделяем движения на естественные и насильственные.

Концепция причинно-следственных связей Аристотеля строится на понятиях целесообразности и конечной причины. Для него ход любого процесса определяется его результатом. Мыслитель воспринимает природу как единый живой организм, все части которого взаимосвязаны, и одно происходит ради другого. Так, дождь идет не потому, что сложились соответствующие метеорологические условия, а для того, что мог расти хлеб. Такой подход называется те-леологизмом. Он не отрицает существование случайностей, но они носят второстепенный характер, происходят по недосмотру природы. Космология Аристотеля носила геоцентрический характер, поскольку основывалась на идее, что в центре мира находится наша планета Земля, имеющая сферическую форму и окруженная водой, воздухом и огнем, за которыми находятся сферы больших небесных светил, вращающихся вокруг Земли вместе с другими маленькими светилами.

Бесспорным достижением Аристотеля стало создание формальной логики, изложенной в его трактате «Органон» и поставившей науку на прочный фундамент логически обоснованного мышления с использованием понятийно-категориального аппарата. Ему же принадлежит утверждение порядка научного исследования, которое включает изучение истории вопроса, постановку проблемы, внесение аргументов «за» и «против», а также обоснование решения. После его работ научное знание окончательно отделилось от метафизики (философии), также произошла дифференциация самого научного знания. В нем выделились математика, физика, география, основы биологии и медицинской науки.

Завершая рассказ об античной науке, нельзя не сказать о работах других выдающихся ученых этого времени. Активно развивалась астрономия, которой нужно было привести в соответствие наблюдаемое движение планет (они движутся по очень сложным траекториям, совершая колебательные, петлеобразные движения) с предполагаемым их движением по круговым орбитам, как этого требовала геоцентрическая модель мира. Решением этой проблемы стала система эпициклов и деферентов александрийского астронома Клавдия Птолемея (I-II вв. н.э.). Чтобы спасти геоцентрическую модель мира, он предположил, что вокруг неподвижной Земли находится окружность с центром, смещенным относительно центра Земли. По этой окружности, которая называется деферентом, движется центр меньшей окружности, которая называется эпициклом.

Нельзя не сказать еще об одном античном ученом, заложившем основы математической физики. Это - Архимед, живший в III в. до н.э. Его труды по физике и механике были исключением из общих правил античной науки, так как он использовал свои знания для построения различных машин и механизмов. Тем не менее, главным для него, как и для других античных ученых, была сама наука. И механика для него становится важным средством решения математических задач. Хотя для Архимеда техника была лишь игрой научного ума, результатом выхода науки за свои рамки (то же отношение к технике и машинам как к игрушкам было характерно для всей эллинистической науки), его работы сыграли основополагающую роль в возникновении таких разделов физики, как статика и гидростатика. В статике Архимед ввел в науку понятие центра тяжести тел, сформулировал закон рычага. В гидростатике он открыл закон, носящий его имя: на тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости, вытесненной телом.

Как видно из приведенного и далеко не полного перечня идей и направлений натурфилософии, на этой стадии были заложены основы многих современных теорий и отраслей естествознания. В то , же время не менее важным представляется формирование в этот период стиля научного мышления, включающего стремление к нововведениям, критику, стремление к упорядоченности и скептическое отношение к общепринятым истинам, поиск универсалий, дающих рациональное понимание окружающего мира.

Развитие науки в Средние века. Развитие естественно-научного познания в Средние века было непосредственно сопряжено с утверждением двух мировых религий: христианства и ислама, которые претендовали на абсолютное знание природы. Эти религии объясняли происхождение природы в форме креационизма, т.е. учения о сотворении природа Богом. Все другие попытки объяснить мир и природу из самих себя, без допущения сверхъестественных божественных сил, осуждались и беспощадно пресекались. Многие достижения античной науки были забыты.

В отличие от античности, средневековая наука не предложила новых фундаментальных программ, но она в то же время не ограничивалась только пассивным усвоением достижений античной науки. Ее вклад в развитие научного знания состоял в том, что был предложен целый ряд новых интерпретаций и уточнений понятий и методов исследования, которые разрушали античные научные программы, подготавливая почву для механики Нового времени.

С точки зрения христианского мировоззрения человек считался созданным по образу и подобию Божьему, чтобы он был господином земного мира. Так в сознание человека проникает очень важная идея, которая никогда не возникала и не могла возникнуть в античности: раз человек является господином этого мира, значит, он имеет право переделывать этот мир так, как это нужно ему. Новый, деятельный подход к природе был также связан с изменением отношения к труду, который становится обязанностью каждого христианина. Так постепенно физический труд стал пользоваться в средневековом обществе все большим уважением. Тогда же возникло желание облегчить этот труд, что вызвало новое отношение к технике. Теперь изобретение машин и механизмов переставало быть пустой забавой, как в античности, а становилось делом полезным и уважаемым. Все это не могло не подкрепить нового, деятельностно-практического отношения к миру.

Таким образом, именно христианское мировоззрение посеяло зерна нового отношения к природе, которое позволило уйти от созерцательного отношения, присущего античности, и прийти к экспериментальной науке Нового времени, поставившей целью практическое преобразование мира для блага человека.

Христианское вероучение, соединенное с выхолощенной философией Аристотеля, явилось в Средние века господствующим философским направлением и получило название схоластики. Для этого направления мысли было характерно упрощение натурфилософии Аристотеля и приспособление ее к догмам христианства в качестве официальной религиозной доктрины. Схоластика была оторвана от реальной действительности, занятие естествознанием рассматривалось как пустое дело. Тем не менее, схоластика сыграла очень важную роль в развитии способностей к познанию мира европейским человеком. Она должна была служить задачам теологии и изучать вопросы бессмертия души, конечности и бесконечности мира, существования добра, зла и истины в мире. При решении этих проблем, не данных человеку в области чувственной реальности и могущих изучаться только с помощью разума, и были получены важнейшие результаты. Это, прежде всего, развитие логико-дискурсивного мышления и искусства логической аргументации. Результатом стал высочайший уровень умственной дисциплины в эпоху позднего Средневековья. Без этого был бы невозможен дальнейший прогресс интеллектуальных средств научного познания.

В недрах средневековой культуры успешно развивались такие специфические области знания, как астрология, алхимия, натуральная магия. Часто их называли герметическими (тайными) науками. Они представляли собой промежуточное звено между техническим ремеслом и натурфилософией, содержали в себе зародыш будущей экспериментальной науки в силу своей практической направленности. Например, на протяжении тысячелетия алхимики пытались с помощью химических реакций получить философский камень, способствующий превращению любого вещества в золото, приготовить эликсир долголетия. Побочными продуктами этих поисков и исследований стали технологии получения красок, стекла, лекарств, разнообразных химических веществ и т.д. Таким образом, алхимические исследования, несостоятельные теоретически, подготовили возможность появления современной науки.

Очень важными для становления классической науки Нового времени были новые представления о мире, опровергавшие некоторые положения античной научной картины мира. Они легли в основу механистического объяснения мира. Без таких представлений просто не смогло бы появиться классическое естествознание.

Так, появились понятия пустоты, бесконечного пространства и движения по прямой линии. Также появляются понятия «средняя скорость», «равноускоренное движение», вызревает понятие ускорения. Конечно, эти понятия еще нельзя считать четко сформулированными и осознанными. Но без них, однако, не смогла бы появиться физика Нового времени.

Также закладывается новое понимание механики, которая в античности была прикладной наукой. Античность и раннее Средневековье рассматривали  все созданные человеком инструменты как искусственные, чуждые природе. В силу этого они не имели никакого отношения к познанию мира, так как действовал принцип: «подобное познается подобным». Именно поэтому только человеческий разум в силу принципа подобия человека космосу (единства микро- и макрокосмоса) мог познавать мир. Теперь же инструменты стали считаться частью природы, лишь обработанной человеком, и в силу своего тождества с ней их можно было использовать для познания мира. Таким образом, открывалась возможность использования экспериментального метода познания.

Еще одной новацией стал отказ от античной идеи о модели совершенства - круге. Эта модель была заменена моделью бесконечной линии, что способствовало формированию представлений о бесконечности Вселенной, а также лежало в основе исчисления бесконечно малых величин, без которого невозможно дифференииальное и интегральное исчисление. На нем строится вся математика Нового времени, а значит, и вся классическая наука.

Развитие науки в эпоху Возрождения. Развитие науки в эпоху Возрождения неразрывно связано с именем Леонардо да Винчи, который развил свой метод познания природы. Он был убежден, что познание идет от частных опытов и конкретных результатов к научному обобщению. По его мнению, опыт является не только источником, но и критерием познания. Будучи приверженцем экспериментального метода исследования, он изучал падение тел, траекторию полета снарядов, коэффициенты трения, сопротивления материалов и т.д. В ходе своих исследований да Винчи заложил фундамент экспериментального естествознания. Например, занимаясь практической анатомией, он оставил зарисовки внутренних органов человека, снабженные описанием их функций. В итоге многолетних наблюдений он раскрыл явление гелиотропизма (изменения направления роста органов растения в зависимости от источника света) и объяснил причины появления жилок на листьях. Леонардо да Винчи считается первым исследователем, который обозначил проблему связи между живыми существами и окружающей их природной средой.

Глобальная научная революция XVI-XVII вв. В XVI-XVII вв. натурфилософское и схоластическое познание природы превратилось в современное естествознание, систематическое научное познание на базе экспериментов и математического изложения. В этот период в Европе сформировалось новое мировоззрение и начался новый этап в развитии науки, связанный с первой глобальной естественно-научной революцией. Ее отправной точкой стал выход в 1543 г. знаменитой книги Николая Коперника «О вращении небесных сфер». С этого момента начался переход от геоцентрической к гелиоцентрической модели Вселенной.

В схеме Коперника Вселенная по-прежнему оставалась сферой, хотя размеры ее резко возрастали (только так можно было объяснить видимую неподвижность звезд). В центре Космоса находилось Солнце, вокруг которого вращались все известные к тому времени планеты, в том числе Земля со своим спутником Луной. Новая модель мира сразу объяснила многие непонятные ранее эффекты, прежде всего, петлеобразные движения планет, которые согласно новым представлениям были обусловлены движением Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Впервые нашла свое объяснение смена времен года.

Следующий шаг в становлении гелиоцентрической картины мира был сделан Джордано Бруно, который отверг представление о космосе как о замкнутой сфере, ограниченной сферой неподвижных звезд. Бруно впервые заявил о том, что звезды - это не светильники, созданные Богом для освещения ночного неба, а такие же солнца, как и наше, и вокруг них могут вращаться планеты, на которых, возможно, живут люди. Таким образом, Бруно предложил набросок новой полицентрической картины мироздания, окончательно утвердившейся век спустя: Вселенная вечна во времени, бесконечна в пространстве, вокруг бесконечного числа звезд вращается множество планет, населенных разумными существами.

Однако несмотря на всю грандиозность этой картины, она продолжала оставаться эскизом, наброском, нуждавшимся в фундаментальном обосновании. Нужно было открыть законы, действующие в i мире и доказывающие правильность предположений Коперника и Бруно. Доказательство их идей стало одной из важнейших задач первой глобальной научной революции, которая началась с открытий Галилео Галилея. Его труды в области методологии научного познания предопределили облик классической, а во многом и современной науки. Он придал естествознанию экспериментальный и математический характер, сформулировал гилотетико-дедуктивную модель научного познания. Но особое значение для развития естествознания имеют работы Галилея в области астрономии и физики.

Дело в том, что со времен Аристотеля ученые считали, что между земными и небесными явлениями и телами существует принципиальная разница, так как небеса - место нахождения идеальных тел, состоящих из эфира. В силу этого считалось невозможным изучать небесные тела, находясь на Земле. Это задерживало развитие науки. После того, как в 1608 г. была изобретена зрительная труба, Галилей усовершенствовал ее и превратил в телескоп с 30-кратным увеличением. С его помощью он совершил целый ряд выдающихся астрономических открытий. Среди них - горы на Луне, пятна на Солнце, фазы Венеры, четыре крупнейших спутника Юпитера. Он же первый увидел, что Млечный Путь представляет собой скопление огромного множества звезд. Все эти факты доказывали, что небесные тела - это не эфирные создания, а вполне материальные предметы и явления. Ведь не может быть на идеальном теле гор, как на Луне, или пятен, как на Солнце.

С помощью своих открытий в механике Галилей разрушил догматические построения господствовавшей почти в течение двух тысяч лет аристотелевской физики. Он впервые проверил многие утверждения Аристотеля опытным путем, заложив тем самым основы нового раздела физики - динамики, науки о движении тел под действием приложенных сил. Именно Галилей сформулировал понятия физического закона, скорости, ускорения. Но величайшими открытиями ученого стали идея инерции и классический принцип относительности.

Галилей считал, что движущееся тело стремится пребывать в постоянном равномерном прямолинейном движении или в покое, если только какая-нибудь внешняя сила не остановит его или не отклонит от направления его движения. Таким образом, движение по инерции - это движение при отсутствии на него действия других тел.

Согласно классическому принципу относительности, никакими механическими опытами, проведенными внутри системы, невозможно установить, покоится система или движется равномерно и прямолинейно. Также классический принцип относительности утверждает, что между покоем и равномерным прямолинейным движением нет никакой разницы, они описываются одними и теми же законами. Равноправие движения и покоя, т.е. инерциальных систем (покоящихся или движущихся друг относительно друга равномерно и прямолинейно), Галилей доказывал рассуждениями и многочисленными примерами. Например, путешественник в каюте корабля с полным основанием считает, что книга, лежащая на его столе, покоится. Но человек на берегу видит, что корабль плывет, и он имеет все основания утверждать, что книга движется и притом с той же скоростью, что и корабль. Так движется на самом деле книга или покоится? На этот вопрос, очевидно, нельзя ответить просто «да» или «нет». Спор между путешественником и человеком на берегу был бы пустой тратой времени, если бы каждый из них отстаивал только свою точку зрения и отрицал точку зрения партнера. Они оба правы, и чтобы согласовать позиции, им нужно только признать, что в одно и то же время книга покоится относительно корабля и движется относительно берега вместе с кораблем.

Таким образом, слово «относительность» в названии принципа Галилея не скрывает в себе ничего особенного. Оно не имеет никакого иного смысла, кроме того, который мы вкладываем в утверждение о том, что движение или покой - всегда движение или покой относительно чего-то, что служит нам системой отсчета.

В ходе дальнейшего развития естествознания Иоганн Кеплер установил истинные орбиты движения планет. В своих трех законах он показал, что планеты движутся по эллиптическим орбитам, причем их движение происходит неравномерно.

Огромную роль в развитии науки сыграли исследования Рене Декарта по физике, космологии, биологии, математике. Учение Декарта представляет собой единую естествен но-научную и философскую систему, основывающуюся на постулатах о существовании непрерывной материи, заполняющей все пространство, и ее механическом движении. Ученый поставил задачу, исходя из установленных им принципов устройства мира и представлений о материи, пользуясь лишь «вечными истинами» математики, объяснить все известные и неизвестные явления природы. Решая эту задачу, он возродил идеи античного атомизма и построил грандиозную картину Вселенной, охватив в ней все элементы природного мира: от небесных светил до физиологии животных и человека. При этом свою модель природы Декарт строил только на основе механики, которая в то время достигла наибольших успехов. Представление о природе как о сложном механизме, которое Декарт развил в своем учении, сформировалось позднее в самостоятельное направление развития физики, получившее название картезианства. Декартовское (картезианское) естествознание закладывало основы механического понимания природы, процессы которой рассматривались как движения тел по геометрически описываемым траекториям. Однако картезианское учение не было исчерпывающим. В частности, движение планет должно было подчиняться закону инерции, т.е. быть прямолинейным и равномерным. Но поскольку орбиты планет остаются сплошными замкнутыми кривыми и подобного движения не происходит, то становится очевидным, что какая-то сила отклоняет движение планет от прямолинейной траектории и заставляет их постоянно «падать» по направлению к Солнцу. Отныне важнейшей проблемой новой космологии становилось выяснение природы и характера этой силы.

Природа этой силы была открыта Исааком Ньютоном, работы которого завершили первую глобальную естественно-научную революцию. Он доказал существование тяготения как универсальной силы и сформулировал закон всемирного тяготения.

Ньютоновская физика стала вершиной развития взглядов в понимании мира природы в классической науке. Ньютон обосновал физико-математическое понимание природы, ставшее основой для всего последующего развития естествознания и формирования классического естествознания. В ходе своих исследований Ньютон создал методы дифференциального и интегрального исчисления для решения проблем механики. Благодаря этому ему удалось сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения. Механика Ньютона основана на понятиях количества материи (массы тела), количества движения, силы и трех законов движения: закона инерции, закона пропорциональности силы и ускорения и закона равенства действия и противодействия.

В своей механике Ньютон отказался от построения всеобъемлющей картины Вселенной и создал собственный метод физического исследования, который опирается на опыт, ограничивающийся фактами, и не претендует на познание всех конечных причин. Согласно ньютоновской концепции, физическая реальность характеризуется понятиями пространства, времени, материальной точки и силы (взаимодействия материальных точек). Любое физическое действие представляет собой движение материальных точек в пространстве, управляемое неизменными законами механики.

Хотя Ньютон громко провозгласил: «Гипотез не измышляю!», тем не менее некоторое количество гипотез было им предложено и они сыграли очень важную роль в развитии естествознания. Эти гипотезы были связаны с дальнейшей разработкой идеи всемирного тяготения, которое оставалось достаточно загадочным и непонятным. В частности, необходимо было ответить на вопросы: «Каков механизм действия этой силы?», «С какой скоростью она распространяется?», «Есть ли у нее материальный носитель?».

Пытаясь решить эту проблему, Ньютон предложил подтверждавшийся, как тогда казалось, бесчисленным количеством фактов принцип дальнодействия - мгновенное действие тел друг на друга на любом расстоянии без каких-либо посредствующих звеньев, через пустоту. Принцип дальнодействия невозможен без привлечения понятий абсолютного пространства и абсолютного времени, также предложенных Ньютоном.

Абсолютное пространство понималось как вместилище мировой материи. Его можно сравнить с большим черным ящиком, в который можно поместить материальное тело, но можно и убрать, тогда материи не будет, а пространство останется. Также должно существовать и абсолютное время как универсальная длительность, постоянная космическая шкала для измерения всех бесчисленных конкретных движений, оно может течь самостоятельно без участия материальных тел. Именно в таком абсолютном пространстве и времени мгновенно распространялась сила тяготения. Воспринимать абсолютное пространство и время в чувственном опыте невозможно. Пространство, время и материя в этой концепции - это три независимых друг от друга сущности.

Концепция дальнодействия господствовала в науке до середины XIX в., концепция абсолютного пространства и времени - до начала XX в.

Работы Ньютона завершили первую глобальную научную революцию, сформировав классическую полицентрическую научную картину мира и заложив фундамент классической науки Нового времени.

Классическое естествознание Нового времени. Закономерно, что на основе отмеченных достижений дальнейшее развитие естествознания приобретало все больший масштаб и глубину. Идут процессы дифференциации научного знания, сопряженные с существенным прогрессом уже сформировавшихся и появлением новых самостоятельных наук. Тем не менее, естествознание этого времени развивалось в рамках классической науки, имеющей свои специфические черты, которые наложили неизгладимый отпечаток на работу ученых и ее результаты.

Важнейшей характеристикой классической науки является механистичность - представление мира в качестве машины, гигантского механизма, четко функционирующего на основе вечных и неизменных законов механики. Не случайно наиболее распространенной моделью Вселенной был огромный часовой механизм. Поэтому механика была эталоном любой науки, и любую науку пытались построить по ее образцу. Также она рассматривалась и как универсальный метод изучения окружающих явлений. Это выражалось в стремлении свести любые процессы в мире (не только физические и химические, но и биологические и социальные процессы) к простым механическим перемещениям. Такое сведение высшего к низшему, объяснение сложного через более простое называется редукционизмом.

Следствиями механистичности стало преобладание количественных методов анализа природы, стремление разложить изучаемый процесс или явление до его мельчайших составляющих, доходя до конечного предела делимости материи. Из картины мира полностью исключалась случайность, ученые стремились к полному завершенному знанию о мире - абсолютной истине.

Еще одной чертой классической науки была метафизичность - рассмотрение природы как из века в век неизменного, всегда тождественного самому себе неразвивающегося целого. Каждый предмет или явление рассматривался отдельно от других, игнорировались его связи с другими объектами, а изменения, которые происходили с этими предметами и явлениями, были лишь количественными. Так возникла сильная антиэволюционистская установка классической науки.

Механистичность и метафизичность классической науки отчетливо проявились не только в физике, но и в химии и биологии. Это привело к отказу от признания качественной специфики Жизни и живого. Они стали такими же элементами в мире-механизме, как предметы и явления неживой природы.

Эти черты классической науки наиболее отчетливо проявились в естествознании XVIII в., когда было создано множество теорий, почти забытых современной наукой. Отчетливо проявлялась редукционистская тенденция, стремление свести все разделы физики, химии и биологии к методам и подходам механики. Стремясь дойти до конечного предела делимости материи, ученые XVIII в. создают «учения о невесомых» электрической и магнитной жидкостях, теплороде, флогистоне как особых веществах, обеспечивающих у тел электрические, магнитные и тепловые свойства, а также способность к горению, соответственно. Среди наиболее значимых достижений естествознания XVIII в. следует отметить развитие атомно-молекулярных представлений о строении вещества и формирование основ экспериментальной науки об электричестве.

С середины XVIII в. естествознание стало все более проникаться идеями эволюционного развития природы. Значительную роль в этом сыграли труды М.В. Ломоносова, И. Канта, П.С. Лапласа, в которых развивалась гипотеза естественного происхождения Солнечной системы. Влияние идей всеобщей связи и развития, разрушающих метафизичность классической науки, стало еще заметнее в XIX в. Классическая наука, оставаясь в целом метафизической и механистической, готовила постепенное крушение механической картины мира.

Если в XVII и XVIII вв. развитие естествознания сосуществовало с религией, и Бог присутствовал в картинах мира в качестве начального Творца, то развитие естествознания в XIX и XX вв. сопровождалось окончательным разрывом науки с религией, развитием технических наук, обеспечившим быстрый прогресс западных цивилизаций.

Революционными открытиями естествознания стали принципы неевклидовой геометрии К.Ф. Гаусса, концепция энтропии и второй закон термодинамики Э. Клаузиуса, периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева, теория естественного отбора Ч. Дарвина и А.Р. Уоллеса, теория генетической наследственности Г.И. Менделя, электромагнитная теория Дж. Максвелла.

Эти и многие другие не названные нами открытия XIX в. подняли естествознание на качественно новую ступень, превратили его в дисциплинарно организованную науку. Из науки, собиравшей факты и изучавшей законченные, завершенные, отдельные предметы, естествознание в XIX в. превратилось в систематизированную науку о предметах и процессах, их происхождении и развитии. Это произошло в ходе комплексной научной революции середины XIX в. Но все эти открытия оставались в рамках методологических установок классической науки. Не ушла в прошлое, а была лишь скорректирована идея мира-машины, остались неизменными все положения о познаваемости мира и возможности получения абсолютной истины, стремление к редукционизму. Механистические и метафизические черты классической науки были лишь поколеблены, но не отброшены. В силу этого наука XIX в. несла в себе зерна будущего кризиса, разрешить который должна была вторая глобальная научная революция конца XIX - начала XX в.

2. Глобальная научная революция конца XIX - начала XX в. Глобальная научная революция начинается с целого ряда замечательных открытий, разрушивших всю классическую научную картину мира. В 1888 г. Г. Герц открыл электромагнитные волны, блестяще подтвердив предсказание Дж. Максвелла. В 1895 г. В. Рентген обнаружил лучи, получившие позднее название рентгеновских, которые представляли собой коротковолновое электромагнитное излучение. Изучение природы этих загадочных лучей, способных проникать через светонепроницаемые тела, привело Дж.Дж. Томсона к открытию первой элементарной частицы - электрона.

Важнейшим открытием 1896 г. стало обнаружение радиоактивности А. Беккерелем. Изучение этого феномена началось с исследования загадочного почернения фотопластинки, лежавшей рядом с кристаллами соли урана. Э. Резерфорд в своих опытах показал неоднородность радиоактивного излучения, состоявшего из ά, β, и γ лучей. Позже, в 1911 г. он смог построить планетарную модель атома.

К великим открытиям конца XIX в. также следует отнести работы А.Г. Столетова по изучению фотоэффекта, П.Н. Лебедева о давлении света. В 1901 г. М. Планк, пытаясь решить проблемы классической теории излучения нагретых тел, предположил, что энергия излучается малыми порциями - квантами, причем энергия каждого кванта пропорциональна частоте испускаемого излучения. Связывающий эти величины коэффициент пропорциональности ныне называется постоянной Планка (h). Она является одной из немногих универсальных физических констант нашего мира и входит во все уравнения физики микромира. Также было обнаружено, что масса электрона зависит от его скорости.

Все эти открытия буквально за несколько лет разрушили то стройное здание классической науки, которое еще в начале 80-х гг.

XIX в. казалось практически законченным. Все прежние представления о материи и ее строении, движении и его свойствах и типах, о форме физических законов, пространстве и времени были опровергнуты. Это привело к кризису физики и всего естествознания, а кроме того, стало симптомом более глубокого кризиса и всей классической науки.

Кризис физики стал первым этапом второй глобальной научной революции в науке и переживался большинством ученых очень тяжело. Ученым казалось, что неверным было все то, чему они учились.

В лучшую сторону ситуация начала меняться только в 20-е гг.

XX в., с наступлением второго этапа научной революции. Он связан с созданием квантовой механики и сочетанием ее с теорией относительности, созданной в 1906-1916 гг. Тогда начала складываться новая квантово-релятивистская картина мира, в которой открытия, приведшие к кризису в физике, были объяснены.

Началом третьего этапа научной революции было овладение атомной энергией в 40-е гг. XX в. и последующие исследования, с которыми связано зарождение электронно-вычислительных машин и кибернетики. Также в этот период физика передает эстафету химии, биологии и циклу наук о Земле, начинающих создавать свои собственные научные картины мира. Следует также отметить, что с середины XX в. наука окончательно слилась с техникой, что, в свою очередь, привело к современной научно-технической революции.

Главным концептуальным изменением естествознания XX в. был отказ от ньютоновской модели получения научного знания через эксперимент к объяснению. А. Эйнштейн предложил иную модель, в которой гипотеза и отказ от здравого смысла как способа проверки высказывания, становились первичными в объяснении явлений природы, а эксперимент - вторичным.

Развитие эйнштейновского подхода приводит к отрицанию ньютоновской космологии и формирует новую картину мира, в которой логика и здравый смысл перестают действовать. Оказывается, что твердые атомы Ньютона почти целиком заполнены пустотой. Материя и энергия переходят друг в друга. Трехмерное пространство и одномерное время превратились в четырехмерный пространственно-временной континуум. Согласно этой картине мира планеты движутся по своим орбитам не потому, что их притягивает к Солнцу некая сила, а потому, что само пространство, в котором они движутся, искривлено. Субатомные явления одновременно проявляют себя и как частицы, и как волны. Нельзя одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее ускорение. Принцип неопределенности в корне подорвал ньютоновский детерминизм. Нарушились понятия причинности, субстанции, твердые дискретные тела уступили место формальным отношениям и динамическим процессам.

Таковы основные положения современной квантово-релятивистской научной картины мира, которая становится главным итогом второй глобальной научной революции. С ней связано создание современной (неклассической) науки, которая по всем своим параметрам отличается от науки классической.

3. Основные черты современного естествознания как науки. Механистичность и метафизичность классической науки сменились новыми диалектическими установками всеобщей связи и развития. Механика больше не является ведущей наукой и универсальным методом изучения окружающих явлений. Классическая модель мира - часового механизма сменилась моделью мира-мысли, для изучения которого лучше всего подходят системный подход и метод глобального эволюционизма. Метафизические основания классической науки, рассматривавшие каждый предмет в изоляции, вне его связей с другими предметами, как нечто особенное и завершенное, также ушли в прошлое.

Теперь мир признается совокупностью разноуровневых систем, находящихся в состоянии иерархической соподчиненности. При этом на каждом уровне организации материи действуют свои закономерности. Аналитическая деятельность, являвшаяся основной в классической науке, уступает место синтетическим тенденциям, системно-целостному рассмотрению предметов и явлений объективного мира. Уверенность в существовании конечного предела делимости материи, стремление найти конечную материальную первооснову мира сменились убеждением в принципиальной невозможности этого и представлениями о неисчерпаемости материи вглубь. Считается невозможным получение абсолютной истины. Истина считается относительной, существующей во множестве теорий, каждая из которых изучает свой срез реальности.

Если классическая наука не видела качественной специфики Жизни и Разума во Вселенной, то современная наука доказывает их неслучайность появления в мире. Это на новом уровне возвращает нас к проблеме цели и смысла Вселенной, говорит о запланированном появлении разума, который полностью проявит себя в будущем. Названные нами черты современной науки нашли свое воплощение в новых теориях и концепциях, появившихся во всех областях естествознания. Среди важнейших открытий XX в. - теория относительности, квантовая механика, ядерная физика, теория физического взаимодействия; новая космология, основанная на теории Большого взрыва; эволюционная химия, стремящаяся к овладению опытом живой природы; генетика, расшифровка генетического кода и др. Но подлинным триумфом неклассической науки, бесспорно, стали кибернетика, воплотившая идеи системного подхода, а также синергетика и неравновесная термодинамика, основанные на методе глобального эволюционизма.

Ускорение научно-технического прогресса, связанное с возрастанием темпов общественного развития, привело к тому, что потенциал современной науки, заложенный в ходе второй глобальной научной революции, во многом оказался исчерпанным. Поэтому современная наука снова переживает состояние кризиса, являющегося симптомом новой глобальной научной революции.

Начиная со второй половины XX в. исследователи фиксируют вступление естествознания в новый этап развития - постнеклассический, который характеризуется целым рядом фундаментальных принципов и форм организации. В качестве таких принципов выделяют чаще всего эволюционизм, космизм, экологизм, антропный принцип, холизм и гуманизм. Эти принципы ориентируют современное естествознание не столько на поиски абстрактной истины, сколько на полезность для общества и каждого человека. Главным показателем при этом становится не экономическая целесообразность, а улучшение среды обитания людей, рост их материального и духовного благосостояния. Естествознание таким образом реально поворачивается лицом к человеку, преодолевая извечный нигилизм по отношению к злободневным потребностям людей.

Современное естествознание имеет преимущественно проблемную, междисциплинарную направленность вместо доминировавшей ранее узкодисциплинарной ориентированности естественно-научных исследований. Сегодня принципиально важно при решении сложных комплексных проблем использовать возможности разных естественных наук в их сочетании применительно к каждому конкретному случаю исследования. Отсюда становится понятной и такая особенность постнеклассической науки, как нарастающая интеграция естественных, технических и гуманитарных наук. Исторически они дифференцировались, отпочковывались от некой единой основы, развиваясь длительное время автономно. Характерно, что ведущим элементом нарастающей интеграции становятся науки гуманитарные.

Анализ особенностей современного естествознания позволяет отметить такую его принципиальную особенность, как невозможность свободного экспериментирования с основными объектами. Иными словами, реальный естественно-научный эксперимент оказывается опасным для жизни и здоровья людей. Дело в том, что пробуждаемые современной наукой и техникой мощные природные силы при неумелом обращении с ними способны привести к тяжелейшим локальным, региональным и даже глобальным кризисам и катастрофам.

Исследователи науки отмечают, что современное естествознание органически срастается с производством, техникой и бытом людей, превращаясь в важнейший фактор прогресса всей нашей цивилизации. Оно уже не ограничивается исследованиями отдельных кабинетных ученых, а включает в свою орбиту комплексные коллективы исследователей самых разных научных направлений. В процессе своей исследовательской деятельности представители различных естественных дисциплин все более отчетливо начинают осознавать тот факт, что Вселенная представляет собой системную целостность с недостаточно понятными законами развития и глобальными парадоксами, в которой жизнь каждого человека связана с космическими закономерностями и ритмами. Универсальная связь процессов и явлений во Вселенной требует комплексного, адекватного их природе изучения и, в частности, глобального моделирования на основе метода системного анализа. В соответствии с этими задачами в современном естествознании все более широкое применение получают методы системной динамики, синергетики, теории игр, программ но-целевого управления, на основе которых составляются прогнозы развития сложных природных процессов.

Современные представления о глобальном эволюционизме и синергетике позволяют описать развитие природы как последовательную смену рождающихся из хаоса структур, временно обретающих стабильность, а затем вновь стремящихся к хаотическим состояниям. Кроме того, многие природные комплексы предстают как сложноорганизованные, многофункциональные, открытые, неравновесные системы, развитие которых носит малопредсказуемый характер. В этих условиях дальнейшая эволюция сложных природных объектов оказывается принципиально непредсказуемой и сопряжена со многими случайными факторами, могущими стать основаниями для новых форм эволюции.

Все перечисленные изменения протекают в рамках продолжающейся в настоящее время очередной глобальной научной революции, которая завершится, скорее всего, к середине XXI в. Конечно, сейчас нам сложно себе представить облик будущей науки. Очевидно, что она будет отличаться как от классической, так и от современной (неклассической) науки. Однако некоторые перечисленные выше черты науки будущего просматриваются уже сейчас.

Тема 6: Вселенная

1. Сущность концепции развития

2. Эволюция Вселенной.

3. Структура Вселенной.

4. Средства наблюдения объектов Вселенной.

5. Проблема поиска внеземных цивилизаций.

1. Сущность концепции развития. Самоорганизация систем. В последние десятилетия утверждается мнение: материи изначально присуща тенденция не только к разрушению упорядоченности и возврату к исходному хаосу, но и к образованию сложных и упорядоченных систем разного уровня. Разрушительную тенденцию материи наиболее полно отражают статистическая механика и термодинамика, описывающие свойства изолированных (замкнутых) систем, т. е. систем, не обменивающихся ни энергией, ни веществом с окружающей средой. При этом особая роль принадлежит второму началу термодинамики, определяющему необратимость процессов преобразования энергии в замкнутой системе. Такие процессы рано или поздно приводят систему к ее самому простому состоянию - термодинамическому равновесию, эквивалентному хаосу - состоянию без какой-либо упорядоченности. В прошлом обсуждалась возможность приложения второго начала термодинамики ко Вселенной как замкнутой системе и при этом был сделан вывод о деградации Вселенной - ее тепловой смерти.

Известно, что все реальные системы, от самых малых до самых больших, являются открытыми - они обмениваются энергией и веществом с окружающей средой и не находятся в состоянии термодинамического равновесия. В подобных системах возможно образование нарастающей упорядоченности, т. е. самоорганизация вещественных систем. Самоорганизацией принято называть природные скачкообразные процессы, переводящие открытую неравновесную систему, достигшую в своем развитии критического состояния, в новое устойчивое состояние с более высоким уровнем сложности и упорядоченности по сравнению с исходным. Критическое состояние характеризуется крайней неустойчивостью, завершающей плавное эволюционное развитие открытой неравновесной системы.

Исследования самоорганизации проводятся в трех направлениях: синергетика, термодинамика неравновесных процессов и математическая теория катастроф.

Синергетика изучает связи между элементами (подсистемами) структуры, которые образуются в открытых системах (биологических, физико-химических и др.) благодаря интенсивному обмену веществом и энергией с окружающей средой в неравновесных условиях. В открытых системах возможно согласованное поведение подсистем, в результате чего возрастает степень упорядоченности - уменьшается энтропия. Основа синергетики - термодинамика неравновесных процессов, теория случайных процессов, теория нелинейных колебаний и волн.

Объект изучения синергетики, независимо от его природы, должен удовлетворять трем условиям: открытости, существенной неравновесности и скачкообразному выходу из критического состояния.

Открытость означает незамкнутость системы, для которой возможен обмен энергией и веществом с окружающей средой. Существенная неравновесность приводит к критическому состоянию, сопровождающемуся потерей устойчивости системы. В результате скачкообразного выхода из критического состояния образуется качественно новое состояние с более высоким уровнем упорядоченности.

Характерный пример самоорганизующейся системы - оптический квантовый генератор - лазер. При его работе выполняются три перечисленных условия: открытость системы, снабжаемой извне энергией, ее сугубая неравновесность, достижение критического уровня накачки, при котором возникает упорядоченное, монохроматическое излучение.

«Повсюду, куда ни посмотри, обнаруживается эволюция, разнообразие форм и неустойчивости. Интересно отметить, что такая картина наблюдается на всех уровнях - в области элементарных частиц, биологии, астрофизике», - так считал один из основоположников термодинамики неравновесных процессов, лауреат Нобелевской премии 1977 г., бельгийский физик и физикохимик И.Р. Пригожий.

Сложная неравновесная система может перейти из неустойчивого состояния в одно из нескольких устойчивых. В какое именно из них совершится переход - дело случая. В системе, пребывающей в критическом состоянии, развиваются сильные флуктуации, и одна из них инициирует скачок в конкретное устойчивое состояние. Процесс скачка необратим. Критическая точка, в которой наиболее вероятен переход в новое состояние, называется точкой бифуркации.

Самоорганизация включает закономерное и случайное в развитии любых открытых систем: плавную эволюцию, ход которой закономерен и детерминирован, и случайный скачок в точке бифуркации, определяющий следующий закономерный этап развития. Важнейшим направлением исследования самоорганизации является математическая теория катастроф. Она описывает различные скачкообразные переходы, спонтанные качественные изменения и т.п. В теории катастроф применяется довольно сложный математический аппарат - топологическая теория динамических систем.

Концепция развития. Основу концепции развития процессов в природе составляют три положения: системность, динамизм и самоорганизация.

Системность означает упорядоченную, структурную организацию материи. Например, Вселенная - самая крупная из всех известных материальных систем. На определенных этапах ее развития зарождались разномасштабные подсистемы, характеризуемые открытостью и неравновесностью. Внешняя среда для любой подсистемы - материальная система более крупного масштаба, с которой она обменивается энергией и веществом. Предполагается, что внешняя среда для Вселенной - физический вакуум. Любая подсистема Вселенной (например, галактика, Солнечная система, планета, биосфера, человек и др.) представляет собой целостный материальный объект, прошедший собственный путь развития. Она обладает определенной индивидуальностью, автономией и в то же время является неотъемлемой составной частью целого.

Для материальной системы любого масштаба характерен динамизм, означающий ее развитие, движение. Без развития, без движения невозможно существование реальной системы, независимо от степени ее упорядоченности и сложности.

В процессе развития способность систем к усложнению приводит к образованию упорядоченных структур - происходит самоорганизация систем. При этом действуют два взаимно противоположных механизма: объединение элементов системы и ее разделение (фракционирование), характерные для всех уровней сложности и упорядоченности материи, начиная от микромира и кончая крупномасштабными структурами Вселенной. На разных уровнях развития систем преобладает один из четырех видов фундаментальных взаимодействий. Так, на нуклонном уровне организации материи сильное взаимодействие выступает в роли ядерных сил, объединяющих нуклоны в ядра, а слабое взаимодействие - в роли сил, определяющих их радиоактивный распад. На атомном уровне функции объединения и фракционирования выполняет электромагнитное взаимодействие в форме притяжения разноименных и отталкивания одноименных электрических зарядов. На молекулярном уровне электромагнитное взаимодействие обеспечивает химическую связь. В организации структур Вселенной определяющую роль играет гравитационное взаимодействие.

Для управления процессом развития любая система накапливает, хранит и передает информацию, а это означает, что неотъемлемая часть самоорганизации - ее информативность. В этом вопросе пока много неясного. В последнее время удалось выяснить один из решенных природой принципов хранения и передачи информации посредством генного механизма, управляющего структурой и направлением развития живых систем.

В концепции развития весьма важен вопрос соотношения случайного и закономерного. Эволюционные этапы развития вполне детерминированы. При эволюционном развитии поведение системы предсказуемо и даже управляемо при наличии необходимых средств управления. На завершающей стадии эволюции в точке бифуркации преобладает случайность. Точку бифуркации можно образно сравнить с перекрестком, где, как в сказке, выбор пути означает и выбор судьбы.

Особую роль играет случайность в самоорганизации на завершающей стадии эволюции. Именно случайность определяет возможность перехода системы в более упорядоченное состояние. Можно привести множество примеров, когда случайные переходы хотя в принципе и возможны, но вероятность их настолько мала, что их достижение можно считать практически не реализуемым. Например, вероятность процесса сборки часов из случайно разбросанных деталей отлична от нуля, однако трудно представить, что из деталей без вмешательства человека случайно образуется упорядоченная структура - часы. В этой связи полезно помнить, что концепция самоорганизации и синергетический подход, как и многие другие концепции, идеи и даже фундаментальные законы, имеют вполне определенную область применения. Судя по возрастающему потоку публикаций, можно заключить, что идеи самоорганизации и синергетики пытаются внедрить в различные отрасли науки и распространить их на многие объекты - от Вселенной до общества и человека - без учета их специфики и особенностей.  Конечно же, такая тенденция не может не привести к поспешным и неверным результатам, что, естественно, сдерживает процесс поступательного развития естествознания и науки в целом.

2. Эволюция Вселенной. Основные концепции космологии. Вселенная - самая крупная материальная система. Ее происхождение интересует людей еще с древних времен. Вначале Вселенная была «безвидна и пуста» - так сказано в Библии. Вначале был вакуум - уточняют современные физики. Каковы же истоки происхождения Вселенной? Как она развивается? Какова ее структура? На эти и другие вопросы пытались ответить ученые разных времен. Однако даже крупнейшие достижения естествознания XX в. не позволяют дать полностью исчерпывающие ответы. В этой связи нельзя не вспомнить слова известного поэта М. Волошина:

Мы, возводя соборы космогонии. Не внешний в них отображаем мир, А только грани нашего незнанья.

Тем не менее принято считать, что основные положения современной космологии - науки о строении и эволюции Вселенной - начали формироваться после создания в 1917 г, А. Эйнштейном первой релятивистской модели, основанной на теории гравитации и претендовавшей на описание всей Вселенной. Эта модель характеризовала стационарное состояние Вселенной и, как показали астрофизические наблюдения, оказалась неверной.

Важный шаг в решении космологических проблем сделал в 1922 г. профессор Петроградского университета А.А. Фридман (1888-1925). В результате решения космологических уравнений он пришел к выводу: Вселенная не может находиться в стационарном состоянии - она должна расширяться либо сужаться.

Следующий шаг был сделан в 1924 г., когда в обсерватории Маунт Вилсон в Калифорнии американский астроном Э. Хаббл (1889-1953) измерил расстояние до ближайших галактик (в то время называемых туманностями) и тем самым открыл мир галактик. В 1929 г. в той же обсерватории Э. Хаббл по красному смещению линий в спектре излучения галактик экспериментально подтвердил теоретический вывод А.А. Фридмана о расширении Вселенной и установил эмпирический закон - закон Хаббла: скорость удаления галактики V прямо пропорциональна расстоянию r до нее, т. е.

V=Hr,

где Я - постоянная Хаббла.

С течением времени постоянная Хаббла постепенно уменьшается - разбегание галактик замедляется. Но такое уменьшение за наблюдаемый промежуток времени ничтожно мало. Обратной величиной постоянной Хаббла определяется время жизни (возраст) Вселенной. Из результатов наблюдения следует, что скорость разбегания галактик увеличивается примерно на 75 км/с на каждый миллион парсек (1 парсек равен 3,3 светового года; световой год - это расстояние, проходимое светом в вакууме за один земной год). При данной скорости экстраполяция к прошлому приводит к выводу: возраст Вселенной составляет около 15 млрд. лет, а это означает, что вся Вселенная 15 млрд. лет назад была сосредоточена в очень маленькой области. Предполагается, что в то время плотность вещества Вселенной была сравнимой с плотностью атомного ядра, и вся Вселенная представляла собой огромную ядерную каплю. По каким-то причинам ядерная капля оказалась в неустойчивом состоянии и взорвалась. Это предположение лежит в основе концепции большого взрыва.

Произведением времени жизни Вселенной на скорость света определяется радиус космологического горизонта - граница познания Вселенной посредством астрономических наблюдений. Информация об объектах, находящихся за космологическим горизонтом, до нас еще не дошла - мы не можем заглянуть за космологический горизонт. Несложный расчет показывает, что радиус космологического горизонта равен приблизительно 10²⁶ м. Очевидно, что этот радиус ежесекундно увеличивается примерно на 300 тыс. км. Но такое увеличение ничтожно мало по сравнению с величиной радиуса космологического горизонта. Для наблюдения заметного расширения космологического горизонта нужно подождать миллиарды лет.

В концепции большого взрыва предполагается, что расширение Вселенной происходило с одинаковой скоростью, начиная с момента взрыва ядерной капли. В настоящее время обсуждается и другая гипотеза - гипотеза пульсирующей Вселенной: Вселенная не всегда расширяется, а пульсирует между конечными пределами плотности. Из этой гипотезы следует, что в некотором прошлом скорость удаления галактик была меньше, чем сейчас, и были периоды, когда Вселенная сжималась, т. е. галактики приближались друг к другу и с тем большей скоростью, чем большее расстояние их разделяло.

По мере развития естествознания и особенно ядерной физики выдвигаются различные гипотезы о физических процессах на разных этапах космологического расширения. Одна из них была предложена в конце 40-х годов XX в. Г.А. Гамовым (1904-1968), физиком-теоретиком, эмигрировавшим в 1933 г. из Советского Союза в США, и называется моделью горячей Вселенной. В ней рассмотрены ядерные процессы, протекавшие в начальный момент расширения Вселенной в очень плотном веществе с чрезвычайно высокой температурой. По мере расширения Вселенной плотное вещество охлаждалось.

Из этой модели следуют два вывода:

1)  вещество, из которого зарождались первые звезды, состояло в основном из водорода (75 %) и гелия (25 %);

2)  в сегодняшней  Вселенной должно наблюдаться слабое электромагнитное излучение, сохранившее память о начальном этапе развития Вселенной и поэтому названное реликтовым.

С развитием астрономических средств наблюдения и, в частности, с рождением радиоастрономии, появились новые возможности познания Вселенной. В 1965 г. американские астрофизики А. Пензиас (р. 1933 г.) и Р. Вильсон (р. 1936 г.) экспериментально обнаружили реликтовое излучение, за что были удостоены в 1978 г. Нобелевской премии. Реликтовое излучение - это фоновое изотропное космическое излучение со спектром, близким к спектру излучения абсолютно черного тела с температурой около 3 К. Оно наблюдается на волнах длиной от нескольких миллиметров до десятков сантиметров.

В 2000 г. сообщалось: сделан важный шаг на пути понимания самого раннего этапа эволюции Вселенной. В лаборатории Центра европейских ядерных исследований в Женеве получено новое состояние материи - кварк-глюоиная плазма. Предполагается, что в таком состоянии находилась Вселенная в первые 10 мкс после большого взрыва. До сих пор удавалось охарактеризовать эволюцию материи на стадии не ранее трех минут после взрыва, когда уже сформировались ядра атомов.

Образование объектов Вселенной. В 1963 г. на очень больших расстояниях от нашей Галактики, на границе наблюдаемой Вселенной, были обнаружены удивительные объекты, получившие название квазаров. При сравнительно небольших размерах (поперечник их составляет около нескольких световых недель или месяцев) квазары выделяют колоссальную энергию, примерно в 100 раз превосходящую энергию излучения самых гигантских галактик, состоящих из десятков и сотен миллиардов звезд. Какие физические процессы могут приводить к выделению столь фандиозного количества энергии, пока неясно.

Астрономы обратили внимание на определенное сходство между квазарами и активными ядрами некоторых галактик. Квазары - весьма удаленные объекты. А чем дальше от нас находится тот или иной космический объект, тем в более отдаленном прошлом мы его наблюдаем, что обусловлено конечной скоростью распространения электромагнитного излучения, в том числе и света. Хотя скорость света велика - около 300 тыс. км/с, но даже при такой огромной скорости для преодоления космических расстояний необходимы десятки, сотни и даже миллиарды лет. Мы наблюдаем объекты Вселенной - Солнце, планеты, звезды, галактики - в прошлом. Причем различные объекты - в разном прошлом. Например, Полярную звезду - такой, какой она была около шести веков назад. А галактику в созвездии Андромеды мы наблюдаем с опозданием на 2 млн. лет.

Квазары удалены от нас на миллиарды световых лет. Галактики с активными ядрами в среднем расположены ближе. Следовательно, они принадлежат к объектам более позднего поколения, т. е. образовались после рождения квазаров. Возникает вопрос: не являются ли квазары протоядрами будущих галактик, теми «зародышами», вокруг которых впоследствии сформировались десятки и сотни миллиардов звезд - звездные острова Вселенной? При попытке ответить на эти вопросы родилась гипотеза о черных дырах. Сущность ее заключается в следующем. Если некоторая масса вещества оказывается в сравнительно небольшом объеме, критическом для нее, то под действием сил собственного тяготения такое вещество начинает неудержимо сжиматься. Наступает своеобразная гравитационная катастрофа - гравитационный коллапс. В результате сжатия растет концентрация вещества. Наконец наступает момент, когда сила тяготения на ее поверхности становится столь велика, что для ее преодоления надо развить скорость, превосходящую скорость света. Такие скорости практически недостижимы, и из замкнутого пространства черной дыры не могут вырваться ни лучи света, ни частицы материи. Излучение черной дыры оказывается «запертым» гравитацией. Черные дыры способны только поглощать излучение.

Предполагается, что образование черных дыр во Вселенной происходит различными путями. Например, они могут возникать в результате сжатия массивных звезд на заключительных стадиях их жизни или вследствие концентрации вещества в центральных частях достаточно массивных звездных систем. В частности, в ядрах галактик и квазарах могут находиться сверхмассивные черные дыры.

Результаты наблюдения галактики М-87 позволяют предполагать, что в непосредственной близости от ее центра сконцентрирована слабосветящаяся масса, превосходящая 5 млрд.солнечных масс. Похожие результаты получены и для других галактик. Может быть, это и есть гигантские черные дыры или какие-то другие сверхплотные образования пока неизвестной природы. Существование черных дыр следует из общей теории относительности, и об их астрономическом открытии говорить не приходится.

Совершенно другой точки зрения на данную проблему придерживаются известный российский специалист в области квантовой теории поля выдающийся ученый, академик РАН А.А. Логунов (1926) и его последователи. Исходя из понимания гравитации как проявления реального физического поля, а не как следствие искривления пространства-времени в соответствии с общей теорией относительности, ученые находят логическое объяснение наблюдаемым в мегамире явлениям, не прибегая к понятию черной дыры.

Сравнительно недавно основные положения космологии базировались на идеях классической физики. Развитие рассматривалось как медленный и плавный процесс перехода от одного стационарного состояния к другому. Считалось, что звезды постепенно рассеивают свое вещество, и оно накапливается в виде гигантских туманностей. Туманности сгущаются в звезды и т. д. Однако наблюдения последних десятилетий свидетельствуют о том, что в развитии материи во Вселенной играют определенную роль и нестационарные процессы, в частности, взрывные процессы. Можно предполагать, что нестационарные процессы представляют собой своеобразные поворотные пункты в развитии космических объектов, где совершаются переходы из одного качественного состояния в другое, образуются новые небесные тела - происходит самоорганизация Вселенной.

Вопрос об образовании космических объектов в результате нестационарных процессов и о самоорганизации Вселенной окончательно не решен. Кроме того, одна из важных проблем современного естествознания состоит в том, чтобы установить, в каком физическом состоянии находилось вещество до начала расширения Вселенной. Видимо, это было состояние чрезвычайно высокой плотности. Для описания явлений, происходящих при столь высокой плотности, современные фундаментальные физические теории, к сожалению, не применимы. При таких условиях проявляются не только гравитационные, но и квантовые эффекты, характерные для процессов микромира. А теории, которая объединяла бы их, пока нет - ее предстоит создать.

Одно из предположений, следующих из концепции самоорганизации, заключается в том, что первоначальный сгусток материи возник из физического вакуума. Физический вакуум, как уже отмечалось, - своеобразная форма материи, способная при определенных условиях «рождать» вещественные частицы без нарушения законов сохранения материи и движения.

Вселенная в широком смысле - это среда нашего обитания. Поэтому важно помнить: во Вселенной господствуют необратимые физические процессы и она изменяется с течением времени, находится в постоянном развитии. Человек приступил к освоению космоса, вышел в открытое космическое пространство. Наши свершения приобретают все больший размах, глобальные и даже космические масштабы. И для того чтобы учесть их близкие и отдаленные последствия, те изменения, которые они могут внести в нашу среду обитания, мы должны изучать не только земные, но и космические явления и процессы.

3. Структура Вселенной. Глядя на усеянное звездами небо, человек приходит в восторг, не оставаясь равнодушным к созерцаемому. «Открылась бездна, звезд полна. Звездам числа нет, бездне - дна», - эти прекрасные строки М.В. Ломоносова образно и наиболее полно описывают впечатление, которое испытывает человек, любуясь завораживающей картиной звездного неба. Звезды и бескрайнее небесное пространство всегда притягивали и притягивают всех: и самого обыкновенного человека, и поэта, и ученого. Но для ученых звездное небо - не только предмет восторга и наслаждения, но и увлекательный, неисчерпаемый объект исследований.

В ясную погоду в безлунную ночь невооруженным глазом можно наблюдать на небосводе до трех тысяч звезд. Но это лишь небольшая часть космических объектов, из которых состоит Вселенная.

Вселенная - это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Часть Вселенной, доступная исследованию астрономическими средствами, соответствующими достигнутому уровню развития науки, называется Метагалактикой. Иначе говоря, Метагалактика - охваченная астрономическими наблюдениями часть Вселенной. Она находится в пределах космологического горизонта.

Структура Вселенной - предмет изучения космологии, одной из важных отраслей естествознания, находящейся на стыке многих естественных наук: астрономии, физики, химии и др. Главные составляющие Вселенной - галактики - громадные звездные системы, содержащие десятки, сотни миллиардов звезд. Солнце вместе с планетной системой входят в нашу Галактику, наблюдаемую в форме Млечного Пути. Кроме звезд и планет Галактика содержит разреженный газ и космическую пыль.

Млечный Путь хорошо виден в безлунную ночь. Он кажется скоплением светящихся туманных масс, протянувшимся от одной стороны горизонта до другой, и состоит примерно из 150 млрд. звезд. По форме он напоминает сплюснутый шар. В центре его находится ядро, от которого отходит несколько спиральных звездных ветвей. Наша Галактика чрезвычайно велика: от одного ее края до другого световой луч путешествует около 100 тыс. земных лет. Большая часть ее звезд сосредоточена в гигантском диске толщиной около 1500 световых лет. На расстоянии около 30 тыс. световых лет от центра Галактики расположено наше Солнце.

Основное «население» галактик - звезды. Мир звезд необыкновенно разнообразен. И хотя все звезды - раскаленные шары, подобные Солнцу, их физические характеристики различаются весьма существенно. Есть, например, звезды-гиганты и сверхгиганты. По своим размерам они значительно превосходят Солнце. Объем одной из звезд в созвездии Цефея больше объема Солнца в 34 млрд. раз. Если эту громадную звезду можно было поместить в центре нашей планетной системы, то не только Земля, но и орбиты более далеких планет - Марса, Юпитера и даже Сатурна - оказались бы внутри такого сверхгигантского шара.

Кроме звезд-гигантов существуют и звезды-карлики, значительно уступающие по своим размерам Солнцу. Некоторые карлики меньше Земли и ее спутника Луны. Вещество их отличается чрезвычайно высокой плотностью. Так, если из вещества одного из наиболее плотных белых карликов удалось бы изготовить гирю, равную по размерам обычной килограммовой гире, то на Земле она весила бы 4 тыс. т.

Еще большей плотностью обладают нейтронные звезды. Диаметр такой звезды, состоящей главным образом из ядерных частиц-нейтронов, составляет всего около 20-30 км, а средняя плотность вещества достигает 100 млн. т/см³. По существу, нейтронная звезда - это громадное атомное ядро. Существование нейтронных звезд - белые и голубоватые теоретически предсказано еще в 30-х годах XX в. Однако обнаружить их удалось только в 1967 г. по необычному импульсному радиоизлучению. Нейтронные звезды, быстро вращаясь излучают импульсы радиоизлучения. Поэтому они называются пульсарами. Большинство пульсаров излучает в радиодиапазоне от метровых до сантиметровых волн, и их называют радиопульсарами. Пульсары в Крабовидной туманности и ряд других излучают, кроме того, в оптическом, рентгеновском и гамма-диапазонах.

Звезды обладают различными поверхностными температурами - от нескольких тысяч до десятков тысяч градусов. Соответственно различен и цвет звезд. Сравнительно «холодные» звезды - с температурой 3-4 тыс. градусов - красного цвета. Наше Солнце, с поверхностью, «нагретой» до 6 тыс. градусов, имеет желтоватый цвет. Самые горячие звезды - с температурой выше 12 тыс. градусов.

Во Вселенной наблюдаются вспышки новых и сверхновых звезд. Такие звезды в некоторый момент времени в результате бурных физических процессов неожиданно увеличиваются в объеме, «раздуваются», сбрасывают свою газовую оболочку и в течение нескольких суток выделяют чудовищное количество энергии - в миллиарды раз больше, чем излучает Солнце. Затем, исчерпав свои ресурсы, они постепенно тускнеют, превращаясь в газовую туманность. Так, на месте сверхновой звезды образовалась, например, Крабовидная туманность. Она является мощным источником излучения, что свидетельствует о продолжении происходящих внутри нее интенсивных процессов.

Звезды нашей Галактики движутся вокруг ее центра по очень сложным орбитам. С огромной скоростью - около 250 км/с - движется в мировом пространстве и наше Солнце, увлекая за собой свои планеты. Солнечная система совершает один полный оборот вокруг галактического центра за время более 200 млн. лет.

Своеобразные звездные системы в виде небольших туманных пятен наблюдаются на небе Южного полушария. Они удалены от нас на расстояние около 150 тыс. световых лет. Впервые их подробно описал спутник и биограф Магеллана Пигафетт во время знаменитого кругосветного путешествия. Они вошли в историю астрономии под названием Магеллановых облаков - Большого и Малого. Радиоастрономические исследования последних десятилетий показали, что Магеллановы облака - это спутники нашей Галактики: они обращаются вместе с ней вокруг общего центра.

На расстоянии около 2 млн. световых лет от нас находится ближайшая к нам галактика - Туманность Андромеды, которая по своему строению напоминает Млечный Путь, но значительно превосходит его по своим размерам. Туманность Андромеды включает спутники - две эллиптические туманности, состоящие из огромного числа звезд.

По форме и строению различают эллиптические, спиральные, шаровые и неправильной формы галактики. Почти четверть всех известных галактик относится к эллиптическим. Плотность распределения звезд в них равномерно убывает в направлении от центра. Самые яркие в них звезды - красные гиганты. К спиральным галактикам относятся наша Галактика, Туманность Андромеды и многие другие. В созвездии Центавра наблюдается шаровая галактика, являющаяся источником радиоизлучения. Галактики неправильной формы не имеют центральных ядер; закономерность распределения звезд в них пока не установлена.

Наша Галактика, Туманность Андромеды вместе с другими соседними звездными системами образуют Местную систему галактик. Она объединяет более 20 галактик, расстояние до которых не превышает 1 Мпк. Звездные острова, галактики - типичные объекты Вселенной. К настоящему времени известно множество звездных образований, которые таят в себе еще немало загадок.

4. Средства наблюдения объектов Вселенной. Все сведения о космических объектах приносят на Землю различные излучения - электромагнитные волны и потоки частиц. В XX в. родились радиоастрономия и нейтринная астрономия. Первым вестником объектов далеких миров был световой луч  электромагнитные волны в видимой части спектра излучения. Это не случайно: световое излучение воспринимается непосредственно - невооруженным глазом.

Для наблюдения небесных тел пользуются специальными приборами - телескопами. Телескоп не увеличивает звезды и не приближает их, как это иногда ошибочно утверждают, а собирает свет с помощью объектива - двояковыпуклой линзы или вогнутого зеркала. Простейшая труба Галилея собирала в 144 раза больше света, чем невооруженный глаз. Сооруженный в 1974 г. в нашей стране на Северном Кавказе, вблизи станицы Зеленчукской, один из крупнейших в мире телескоп с диаметром зеркала 6 м собирает в миллион с лишним раз больше света. Это очень сложное уникальное техническое устройство. Состоит оно из 25 тыс. деталей. Труба телескопа длиной 24 м весит около 280 т. Телескоп оснащен разнообразной высокочувствительной аппаратурой и комплексом электронных вычислительных систем для наблюдений в соответствии с заданной программой и для обработки полученных результатов. В последнее время вступили в строй телескопы с диаметрами зеркал 8, 10и 11 м. Современные телескопы снабжены спектрографами для изучения спектра излучения, по которому определяют химический состав и температуру источника излучения.

Завершается строительство крупнейшей в мире системы оптических телескопов Европейской южной обсерватории на горе Сьерро-Параналь в чилийской пустыне Атакама. По суммарной площади зеркал эта система будет эквивалентна 17-метровому телескопу и по разрешающей способности примерно в десять раз превзойдет все современные телескопы.

Продолжается модернизация прославленной обсерватории Маунт Вилсон (штат Калифорния). На звездную вахту встанут шесть телескопов, каждый с зеркалом диаметром 1 м. Они будут расположены попарно по трем различным направлениям, Предполагается, что компьютерная обработка информации позволит получить разрешение, доступное телескопу с зеркалом диаметром 400 м (это даже трудно себе представить!).

С появлением высокочувствительной радиоаппаратуры расширился диапазон исследования космического излучения. Радионаблюдение Вселенной не зависит от времени суток и погодных условий. Источниками космического радиоизлучения являются многие объекты Вселенной, в которых протекают бурные физические процессы. Принципы действия радиотелескопа и оптического телескопа во многом совпадают. Однако функцию объектива, собирающего космическое излучение в радиотелескопе выполня­ют огромные антенны специальной формы. Один из крупнейших отечественных радиотелескопов (РАТАН) построен в 1977 г. в 40 км от 6-метрового оптического телескопа. Его кольцевая антенна диаметром 600 м состоит из 895 алюминиевых щитов-зеркал, каждый из которых может поворачиваться вокруг горизонтальной и вертикальной осей, что позволяет наводить радиотелескоп на разные участки звездного неба.

Еще один вестник Вселенной - инфракрасные луни. По длине волны они занимают промежуточное место между радиоволнами и видимым светом. Инфракрасные лучи обладают отличительным свойством: они проходят сквозь космическую пыль и межзвездный газ. Человеческий глаз не воспринимает инфракрасное излучение, нечувствительны к нему и обычные фотопластинки. Поэтому при фотографировании космических объектов в инфракрасном диапазоне применяют специальные фотоматериалы и электронно-оптические преобразователи.

Из глубин Вселенной поступают еще два вида сигналов: ультрафиолетовые и рентгеновские лучи. Для этих видов коротковолнового излучения земная атмосфера является препятствием. Такое излучение стало доступным для изучения лишь при появлении ракетной и космической техники. С помощью приборов, установленных на борту космических аппаратов, удалось получить, например, ультрафиолетовый снимок Солнца, а рентгеновские телескопы позволили зарегистрировать излучение большого числа различных космических объектов и рентгеновское свечение всего неба - своеобразный рентгеновский фон.

К многообещающим источникам космической информации относится гамма-излучение. Энергия гамма-квантов значительно превосходит энергию фотонов видимого света. Для них Вселенная почти прозрачна. Они приходят к нам от весьма удаленных объектов и несут информацию о физических процессах в глубине Вселенной.

С развитием ядерной физики и физики элементарных частиц наметился еще один путь разгадки сокровенных тайн Вселенной. Он связан с регистрацией космических нейтрино и лежит в основе нейтринной астрономии. Отличительная особенность нейтрино - чрезвычайно высокая проникающая способность. Регистрируя нейтринный поток с помощью детекторов, можно получить информацию о термоядерных процессах, протекающих в звездах.

С появлением космической техники открылась новая возможность исследования Вселенной. Созданный уникальный телескоп-спутник «Хаббл» позволил получить не только четкие изображения планет Солнечной системы, но и новые сведения о происходящих там процессах. На снимках, сделанных в 1996 г. с расстояния примерно 100 млн. км, можно различить детали поверхности Марса размером не менее 25 км - такова разрешающая способность телескопа «Хаббл». Для сравнения: один из лучших наземных телескопов в мире, расположенный в обсерватории Маунт-Паломар (США), позволяет рассмотреть детали рельефа Марса размером 300-400 км. С помощью спутникового телескопа «Хаббл» удалось определить структуру колец Сатурна и обнаружить кольцевые системы Юпитера, Урана и Нетуна. С поверхности Земли такие системы не видны - мешает замутненность атмосферы нашей планеты.

В настоящее время создается новый, гораздо более чувствительный внеземной телескоп, который заменит «Хаббл» в 2006 г. Он сможет обнаружить в десятки раз более слабые объекты. Диаметр зеркала нового прибора - 8 м, а масса зеркала - всего 7 кг. Для сравнения: зеркало действующего телескопа «Хаббл» имеет диаметр 2,4 м и весит 826 кг. В новой конструкции зеркальную поверхность образует слой золота, нанесенный на силиконовую пленку.

Ежедневная картина восхода Солнца вряд ли вызывает удивление. А можно ли наблюдать восход Земли? Оказывается, можно. Такую возможность представляют космические аппараты. Долгое время Земля казалась человеку необъятной и безграничной. Понадобились сотни, даже тысячи лет, чтобы разглядеть собственными глазами Землю из космоса.

Таким образом, созданный во второй половине XX в. огромный арсенал средств астрономических наблюдений, наземных и космических, способствует дальнейшей разгадке тайн Вселенной.

5. Проблема поиска внеземных цивилизаций. К настоящему времени известен только один очаг жизни и разума - планета Земля. Однако нельзя однозначно утверждать, что среди многих миллиардов звезд условия зарождения живой материи и ее длительной эволюции могли возникнуть только в одной точке Вселенной - в нашей Галактике, вблизи Солнца. Проблема поиска жизни, особенно разумной, вне Земли в последние десятилетия приобретает естественно-научный характер. Вряд ли есть другая научная проблема, которая вызывала бы такой жгучий интерес и такие жаркие споры, как проблема связи с внеземными цивилизациями. Созываются научные конференции и симпозиумы, налаживается международное сотрудничество ученых, ведутся экспериментальные исследования. По меткому выражению писателя-фантаста Станислава Лема, проблема связи с внеземными цивилизациями подобна игрушечной матрешке - она содержит в себе проблематику многих отраслей естествознания.

Возможно, среди множества звезд Вселенной найдутся десятки, а может быть и сотни таких, которые окружены обитаемыми планетами. Можно предположить, что и перед другими цивилизациями, достигшими такого уровня развития, как наша, встал тот же вопрос - как установить связь с другими разумными обитателями Вселенной? Кто знает, быть может и сейчас в направлении нашего Солнца кто-то посылает сигналы, на которые пока человечество отвечает молчанием! На какой же длине волны возможна такая передача? Скорее всего, в диапазоне радиоволн.

Вероятно, неведомые нам разумные существа могут жить на другой планете, окруженной атмосферой. Значит, они могут посылать радиосигналы в космос только через узкое «радиоокно» своей атмосферы. Возможный диапазон радиоволн для «межзвездной» радиосвязи, по-видимому, ограничивается длинами от нескольких сантиметров до 30 м. Космические естественные источники излучения ведут постоянную интенсивную «радиопередачу» на волнах метрового диапазона. Чтобы она не создавала досадных помех, радиосвязь между обитаемыми мирами должна вестись на длинах волн не более 50 см. Более короткие радиоволны (в несколько сантиметров) не подходят, поскольку тепловое радио­излучение планет происходит именно на таких волнах, и оно будет «глушить» искусственную радиосвязь. Родилась идея: радиосвязь целесообразно вести на волнах, близких к 21 см, которые излучает межзвездный водород, играющий важную роль в развитии Вселенной. Водород - самый распространенный элемент в наблюдаемой нами части Вселенной, и его излучение на волне 21 см можно рассматривать как некий природный космический эталон.

С конца 1960 г. в Национальной радиоастрономической обсерватории США начались систематические «прослушивания» некоторых звезд с целью обнаружить искусственные радиосигналы. Для начала были выбраны две звезды, весьма похожие на Солнце. Это Тау из созвездия Кита и Эпсилон из созвездия Эридана. До каждой из них около одиннадцати световых лет. Прослушивание велось с помощью радиотелескопа с диаметром зеркала 26 м. Однако космос безмолвствовал. Впрочем, надеяться на быстрый успех было бы слишком наивно. Пройдут годы, а может быть многие десятилетия, прежде чем удастся принять искусственные радиопередачи из глубин Вселенной. Да и расшифровав полученные радиосигналы и послав в ответ свои, мы не можем ожидать быстрого, оперативного разговора. Наши вопросы и их ответы будут распространяться со скоростью света, а это значит, что от посылки до получения ответа пройдут десятилетия и даже столетия. К сожалению, разговор ускорить невозможно - в природе нет ничего быстрее электромагнитных волн.

В США обсуждается проект по созданию комплекса для приема внеземных радиосигналов, состоящего из тысячи синхронных радиотелескопов, установленных на расстоянии 5 км друг от друга. В сущности, такой комплекс подобен одному исполинскому параболическому радиотелескопу с площадью зеркала 20 км². Проект предполагается реализовать в течение ближайших 10-20 лет. Стоимость намеченного сооружения поистине астрономическая - не менее 10 млрд. долл. Проектируемый комплекс радиотелескопов позволит принимать искусственные радиосигналы в радиусе 1000 световых лет. В таком огромном космическом пространстве содержится свыше миллиона солнцеподобных звезд, часть которых, возможно, окружена обитаемыми планетами. Чувствительность проектируемой системы чрезвычайно высока. Если бы вокруг ближайшей к нам звезды Альфа Центавра обращалась планета, подобная Земле (с таким же уровнем развития радиосвязи), то такая система смогла бы уловить посылаемые от Земли радиосигналы,

Жажда общения с внеземным разумом так сильна, что все технические и временные трудности кажутся преодолимыми. К тому же наши разумные собратья могут оказаться и по соседству с нами. Вселенная беспредельна в своем многообразии, среди бесчисленного множества звездных и планетных систем могут встретиться такие планеты, физические условия на которых создали предпосылки для зарождения и развития жизни. Но какой жизни? Такой, как у нас на Земле, или отличающейся от нее? И в состоянии ли мы сразу распознать живую материю, не родственную земной? Еще более сложен вопрос о внеземных разумных существах. Если они есть, то сможем ли мы их понять? Конечно, не исключена вероятность возникновения на других планетах неизвестных нам циви­лизаций. Мы знаем только живую материю, зародившуюся на нашей планете. Может быть, в безграничном пространстве Вселенной существует множество других совершенных и сложных форм движения и организации материи, о которых мы даже не подозреваем. Проблема внеземных цивилизаций представляет интерес не только с точки зрения их обнаружения, но и для более глубокого исследования закономерностей процессов развития материальных систем на нашей планете.

Тема 7: Солнечная система

1. Строение солнца

2. Происхождение Солнечной системы.

3. Характеристика планет Солнечной системы

1. Строение солнца. Солнце, расположенное близ галактической плоскости на расстоянии приблизительно 25 тыс. световых лет от центра Галактики, обращается вокруг него со скоростью около 250 км/сек, совершая полный оборот примерно за 200 млн. земных лет - «галактический год».

Солнце вращается вокруг своей оси (1 оборот за 25 земных суток) и вместе со всей системой обращается вокруг центра Галактики. Кроме того, Солнечная система движется по отношению к соседним звездам со скоростью 20 км/сек по направлению созвездий Лиры и Геркулеса (это доказывает, что взаимное расположение тел в Галактике не остается неизменным).

Солнце - типичная желтая звезда средней величины и светимости[2], еще не старая в масштабах звездного времени. Оно представляет собой раскаленный газовый шар диаметром 1 391 000 км. В Солнце сосредоточено 99,86% массы всей Солнечной системы и только 2% количества момента движения. Средняя плотность Солнца 1,41 г/см³, во внутренних частях плотность достигает 100 г/см⁵, внешние же слои менее плотные, чем атмосфера у земной поверхности. Сила тяжести на поверхности Солнца в 28 раз больше, чем на Земле. Ею удерживается раскаленное солнечное вещество. Температура на поверхности Солнца 6000° (от абсолютного нуля), в центре его она доходит примерно до 20 млн. градусов.

На Солнце обнаружено 66 химических элементов, в их числе нет элементов, неизвестных па Земле. Господствуют водород (50%) и гелий (40%). Среди остальных элементов (10%) преобладают: кислород, углерод, азот, а также магний, кремний, железо, натрий, калий, кальций, алюминий. Образование химических соединений на Солнце возможно только там, где температура снижается до 4700° («темные пятна»). При 6000° вещество находится в атомарном состоянии и ионизируется. При температуре порядка 12-15 млн. градусов в результате термоядерных реакций происходит превращение водорода в гелий, сопровождающееся выделением огромного количества энергии. Термоядерные реакции непрерывно протекают в ядре Солнца. Возникающая при этом энергия передается посредством конвекции вещества внешнему слою - фотосфере (светящейся оболочке), имеющей мощность 200-300 км. Именно фотосфера испускает видимое излучение, от нее идут на Землю свет и тепло. Фотосфера находится в состоянии лучистого равновесия: она излучает тепла столько же, сколько получает его из внутренних частей Солнца.

Среди ярко светящейся фотосферы выступают менее яркие солнечные пятна. Пятна имеют различные размеры (иногда в несколько раз превосходящие площадь Земли) и располагаются по обе стороны солнечного экватора от 5 до 40°. Пятна кажутся темными, потому что температура фотосферы в области пятна приблизительно на 1000° ниже температуры окружающего его пространства. Причины и механизм образования солнечных пятен пока еще не выяснены. Пятно существует обычно несколько суток, реже - несколько месяцев. Еще до возникновения пятна на месте его появляется магнитное поле, напряженность которого в 3000 раз больше напряженности общего магнитного поля Солнца. Через некоторое время после исчезновения пятна магнитное поле исчезает. Очевидна связь появления пятен с солнечным магнетизмом. Предполагают, что появление сильного магнитного поля замедляет конвекцию, посредством которой энергия передается от ядра к фотосфере, и в результате возникают сравнительно холодные участки фотосферы - пятна. Там, где магнитное поле ослабевает, появляются активные области, имеющие более высокую (на несколько сотен градусов), чем остальная фотосфера, температуру. Эти активные области, представляющие собой светлые площадки с белыми волокнистыми облаками над ними, называются факелами. Факелы располагаются обычно вокруг пятен, а также и независимо от них. В общем они занимают на поверхности Солнца большую площадь по сравнению с пятнами. Пятна и факелы - образования временные. Среднее годовое число их отражает солнечную активность[3] и периодически изменяется. Период изменений составляет в среднем 11 лет. Весьма возможно, что существует также 90-летняя периодичность солнечной активности.

Фотосфера переходит в лежащую выше хромосферу - нижний слой солнечной атмосферы, простирающийся вверх приблизительно на 15 тыс. км. Вся хромосфера состоит из вихрей (спикул) и не имеет ровной границы. С высотой температура в хромосфере повышается да 20 тыс. градусов, а плотность убывает. Над активными областями фотосферы хромосфера имеет наибольшую температуру; в этих местах в ней располагаются хромосферные факелы - флоккулы. В хромосфере наблюдаются сильные вспышки, напоминающие взрывы. По месту и времени хромосферные вспышки связаны с флоккулами, особенно с теми из них, внутри которых находятся пятна; поэтому эффект вспышек приписывался раньше солнечным пятнам. Хромосферные вспышки - источник интенсивного ультрафиолетового и рентгеновского излучения, радиоволн и корпускул - разнообразных частиц, выбрасываемых с различной' скоростью Солнцем. Сильная вспышка диаметром около 40 000 км за; время своего существования (около 30 мин.) излучает энергию, равную 10,32 ∙ 10³³ эргов. Небольшие хромосферные вспышки появляются приблизительно каждые 30 минут, гигантские - несколько раз в год. Хромосферные вспышки - самые активные образования на Солнце. Их. появление связывают с магнитными силами.

Над хромосферой простирается солнечная корона, отдельные лучи¹ которой тянутся на несколько десятков радиусов Солнца. Корона состоит из положительно заряженных ионов и свободных электронов, причем общий электрический заряд короны близок к нулю[4]. Свободные электроны рассеивают солнечный свет, благодаря чему образуется лучистое, отливающее серебром сияние солнечной короны. Температура короны, около 1 млн. градусов, над активными областями до 3-4 млн. градусов. В короне движутся протуберанцы - сравнительно плотные облака с температурой не выше 12 тыс. градусов. Они возникают по всей' поверхности, и в их появлении и изменениях заметна та же цикличность, что для пятен и факелов, - 11 лет.

Солнечная корона чрезвычайно разрежена. Нижние слои ее имеют плотность в сотни миллиардов раз меньшую, чем плотность земной атмосферы на уровне Океана. Верхние слои короны еще менее плотные (от 100 до 1000 атомов водорода на 1 см³). Часть протонов во внешней короне, имеющих наибольшие скорости, отлетают от нее, образуя так называемый солнечный ветер. В спокойном состоянии солнечный ветер¹ представляет собой поток заряженных частиц (от 5 до 50 в I еж³), движущихся со скоростью от 30 до 160 км/сек. Во время солнечных вспышек скорость солнечного ветра увеличивается до 1600 км/сек.

Характеристика планет Солнечной системы

В результате процессов, совершающихся на Солнце, в мировое пространство направляется рентгеновское, световое, ультрафиолетовое, радиоволновое излучение, выбрасываются потоки электрически заряженных частиц положительной и отрицательной полярности и сверхвысоких, энергий (корпускулы). Потоки солнечных частиц сечением в сотни тысяч квадратных километров, приобретающие исключительную мощность. в эпохи максимумов активности Солнца, примерно через сутки достигают верхних слоев земной атмосферы. На Земле возникают магнитные и ионосферные бури, усиливаются полярные сияния, нарушается радиосвязь. Не весь спектр солнечного излучения достигает нижних слоев земной атмосферы. Поступающая в географическую оболочку солнечная радиация принимает участие во всех происходящих в ней процессах, обеспечивает возможность жизни на Земле. Отчетливо проявляется тесная связь географических явлений с цикличностью деятельности Солнца.

Энергия, излучаемая Солнцем в пространство, колоссальна: за одну секунду она составляет 3,8 - 10³³ эргов, что равнозначно расходу массы ti 4 млн. т. Расчеты показывают, что при таком расходе энергии Солнце в течение 30 млрд. лет может излучать такие же количества тепла и света, как и в настоящее время. Уменьшение интенсивности солнечного излучения неизбежно должно сопровождаться понижением температуры на Земле. При падении температуры значительно ниже нуля и связанном с этим переходе всей воды в твердое состояние жизнь на Земле стала бы невозможна. Увеличение интенсивности солнечного излучения в 4 раза заставило бы Мировой океан закипеть.

Земля получает всего ¹/_2200000 долю солнечного излучения. Энергия Солнца - основной (почти единственный) источник энергии, поступающей на земную поверхность. Умеренное количество солнечной энергии создает наиболее благоприятные условия для жизни на Земле.

2. Происхождение Солнечной системы. Изучение химического состава тел Солнечной системы, выяснение ряда ее закономерностей, а также результатов наблюдений за другими космическими телами позволили ученым создать ряд гипотез происхождения Солнечной системы. Однако гипотезы, не имеющей серьезных недостатков, пока еще нет. Можно считать установленным, что Солнце и планеты образовались одновременно (или почти одновременно) из единой материальной среды, из единого газово-пылевого облака.

По мнению академика В. Г. Фесенкова, процесс образования Солнечной системы (как и других подобных систем) связан со вспышкой Сверхновой звезды[5] в соответствующем районе Галактики. Вспышка Сверхновой - это катастрофический взрыв, сопровождающийся температурой в миллиарды градусов и колоссальным давлением. В нашей Галактике возникновение Сверхновой происходит приблизительно раз в 300 лет. Ударные волны, возникающие при вспышке, вызывают сжатие газово-пылевои среды, окружающей Сверхновую. Эта среда уплотняется до возникновения звезд, образующих неустойчивые цепочки. Со временем звезды, составляющие цепочку, теряют связь друг с другом, «разбегаются» и проходят сходные, но независимые пути развития. Около звезд из окружающей их газово-пылевои среды формируются планеты и их спутники. Процесс образования планет Солнечной системы из холодного газово-пылевого облака, окружающего Солнце, объясняет гипотеза академика О. Ю. Шмидта, принимаемая в этой ее части большинством ученых[6].

На первом этапе во вращающемся газово-пылевом облаке шел процесс образования относительно крупных тел, промежуточных между пылевыми частицами и планетами. Обладая значительно меньшими скоростями, чем легкие газовые молекулы, пылинки собирались в центральной плоскости вращающегося облака. Постепенно расстояние между пылинками уменьшалось, взаимное притяжение увеличивалось, образовывались сгущения пылевых частиц, двигающиеся вокруг Солнца в направлении движения облака. Со временем пылевые сгущения превратились в сравнительно крупные тела - малые планеты - астероиды. Более крупные тела притягивали мелкие, их размеры увеличивались, и они становились большими планетами. При этом под действием силы тяжести в них происходило перераспределение вещества, его дифференциация.

Протопланетное облако, состоявшее из большого количества пыли, было малопрозрачно. Поэтому часть облака, находившаяся ближе к Солнцу, сильно нагревалась, в то время как удаленные от Солнца части его имели очень низкую температуру. Вследствие испарения газов близ Солнца могли существовать только частицы из тугоплавких кремнистых и металлических соединений, и здесь образовались планеты внутренней (земной) группы. Вдали от Солнца, в условиях низкой температуры газы намораживались на холодные пылевые частицы, что увеличивало их объем. В этой части облака формировались планеты-гиганты. Первоначально холодные, планеты разогревались под воздействием энергии радиоактивного распада некоторых веществ. Увеличение их размеров, шло сначала сравнительно быстро за счет присоединения захваченного в облаке вещества. Позднее планеты продолжали «расти», но медленно, за счет прямого выпадения вещества на их поверхность. Выпадение вещества из Космоса на Землю происходит и в настоящее время. Земля при своем движении вокруг Солнца захватывает встречающиеся на пути частицы, и они, оседая на Землю, увеличивают ее массу. Фактические данные об интенсивности этого процесса были получены при непосредственном исследовании межпланетного пространства с помощью искусственных спутников Земли и космических ракет. Кроме того, производился сбор метеорной и космической пыли в атмосфере Земли, на снежном, покрове высоких гор и ледников Антарктиды и Гренландии. Оказалось, что «прирост» Земли за счет выпадения вещества из Космоса может оцениваться в среднем в 10 млн. т, или 10¹³ г, в год. По сравнению с массой Земли (5,8- 10²⁷ г) эта величина очень мала, но по сравнению с массой земной коры (2-10²⁵ г) ее значение возрастает. За время существования Земли (не менее 4 млрд. лет) даже при современных темпах выпадения вещества суммарный прирост его должен составлять 7боо долю массы земной коры. В действительности эта доля, несомненно, больше, так как темпы выпадения вещества на Землю из Космоса в прошлом были выше.

3. Характеристика планет Солнечной системы. Пространство в Солнечной системе, благоприятное по количеству солнечного тепла для развития на планетах живых форм, основанных на углеродных соединениях, называется экосферой Солнца. В экосфере температура на планетах может быть не выше - 80° и не ниже -70°. Экосфера простирается примерно в пределах от 92 млн. до 275 млн. км от Солнца. За этими пределами планеты получают или слишком много или слишком мало солнечного тепла для того, чтобы на них могли возникнуть и развиваться известные нам формы жизни[7]. Пределы экосферы непостоянны: она расширяется или сокращается в зависимости от активности Солнца.

В экосферу Солнца в современных ее пределах входят только три из девяти больших планет Солнечной системы: Венера, Земля и Марс. Венера расположена близ внутренней границы экосферы. Марс - недалеко от внешней ее границы. В наиболее благоприятных условиях находится Земля, и именно на Земле существуют высокоразвитые формы жизни¹. Несомненно, кроме положения планеты в экосфере, для развития жизни имеют значение ее размеры, состав атмосферы, внутреннее тепло.

Условия, аналогичные земным, существуют, по-видимому, на планетах других звездных систем, а следовательно, там возможна высокоразвитая жизнь. Совсем не исключено существование незнакомых нам форм жизни и в условиях, совершенно отличных от земных. На больших планетах, находящихся вне экосферы, недостаток солнечного тепла может компенсироваться внутренним теплом. А если предположить, что жизнь возможна без воды, при других, заменяющих ее соединениях, с более низкой температурой замерзания, низкие температуры могут не быть препятствием для развития жизни.

Органические соединения, обнаруживаемые в метеоритах (высокомолекулярные углеводороды, подобные земным углеводородам озокерита, органические соединения, содержащие кислород), позволяют предполагать существование жизни на других планетах Солнечной системы,, хотя разумная жизнь в пределах Солнечной системы существует только на Земле.

В Солнечную систему входят девять больших планет со спутниками, десятки тысяч малых планет (астероидов), кометы, метеорное вещество и единственная звезда - Солнце, около которой обращаются вес тела системы.

Планеты, обращающиеся вокруг Солнца, - непрозрачные, шарообразные тела, светящиеся отраженным светом. Большие планеты Солнечной системы подразделяются на две группы - внутреннюю, или земную (Меркурий, Венера, Земля, Марс), и внешнюю, или юпитерову (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Планета Плутон еще почти не исследована (рис. Солнечная система).

Планеты внутренней группы обладают меньшей массой, меньшими размерами, большей плотностью и вращаются вокруг Солнца медленнее, чем планеты внешней группы. Внутреннее строение и химический состав планет двух групп различен. Ближайшая к Солнцу планета внутренней группы - Меркурий. Расстояние Меркурия от Солнца изменяется при движении планеты по эллиптической орбите от 46 млн. до 77 млн. км. Так как периоды вращения Меркурия вокруг оси и обращения его вокруг Солнца совпадают, Солнце освещает всегда одну сторону планеты[8]. На освещенной стороне температура поверхности достигает + 400°С, в то время как теневая сторона очень холодна. Признаков атмосферы на Меркурии не обнаружено. Отсутствие ее можно объяснить незначительным притяжением (в 4 раза меньшим, чем на Земле) и тем,, что газы, выделяющиеся из недр планеты, «сдуваются» потоками частиц, выбрасываемых Солнцем (солнечным ветром).

Венера расположена в среднем на расстоянии 108 млн. км от Солнца. К Земле она подходит ближе чем на 40 млн. км. Эта планета постоянно окутана непроницаемым слоем облаков, хорошо отражающих солнечные лучи, и поэтому светится очень ярко на ночном небе. Плотные облака затрудняют исследование поверхности Венеры. Атмосфера планеты выше облачного слоя содержит приблизительно в 4 раза больше водяных паров, чем атмосфера Земли на высоте 14,5 км. Возможно, облака состоят из капелек воды. Кислорода, по крайней мере, в тысячу раз меньше, чем в земной атмосфере, много углекислого газа, можно предполагать присутствие азота. Полярные сияния, наблюдавшиеся в атмосфере Венеры, свидетельствуют о наличии магнитного поля, примерно в 5 раз более сильного, чем земное. Температура на поверхности Венеры на теневой стороне экватора равна +360°С[9].

Солнечная система

Вопрос о положении оси вращения планеты в пространстве и о скорости ее вращения нельзя считать решенным. Предполагают, что Венера вращается очень медленно.

Расстояние от Марса до Солнца изменяется в пределах от 200 до 250 млн. км. Период обращения планеты вокруг Солнца почти вдвое больше, чем период обращения Земли, - 1 год 11 мес. Период вращения около оси - 24 часа 37 мин.

Между Марсом и Землей много общего. На Марсе существуют тепловые пояса, изменяются времена года, но марсианский' климат значительно суровее земного. Средняя температура Марса всего - 30° (Земля +10°). В экваториальном поясе температура поверхности достигает днем +20°, ночью падает до - 40° и ниже. У полюсов летом* при незаходящем Солнце температура  +10°,  зимой - 60°.

Атмосфера Марса простирается вверх над его поверхностью не более чем на 12 км. Она очень разреженна, плотность ее составляет всего 1-2% от плотности земной атмосферы. Марсианская атмосфера содержит 72% азота, 16% углекислого газа, 8% аргона[10], кислорода в ней не обнаружено[11].

Водяного пара в атмосфере Марса так мало, что если превратить, его в воду, то она покроет планету слоем всего 0,001 мм. Изредка наблюдаются небольшие белые облачка. Белые пятна у полюсов планеты, сокращающиеся летом, считают тонким (в несколько сантиметров) слоем изморози, над которым расположены облачные образования. В атмосфере Марса много оранжевой пыли, поднимаемой ветрами с поверхности.

Поверхность Марса ровная. На ней выделяются «материки» и «моря». Марсианские «материки» - обширные пустыни, покрытые рыхлыми отложениями. Относительно марсианских «морей» существуют разные мнения. Астроботаники допускают, что это низменные пространства, покрытые особой марсианской растительностью, но возможно, что это места выхода па поверхность коренных пород. Основная загадка «морей» - изменение цвета в зависимости от времени года. Так называемые «каналы» на Марсе - прямые узкие линии, вероятнее всего, представляют собой цепочки темных пятен, сливающихся при их рассмотрении с Земли в полосы.

У Марса два небольших спутника (диаметры их всего несколько-километров): Фобос и Деймос, движущихся почти точно в плоскости марсианского экватора в том же направлении, в каком вращается сам Марс. Период обращения Фобоса - 7 час. 39 мин., Деймоса - 30 час. 18 мин. - это пока единственный известный случай, когда спутник обращается быстрее, чем вращается сама планета[12].

Между Землей и Космосом происходит беспрерывный обмен веществом в масштабах, которые при учете состояния и развития нашей планеты заставляют принимать его во внимание. Из земной атмосферы все время уходят в космическое пространство атомы и молекулы газов, скорость движения которых позволяет им вырваться из сферы земного притяжения. Еще большее количество вещества выбрасывается в межпланетное пространство при извержениях вулканов, при взрывах, сопровождающих столкновение Земли с гигантскими метеоритами. На вопрос с том, что преобладает в обмене веществом между Землей и Космосом - его приход или расход, ответить пока нельзя. Однако учитывать, что этот обмен постоянно происходит, необходимо.

Луна. Подобно тому, как Земля обращается вокруг Солнца, вокруг Земли движется Луна - естественный спутник нашей планеты. Луна меньше Земли, ее диаметр составляет около одной четверти земного диаметра, а масса в 81 раз меньше массы Земли. Поэтому сила тяготения на Луне примерно в 6 раз меньше, чем на нашей планете. Слабая сила притяжения не позволила Луне удержать атмосферу и сохранить на ее поверхности воду.

Луна покрыта рыхлым слоем реголита, состоящего из фракций магматических пород. Минералогический состав лунных пород близок к земным породам - базальтам. Лунные породы отлича­ются от земных по содержанию оксидов железа и титана. Рельеф Луны образуют горные хребты, кольцевые горы-кратеры и равнинные области, называемые морями, на которых наблюдаются отдельные мелкие кратеры. По-видимому, кратеры образовались в местах падения гигантских метеоритов.

В 1959 г. поверхности Луны впервые достигла советская автоматическая станция «Луна-2». С того времени начался новый этап исследования Луны, Получена интересная информация о составе и структуре лунных пород. По предварительным оценкам, возраст лунных пород – 2,6-4 млрд. лет. Температура лунной поверхности – 100-400 К. Луна находится на среднем расстоянии от Земли 384 400 км. Преодолев такое огромное расстояние, 21 июля 1969 г. американский астронавт Н. Армстронг впервые ступил на поверхность Луны - сбылась давняя сказочная мечта человечества.

Планеты внешней группы весьма различны. Две из них - Юпитер и Сатурн - планеты-гиганты. Юпитер - самая большая планета Солнечной системы, превосходящая Землю по объему в 1300 раз. Масса же Юпитера только в 317 раз больше массы Земли. Средняя плотность составляет всего 1,9 плотности воды. Юпитер вращается очень быстро, причем скорость вращения несколько уменьшается от экватора к полюсам (на экваторе период вращения 9 час. 50 мин., на 45° широты - 9 час. 55 мин.). Быстрое вращение объясняет значительное сжатие планеты (¹/₁₆). При малом наклоне оси вращения к плоскости орбиты заметной смены времен года на Юпитере быть не может. Планета удерживает мощную атмосферу, в которой преобладает водород, содержатся гелий, метан, аммиак и нет кислорода, углерода, водяных паров. Температура атмосферы в среднем - 140° С. Поверхность планеты скрыта различно окрашенными (от красного до голубовато-белого цвета) облаками, образующими длинные ряды, поэтому при наблюдении с Земли Юпитер кажется полосатым. Из 12 спутников, обращающихся вокруг Юпитера, 4 больших (1-й и 3-й больше Меркурия) и 8 маленьких.

Сатурн со многом сходен с Юпитером. Объем планеты в 800 раз больше объема Земли. Она состоит из веществ, имеющих среднюю плотность 0,7 по отношению к воде. Сжатие планеты составляет около ¹/₁₀. В атмосфере Сатурна, как и в атмосфере Юпитера, преобладает водород. Вследствие еще большей удаленности от Солнца температура на Сатурне ниже, чем на Юпитере (-150°).

Особенность этой планеты - тонкое (10-15 км) кольцо, лежащее в плоскости экватора и представляющее собой, вероятно, скопление мелких обломков (от нескольких сантиметров до нескольких метров в поперечнике), обращающихся самостоятельно вокруг Сатурна. Кольцо могло образоваться при разрушении спутника. У Сатурна 9 спутников. Самый большой - Титан по величине равен Меркурию.

Планеты Уран и Нептун очень сходны между собой: обе имеют значительное сжатие, обе окружены атмосферой, содержащей водород, метан, аммиак, на обеих температура около - 200° С. У Урана известно 5 спутников, у Нептуна - 2. Спутники этих планет движутся в обратном направлении по сравнению с большинством спутников других планет. Некоторые ученые считают, что по размерам, массе, химическому составу эти планеты следует выделить в особую, третью группу планет Солнечной системы.

Плутон - планета, открытая только в 1930 г. и еще очень мало изученная. Она значительно меньше планет внешней группы, но отличается от них не только размерами. Предполагают, что Плутон захвачен Солнцем в его систему, что он мог быть в прошлом спутником Нептуна и, наконец, что он представляет собой малую планету - большой астероид из предполагаемого астероидного кольца, расположенного за Нептуном.

Астероиды (малые планеты) отличаются от больших планет размерами и неправильной, угловатой формой. Самый крупный из астероидов - Цевера имеет поперечник 768 км. Большинство астероидов - карлики, их поперечники измеряются всего только сотнями, десятками метров и даже метрами. Астероиды обращаются вокруг Солнца подобно большим планетам, но, как правило, по очень сильно вытянутым орбитам, расположенным в основном в пространстве между орбитами Марса и Юпитера. По форме, по наклону к плоскости солнечной орбиты орбиты астероидов очень различаются. Астероиды могут пересекать пути движения больших планет, что делает возможным их столкновение с планетами. Можно предполагать, что астероиды - осколки большой планеты. Это предположение хорошо согласуется с неправильной многогранной формой астероидов, с расположением их основной массы, образующей так называемое астероидное кольцо, в промежутке между Марсом и Юпитером. Именно здесь, по теоретическим расчетам, должна была находиться большая планета (ее называют Фаэтоном), взорвавшаяся, возможно, сотни миллионов лет назад. Образование астероидов объясняют также процессом сгущения пылевой среды в результате взаимного притяжения составивших ее частиц. Обе причины образования астероидов вполне вероятны.

Кометы - тела Солнечной системы с еще меньшей массой, чем астероиды. Масса наибольшей из них, по крайней мере, в миллиард раз меньше массы Земли. Орбиты движения комет вокруг Солнца имеют форму весьма вытянутых эллипсов и даже парабол. В комете выделяется твердое ядро, разреженное его газовое окружение - голова - и состоящий из газов и пыли хвост (комета может иметь не один хвост).

Ядро комет представляет собой глыбу очень рыхлых льдов (углеродистых и обычных) с включениями металлических частиц. Такие ледяные глыбы, попавшие в сферу притяжения Солнца, движутся в мировом пространстве по различным эллиптическим орбитам, представляя собой «потенциальные» кометы, не имеющие ни головы, ни хвоста. Настоящими кометами они становятся только тогда, когда в результате притяжения больших планет меняют орбиту и приближаются к Солнцу, Под действием солнечного тепла и бомбардировки потоками корпускул происходит быстрое разложение и испарение «кометных льдов» и распыление твердых частиц ядра. Ядро окутывается оболочкой, превращающейся в голову кометы. Выделяющиеся из ядра газы и пыль образуют хвост, протягивающийся в сторону, противоположную Солнцу, на миллиарды километров. Каждый раз, когда комета проходит близ Солнца, ее ядро теряет газы и пыль. Процесс разрушения кометы может ускорить встреча с крупным метеоритом. Распавшиеся кометы образуют метеорные потоки, продолжающие движение по орбите кометы.

В межпланетном пространстве в изобилии присутствует метеорное вещество - материальные образования различных размеров: осколки, глыбы, масса которых обычно измеряется граммами. Попадая в атмосферу Земли, метеорные тела нагреваются, плавятся и быстро испаряются. Более крупные из них проносятся по небу в виде огненных шаров (болидов). Иногда крупное метеорное тело достигает земной поверхности, тогда его называют метеоритом. Химический состав и плотность метеоритов различны. Существуют метеориты железные (сидериты) и каменные (с преобладанием в них кремния и кислорода). Химических элементов, неизвестных на Земле, в метеоритах не обнаружено. Обычно вес метеорита не превосходит нескольких килограммов, но бывают случаи падения и более крупных метеоритов. Самый крупный метеорит из обнаруженных (метеорит Гоба в Африке) весит 60 т. Массу Тунгусского метеорита оценивают в 2000 т. Ежегодно на Землю выпадает около двух тысяч метеоритов.

Солнечная система окутана пылевым облаком, состоящим из мельчайших твердых частиц. Плотность пыли изменяется обратно пропорционально расстоянию, на котором она находится от Солнца. Пыль концентрируется в плоскости, близкой к плоскости движения планет. Наибольшее сгущение ее наблюдается между орбитами Марса и Юпитера, т. е. там, где сосредоточены астероиды. Это привело к мысли о том, что пыль образуется за счет распада астероидов. Ее источником может быть также непрерывно происходящий в Солнечной системе процесс распада комет. Возможны и другие причины образования пыли. Пыль в межпланетном пространстве испытывает действие силы притяжения Солнца и отталкивающей силы его лучей.

Межпланетное пространство насыщено заряженными частицами, движущимися с тепловыми скоростями, - межпланетным газом.

Тема 8: Земля - планета

1. Общая характеристика земной поверхности.

2. Форма и размеры Земли.

3. Движения Земли.

4. Обращение Земли вокруг Солнца.

5. Пояса освещенности астрономические тепловые пояса.

6. Строение Земли.

7. Тепло Земли.

8. Земной магнетизм.

1. Общая характеристика земной поверхности. На земной поверхности преобладает вода. Из 510 млн. км² площади поверхности Земли Мировой океан занимает 361 млн.км², т.е. 70,8%. На долю суши приходится только 149 млн. км², т.е. 29,2%. Таким образом, площадь водной поверхности относится к площади суши, как 2,43:1. Это соотношение соответствует соотношению удельных весов водных и материковых масс: вес материков приблизительно равен весу океанских вод.

В распределении воды и суши на Земле можно отметить ряд особенностей. В северном полушарии суша занимает значительно большую площадь (39%), чем в южном (19%). Больше всего суши (почти сплошное ее кольцо) в умеренных широтах северного полушария; меньше всего - в умеренных широтах южного полушария (сплошное водное кольцо). К северу и к югу от 60° С.Ш. площадь, занимаемая сушей, уменьшается, к северу и к югу от 60° Ю.Ш. - увеличивается. Северная полярная область занята водой, южная полярная область - сушей. Если провести границу, внутри которой на севере полностью разместится Северный Ледовитый океан, а на юге - Антарктида, окажется, что она пройдет приблизительно по параллели 71° северной и южной широты.

Пользуясь глобусом, легко убедиться в том, что материкам, как правило, противолежит Океан. Только южная часть Южной Америки имеет антиподом сушу. Все материки, кроме Антарктиды, сужаются к югу, почти у всех на западе - большие заливы, вдающиеся в сушу, на востоке - выступы в сторону Океана. С севера (от широт с наибольшим распространением суши – 60-70°) на юг материки простираются в трех направлениях (тремя лучами). Южные материки являются как бы продолжением северных материков, всегда отделенных от них глубокими средиземными морями. Легко заметить некоторое смещение южных материков по сравнению с северными к востоку.

Существующие особенности распределения воды и суши на земной поверхности нельзя считать случайными. Они объясняются совместным воздействием на формирование материков и океанов ряда внутренних и внешних причин, сложно переплетающихся на протяжении 4-5-миллиардного периода существования Земли. Несомненно, имеют значение тяготение и переменное осевое вращение Земли. Вопрос о причинах существующего распределения воды и суши на земной поверхности, о форме материков и об их взаимном расположении относится к интереснейшим вопросам, на которые наука о Земле пока еще не дала бесспорного ответа.

Океан един, из любой его точки можно попасть в любую другую точку, не пересекая сушу. Единый Океан, называемый Мировым океаном, условно делят на части - океаны. В настоящее время выделяются четыре океана:

Океаны	Площадь с морями (млн. кв. км)	Максимальная глубина (м)	Средняя глубина (м)
Тихий Атлантический Индийский Северный Ледовитый	179,67 93,36 74,91 13,10	11022 9128 7450 5449	4028 3332 3897

Первое научное деление Мирового океана предложил голландский географ Б. Варениус в 1650 г. Он выделил 5 океанов: Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый и Южный Ледовитый. Границы Ледовитых океанов проводились по полярным кругам. Такое деление Океана сохранялось до XX в. Когда стало известно, что внутри южного полярного круга расположена Антарктида, Южный Ледовитый океан перестали выделять. Целесообразность выделения Северного Ледовитого океана при очень малых размерах его (сравнительно с другими океанами) также вызывала сомнения. В 1912 г. вопрос этот обсуждался на Международном географическом конгрессе, но единого мнения не было. В некоторых странах, в том числе и в РФ, по инициативе известного океанографа Ю.М. Шокальского Северный Ледовитый океан стали называть Полярным морем, относя его к Атлантическому океану. Однако в 1935 г. решением Совнаркома, принятым по докладу О. Ю. Шмидта, Северный Ледовитый океан, как совершенно особая часть Мирового океана, был «восстановлен» и снова появился на изданных в Советском Союзе картах.

Современные исследования антарктических вод привели многих ученых к выводу о большом своеобразии южной части Мирового океана. Появилось мнение о необходимости выделения Южного Ледовитого океана, .но совершенно в других границах, чем его выделяли раньше. Одни ученые предлагают принять за северную границу Южного Ледовитого океана хорошо выраженную зону, в которой встречаются воды полярных и умеренных широт, - зону так называемой антарктической конвергенции, проходящую примерно между 50 и 60° Ю.Ш. Другие считают, что граница проходит севернее - в зоне субтропической конвергенции, т.е. там, где встречаются воды умеренных и тропических, широт. Площадь нового Южного Ледовитого океана в зависимости от принятых границ может составить от 35,7 млн. до 75 млн. км². Вопрос о выделении Южного Ледовитого океана ,не решен, поэтому общепринятым остается пока приведенное выше деление Мирового океана на четыре части.

Границы океанов «е вызывают сомнений только там, где они совпадают с берегами материков. Там же, где границы проходят по водной поверхности, они всегда условны. Особенно трудно установить границы между Атлантическим, Индийским и Тихим океанами в южной их части (в пределах предполагаемого Южного Ледовитого океана). Условно их проводят по меридианам мысов Игольного (Африка), Южного (о. Тасмания) и Горн (Южная Америка, о. Горн) к Антарктиде. Можно провести границы с учетом рельефа дна, но и о^;ни не могут считаться бесспорными. Граница Индийского и Тихого океанов на отрезке между Азией и Австралией проходит от п-ова Малакка по внешней стороне дуги Больших и Малых Зондских о-вов к Новой Гвинее и через Торресов пролив к Австралии.

Северный Ледовитый океан граничит с Тихим по линии мыс Дежнева (Азия) - мыс Принца Уэльского (Северная Америка). Граница Северного Ледовитого океана с Атлантическим более сложная, она проходит от п-ова Лабрадор к Баффиновой Земле (Гудзонов пролив и Гудзонов залив относятся к Северному Ледовитому океану), а затем идет на восток через пролив Девиса к Гренландии, от Гренландии к Исландии, далее к Фарерским о-вам и к мысу Стад на Скандинавском п-ове. Суша разделена Океаном на шесть отдельных крупных частей - материков (континентов): Евразия, Африка, Северная Америка, Южная Америка, Австралия, Антарктида и множество мелких частей - островов. Кроме понятия «материк», существует понятие «часть света».

Часть света - это материк или часть материка (например, Европа) с прилегающими к нему островами. Понятие «часть света» - культурно-историческое, оно возникло в связи с открытиями европейцами неизвестных им раньше земель. Новооткрытые земли называли «Новым Светом» в отличие от ранее известного «Старого Света». Оба материка Америки составляют одну часть света, Евразия же делится на две части: Европу и Азию. Всего частей света шесть: Европа, Азия, Африка, Америка, Австралия, Антарктида.

Если исторически деление Евразии на две части света может быть обосновано, то в природе провести границу между ними можно только условно. Поэтому не удивительно, что различные ученые проводят ее по-разному. Наиболее приемлемой можно считать границу, проводимую по подошве восточного склона Уральского хребта, по реке Уралу, по северному берегу Каспия и по Кумо-Манычской впадине к Черному морю. При таком делении весь Кавказ относится к Азии.

По размерам и по характеру поверхности материки весьма различны. Материк Евразия не только значительно превосходит по площади каждый из пяти остальных материков, но и отличается наиболее сложным характером поверхности. Здесь расположены высочайшие горы Земли и глубочайшие на поверхности суши депрессии. Каждый материк имеет свои особенности, отличающие его от других материков: двух одинаковых материков нет. Но вместе с тем существуют черты сходства в характере поверхности материков. Для каждого из материков и для суши в целом характерно преобладание высот менее 1000 м и сравнительно незначительное распространение высоких гор. Горы образуют пояса, простирающиеся в направлениях, близких к на­правлению меридианов и параллелей. Наибольшей высоты достигают вершины хребтов, расположенных около 30-40° северной и южной широты (табл. Высочайшие вершины в разных широтных поясах).

Таблица

Высочайшие вершины в разных широтных поясах

Северное полушарие		Южное полушарие
Назнание вершин	Высота (м)	Название вершин	Высота (м)
70-60° с. ш. - Логан 60-50°    »    - Броун 50-40°    »   - Хан-Тенгри 40-30°    »   - Чогори 30-20°    »   - Джомолунгма 20-10°    »   - Орисаба 10-0°      >   - Каябе	6050 4880 6995 8611 8882 5700 5840	80-70°ю.ш. в горах Королевы Мод 70-60°    » - Стивенсона 60-50°    » - Дарвина 50-40°    » - Кука  40-30°   » - Аконкагуа 30-20°   » - Охос-дель-Саладо 20-10°    » - Сахама 10-0°   » - Чимборасо	4300 2981 2489 3764 6960 6900 6780 6272

Наглядное представление о соотношении площадей, занимаемых на Земле различными высотами и глубинами, дает гипсографическая кривая[13]. Гипсографическая кривая строится «а основании данных, полученных в результате измерений площадей наиболее характерных высот и глубин на картах изогипс (линий одинаковых высот) и изобат (ли­ний одинаковых глубин).

При построении гипсографической кривой высоты и глубины (в м) откладываются по оси ординат, а занимаемые ими площади (в млн. кв. км или в % от всей площади земной поверхности) - по оси абсцисс. На гипсографической кривой видно преобладание на суше высот менее 1000 м, а в Океане - глубин от 3000 до 6000 м. Высокие горы и глубоководные желоба занимают очень мало места на Земле. Пользуясь гипсографической кривой, можно определить среднюю высоту суши, среднюю глубину Океана, положение среднего уровня твердой земной поверхности и среднего уровня физической поверхности Земли.

Средняя высота суши составляет 875 м. Средняя глубина Мирового океана - 3790 м.

Средний уровень твердой земной поверхности - уровень выровненной поверхности земной коры без океанов - располагается на 2430 м ниже современного уровня Океана. Если выше уровня твердой земной поверхности сплошным ровным слоем разместить массу вод Мирового океана, уровень Океана окажется на 250 м выше современного его уровня. Это средний уровень физической поверхности Земли, которая во всех точках будет перпендикулярна направлению силы тяжести.

Гипсографическую кривую можно рассматривать как обобщенный идеальный профиль твердой земной поверхности, в котором отчетливо выделяются две ступени: материковая и океанская. Первая образована более легкими (гранитными) массами, вторая - более тяжелыми (базальтовыми). Две ступени гипсографической кривой отражают характерные черты строения земной поверхности.

Заметные изменения наклона кривой позволяют разделить ее на несколько отрезков, соответствующих характерным ступеням высот и глубин: горам, возвышенностям, низменностям, материковой отмели (шельфу), материковому склону, ложу (дну) Океана и глубоководным желобам. Материковый склон ограничивает со стороны Океана подводное основание материка (материковый цоколь), простирающееся до глубины 2430 м (до уровня выровненной твердой земной поверхности).

Гипсографические кривые отдельных материков и отдельных океанов имеют те же характерные особенности, что и гипсографическая кривая для всей поверхности Земли.

Размещение воды и суши на земной поверхности, а также характер поверхности материков относятся к важнейшим факторам, определяющим структуру географической оболочки. Если шарообразная форма и вращение Земли при ее определенном положении по отношению к Солнцу определяют зональное (изменяющееся по широтным поясам от экватора к полюсам) распределение солнечного тепла по земной поверхности и объясняют вызванную этим зональность процессов в географической оболочке, то неравномерное размещение воды и суши - причина наиболее крупных различий в распределении тепла и влаги в пределах зоны, причина возникновения наиболее крупных районов (регионов) в географической оболочке.

2. Форма и размеры земли. Еще древним культурным народам за семь веков до нашей эры было известно, что Земля шарообразна. Во II в. до н. э., после измерений Земли Эратосфеном, люди получили почти правильное представление о размерах Земли. С течением времени появлялись новые доказательства ее шарообразности (например, возможность кругосветных плаваний), совершенствовались методы определения углов и применялись новые методы измерения расстояний на местности. Применение триангуляции[14] и более совершенные приборы позволили французскому ученому Жану Пикару произвести в 1669-1670 гг. наиболее точное из всех до этого времени измерение величины градуса меридиана. По измерениям Пикара радиус Земли оказался равным 6371,7 км.

Результаты этих измерений были использованы Ньютоном для обоснования открытого им закона всемирного тяготения, из которого следовал вывод, что Земля, как вращающееся тело, должна иметь форму сжатого эллипсоида.

Земля могла бы быть правильным шаром только в том случае, если бы она не вращалась. В результате взаимного притяжения, составляющие ее частицы расположились бы равномерно вокруг общего центра притяжения - центра фигуры. При вращении тела возникает центробежная сила, прямо пропорциональная квадрату скорости вращения частицы и обратно пропорциональная расстоянию от оси вращения V²/R. Центробежная сила равна нулю на полосе и имеет максимальное значение на экваторе, где скорость, вращения достигает 464 м/сек. Центробежная сила уменьшает силу притяжения. Равнодействующая силы притяжения и центробежной силы называется силой тяжести (гравитационной силой, от греч. gravitos - тяжесть)[15]. Сила тяжести в направлении от полюсов к экватору уменьшается. Все тела на полюсе на ¹/₂₉₈ тяжелее, чем на экваторе. Под влиянием центробежной  силы частицы земного  вещества должны переместиться по направлению к экватору. Земля приобретает сжатие вдоль оси вра­щения, в результате которого расстояние от центра Земли до поверх­ности окажется на разных широтах различным.

До нашего времени сохранил значение воображаемый опыт Ньютона, использованный им для определения сжатия. Ученый представил себе, что Землю прорезает заполненный водой канал, проходящий под прямым углом от полюса через центр Земли к экватору. В экваториальном отрезке канала вода на всех уровнях будет легче, чем в полярном. его отрезке. Если на поверхности в экваториальном отрезке это облегчение веса равно ¹/₂₉₈, то с глубиной оно несколько уменьшается. Различие в весе воды компенсируется объемом, и соответственно уровень воды в полярном отрезке канала опускается, а в экваториальном поднимается.

На основании этого опыта легко представить себе, что если: бы Земля была жидкой, она непременно сплюснулась бы по оси вращения и вытянулась бы по экватору.

Ньютон считал, что так и произошло, когда Земля была расплавленной. Известно, что твердое вещество Земли на длительное воздействие силы реагирует как пластичная масса, и поэтому для того, чтобы возникло сжатие, Земля не обязательно должна была быть расплавленной.

Уточнить фигуру Земли и выявить ряд ее неизвестных ранее особенностей помогли искусственные спутники. Прежде всего точно было, определено сжатие Земли. При движении спутников по орбите наиболее удаленная от Земли (апогей) и наиболее близкая к Земле (перигей) точки их орбиты не сохраняют неизменного положения по отношению к. звездам (как это было бы, если бы Земля была шаром). И апогей и перигей не видны с Земли в одно и то же время, в одном и том же направлении. Эти точки обходят вокруг Земли, причем их движение тем быстрее, чем больше сжатие Земли и чем меньше наклонена плоскость орбиты спутника к плоскости земного экватора. Зная величины смещения апогея (или перигея) после каждого оборота Земли, среднее расстояние спутника от центра Земли, период его обращения вокруг Земли и наклон его орбиты к плоскости земного экватора, по соответствующей формуле вычисляют сжатие Земли.

Сжатый эллипсоид - правильное тело вращения. Правильную фигуру может иметь только однородное или обладающее равномерным распределением плотности вращающееся тело. Поверхность такого тела во. всех точках перпендикулярна направлению силы тяжести (направлению отвеса). В действительности массы в земной коре распределяются, неравномерно. Поэтому поверхность, перпендикулярная во всех точках отвесу, - уровенная поверхность не может совпадать с поверхностью эллипсоида. Угол, образованный этими поверхностями, в разных точках различен.

Уровенных поверхностей можно провести бесчисленное множество, причем они нигде не совпадут и не пересекутся. Ту из уровенных поверхностей, которая 'ближе всего подходит к поверхности земного эллипсоида, называют геоидом[16]. Геоид не представляет собой правильного геометрического тела. Его фигуру можно установить только на основании конкретных измерений, тогда как в отношении эллипсоида для этого достаточно измерить кривизну по одному меридиану (и даже только з двух пунктах).

С поверхностью геоида совпадает спокойная поверхность Мирового океана, на материках поверхность геоида можно наблюдать в глубоких, соединенных с Океаном каналах. Действующие 'на земную поверхность силы нарушают ее устойчивое (перпендикулярное направлению силы тяжести) положение, вызывая отклонение от уровенной поверхности. С прекращением действия силы, вызывавшей отклонение, водная поверхность быстро принимает положение уровенной, поверхность же суши выравнивается сравнительно медленно. Та поверхность Земли, которую мы видим, осложненная действием внешних и внутренних процессов, представляет собой так называемую физическую поверхность Земли. Фигура геоида подвержена изменениям, вызываемым изменениями скорости вращения Земли и перераспределением масс земного вещества. При обработке результатов движения спутников по полярным орбитам ученые обратили внимание на асимметричность северного и южного полушарий. Оказалось, что южное полушарие более сжато, около южного полюса имеется впадина (осевая). В северном полушарии, наоборот, существует осевой выступ и Северный полюс приподнят по сравнению с Южным примерно на 30 м.

Фигура Земли обусловливает закономерное уменьшение угла падения солнечных лучей на ее поверхность в направлении от экватора к полюсам. Следствием являются убывание в том же направлении количества солнечной энергии, получаемой поверхностью, и связанная с этим зональность природы (широтная поясность) на земной поверхности.

Размеры земного эллипсоида были вычислены по данным геодезических съемок, проведенных на территории бывшего СССР с учетом результатов градусных измерений, производившихся в других странах. Экваториальный радиус (большая полуось) а - 6 378 245 м, полярный радиус (малая полуось) b - 6356863 м, средний радиус - 6371110 м. Сжатие ^a-b/_b=¹/_298,3.

Длина окружности меридиана - 40 008 550 м. Длина экватора - 40075696 м. Площадь поверхности Земли - 510∙10⁶ км².Объем Земли - 1, 083∙10¹² км³. Приведенные размеры Земли приняты в РФ. Обладающий им эллипсоид назван эллипсоидом Ф.Н. Красовского.

Если учитывать асимметрию северного и южного полушарий (сердце-видность Земли), принятые размеры потребуют незначительных поправок, которые практически можно не принимать во внимание. Так, полярное сжатие составит ¹/_298,21 вместо ¹/_298,3.

Размерами Земли определяются размеры географической оболочки, пространственные масштабы происходящих в вей процессов. Or размеров зависит масса Земли, обусловливающая силу земного притяжения. Земное притяжение оказывает непрерывное влияние на все процессы, происходящие в географической оболочке, а часто и обусловливает их.

3. Движения земли. Земля находится в среднем на расстоянии 149,5 млн. км (107 солнечных диаметров) от Солнца и, обращаясь по эллиптической орбите, приближается к нему в перигелии на 147 млн. км и удаляется в афелии на 152 млн. км[17].

Земная ось наклонена к плоскости земной орбиты под углом 66°33', соответственно угол, образованный плоскостью земного экватора с плоскостью орбиты, составляет 23°27'. Наклон земной оси к плоскости орбиты почти не изменяется.

Как и другие планеты, Земля принимает одновременно участие в нескольких движениях, главные из которых - вращение около собственной оси и обращение вокруг Солнца.

Вращение земли вокруг оси. Земля, вращаясь с запада на восток (если смотреть на нее со стороны Северного полюса), совершает полный оборот вокруг оси за 24 часа. Угловая скорость вращения всех точек Земли при этом одинакова (15° за час). Линейная скорость вращения точек зависит от того расстояния, которое они должны пройти за  период суточного вращения Земли. Неподвижными на поверхности Земли остаются только точки выхода воображаемой оси - точки географических полюсов-(Северного и Южного). С наибольшей скоростью (464 м/сек) вращаются точки на линии экватора, на линии большого круга, образованного пересечением Земли плоскостью, перпендикулярной оси вращения. Если мысленно пересечь Землю рядом параллельных экватору плоскостей, на земной поверхности появятся линии, имеющие направление запад - восток, называемые параллелями. Длина параллелей уменьшается от экватора к полюсам, соответственно уменьшается и линейная скорость вращения параллелей. Линейная скорость вращения всех точек на одной параллели одинакова.

При пересечении Земли плоскостями, проходящими через ось вращения Земли, на ее поверхности возникают линии, имеющие направление север - юг, меридианы (meridianus, лат. - полуденный). Линейная скорость вращения всех точек на одном меридиане неодинакова: от экватора к полюсам она уменьшается.

Убедительным доказательством вращения Земли вокруг оси служит опыт с качающимся маятником (опыт Фуко).

По законам механики всякое качающееся тело стремится сохранить плоскость качания. Свободно подвешенный качающийся маятник не изменяет плоскости качания, а вместе с тем, если на поверхности Земли, под маятником поместить круг с делениями, окажется, что по отношению к этому кругу (т. е. по отношению к поверхности Земли) положение плоскости качания маятника изменяется. Это может произойти только вследствие того, что поверхность Земли под маятником поворачивается. На полюсе кажущийся поворот плоскости качания маятника составит 15° за час, на экваторе положение плоскости качания маятника не изменяется, так как она все время совпадает с меридианом; на промежуточных широтах кажущийся поворот плоскости качания равен 15° sin φ в час (ср - географическая широта места наблюдения).

Отклоняющее действие вращения Земли (сила Кориолиса)[18] - одно из важнейших следствий вращения Земли. Мы обычно ориентируем направление движения тел по отношению к сторонам горизонта (север» юг, восток, запад), т.е. по отношению к линиям меридианов и параллелей, забывая о том, что эти линии вследствие вращения Земли непре­рывно изменяют свою ориентацию в мировом пространстве. Тело же, находящееся в движении, по закону инерции стремится сохранить направление и скорость своего движения относительно мирового пространства. Пусть, например, из точки А (в северном полушарии) в сторону Северного полюса запущена ракета. В момент запуска направление ее движения (АВ) совпадает с направлением меридиана. Но уже в следующий момент точка А в результате вращения Земли переместится вправо, в точку В. Направление меридиана в пространстве изменится, меридиан отклонится влево. Ракета, наоборот, сохранит направление движения, наблюдателю же, следящему за ее движением, кажется, что под влиянием какой-то силы она отклонилась вправо. Нетрудно понять, что эта сила фиктивная, ибо ракета только кажется отклонившейся вследствие изменения направления меридиана, по которому наблюдатель ориентирует направление ее движения. Если тело двигается' в северном полушарии с севера на юг, меридиан изменяет свое направление, перемещаясь влево, и наблюдатель видит движущееся тело отклоняющимся, так же как и при движении с юга на север, вправо. Отклонение будет наибольшим на полюсах, так как там меридиан за сутки изменяет свое направление в мировом пространстве на 360°. От полюсов :к экватору отклонение убывает, и на экваторе, где меридианы параллельны друг другу и их направление в пространстве не изменяется, отклонение равно 0.

В южном полушарии отклоняющее действие вращения Земли проявляется в отклонении движущихся тел влево.

От направления движения вправо в северном полушарии и влево в южном отклоняются тела, передвигающиеся в любом направлении.

Отклоняющее действие вращения Земли Отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса), действующая на единицу массы (1 г), движущейся со скоростью v м/ceк, выражается формулой F = 2ω∙v∙sinφ, где ω - угловая скорость вращения Земли, φ - широта. Сила Кориолиса от направления движения тела не зависит и на скорость его не влияет.

Отклоняющее  действие вращения Земли  оказывает постоянное воздействие на направление движения всех тел на Земле, в частности оно существенно влияет на направление воздушных и морских течений.

Смена дня и ночи на Земле. Солнечные лучи освещают всегда только половину Земли, обращенную к Солнцу. Вращение Земли вокруг оси обусловливает быстрое перемещение солнечного освещения по земной поверхности с востока на запад, т.е. смену дня и ночи.

Если бы земная ось была перпендикулярна плоскости орбиты, свето-раздельная плоскость (плоскость, делящая Землю на освещенную и неосвещенную половины) делила бы все широты на две равные части и на всех широтах день и ночь были бы всегда равны. При наклонном положении оси к плоскости земной орбиты день и ночь могут быть равны на всех широтах только в тот момент, когда земная ось лежит в еве-тораздельной плоскости и когда светораздельная линия (линия, образованная пересечением земной поверхности светораздельной плоскостью) проходит через географические полюса. Когда земная ось наклонена северным концом к Солнцу, светораздельная плоскость, пересекая земную ось в центре Земли, делит Землю на две половины так, что большая часть северного полушария оказывается освещенной, а меньшая попадает в тень, и, наоборот, большая часть южного полушария находится в тени. Если ось Земли наклонена к Солнцу южным концом, южное полушарие освещено больше, чем северное. Так как светораздельная линия и в том и в другом случае не проходит через географические полюса и делит все широты, кроме 0°, на две неравные части - освещенную и неосвещенную, день и ночь на всех широтах, кроме экватора, не равны. В том полушарии, которое наклонено к Солнцу, день длиннее ночи, в противоположном полушарии, наоборот, ночь длиннее дня. На тех широтах, которые не пересекаются светораздельной линией и на какое-то время оказываются полностью на освещенной или неосвещенной стороне Земли, в соответствующий период (до полугода на полюсах) смены дня и ночи не происходит. Если смена дня и ночи определяется вращением Земли около оси, а неравенство их - наклоном оси к земной орбите, то постоянное изменение продолжительности дня и ночи на всех широтах, кроме экватора, является результатом неизменного положения земной оси в пространстве при обращении Земли вокруг Солнца.

4. Обращение земли вокруг солнца. Земля обращается вокруг Солнца со средней скоростью 29,76 км/сек. Весь путь по орбите она проходит за 365 суток 6 часов 9 минут 9,6 секунды[19].

Важнейшее следствие обращения Земли вокруг Солнца при почти неизменном положении ее оси в пространстве - смена времен года.

Начало астрономического лета в северном полушарии - 22 июня - день летнего солнцестояния. В южном полушарии в это время начинается астрономическая зима. В день летнего солнцестояния Земля располагается в афелии. Ось Земли наклонена северным концом к Солнцу, и солнечные лучи в полдень падают отвесно на широте 23°27' С.Ш. - на северном тропике, 22 июня Солнце занимает на небе всех широт северного полушария 'наивысшее в году положение. Широты к северу от 66°33' С.Ш. (от северного полярного круга) оказываются полностью на освещенной половине Земли, и Солнце за горизонт здесь не заходит.

На всех широтах между северным полярным кругом и экватором день длиннее ночи. Освещенность северного полушария в день летнего солнцестояния наибольшая за год. В южном полушарии в день летнего солнцестояния Солнце находится особенно низко над горизонтом. К югу от 66°33' Ю.Ш. (от южного полярного круга) царит полярная ночь, соответствующая по продолжительности полярному дню тех же широт северного полушария. На всех широтах между южным полярным кругом и экватором день короче ночи. Освещенность южного полушария в день летнего солнцестояния наименьшая за год.

Непрерывно перемещаясь по орбите, 23 сентября Земля занимает положение, при котором светораздельная линия проходит через географические полюса, и день равен ночи на всей Земле. Это день осеннего равноденствия. Оба полушария (северное и южное) в этот день освещены одинаково. 23 сентября - начало астрономической осени в северном полушарии и начало астрономической весны - в южном.

22 декабря, в день зимнего солнцестояния, Земля находится в перигелии. К Солнцу обращено южное полушарие, и там начинается астрономическое лето, тогда как в северном полушарии наступает астрономическая зима. Солнечные лучи в полдень падают отвесно на южный тропик (23°27' Ю.Ш.). Область около южного полюса, ограниченная южным полярным кругом (66°33' Ю.Ш.), освещена незаходящим Солнцем; над соответствующей областью в северном полушарии Солнце не восходит. Освещенность южного полушария наибольшая в году, северного - наименьшая. Как и 22 июня, день равен ночи только на экваторе.

21 марта, в день весеннего равноденствия, Солнце освещает Землю так же, как и 23 сентября: оно стоит в зените над экватором, и на всех широтах день равен ночи. В северном полушарии наступает астрономическая весна, в южном - осень.

Земля движется по орбите с различной скоростью. В тот период, когда она бывает ближе всего к Солнцу (в перигелии), скорость ее движения наибольшая. Наименьшая скорость - во время прохождения Земли через афелий. Отсюда следует, что из всех времен года в северном полушарии самое продолжительное - лето, а самое короткое - зима, в южном полушарии - наоборот. Различия в продолжительности времени года невелики. В настоящее время весна в северном полушарии продолжается 92,8 суток, лето - 93,6, осень - 89,8, зима - 89,0.

5. Пояса освещенности астрономические тепловые пояса. Закономерное изменение положения Земли по отношению к Солнцу при ее движении по орбите с сохранением определенного наклона оси вращения обусловливает положение на Земле линий тропиков и полярных кругов, ограничивающих пояса освещенности (астрономические тепловые пояса). Они выделяются в зависимости от полуденной высоты Солнца продолжительности освещения (от продолжительности дня).

Между тропиками (северным - тропиком Рака и южным - тропиком Козерога) лежит жаркий астрономический пояс, в пределах которого Солнце два раза в году стоит в полдень в зените. На экваторе эти моменты разделены равными промежутками времени по 6 месяцев (21 марта и 23 сентября). На тропиках Солнце стоит в зените только один раз в году - в дни солнцестояний (на северном тропике - 22 июня, на южном - 23 декабря). В поясах, расположенных между тропиками и полярными кругами, в умеренных астрономических поясах, Солнце не бывает в зените, но в течение 24 часов обязательно происходит смена дня и ночи, причем продолжительность их зависит от времени года и от широты. На полярных кругах Солнце не поднимается над горизонтом выше чем на 47°, но может летом целые сутки не скрываться за горизонтом. Зимой целые сутки Солнце вообще не показывается. К северу от северного полярного круга и к югу от южного полярного круга находятся холодные астрономические пояса. Они отличаются тем, что при низком положении над горизонтом (меньше 47°) Солнце до полугода (на полюсах) не скрывается и такой же период времени не появляется (табл. Сам. дл и самыйкорю, длина поляр. дня).

Таблица

Чем выше стоит Солнце над горизонтом, тем больше солнечного тепла получает поверхность, на которую падают его лучи. Поэтому пояса между тропиками жаркие, пояса между полярными кругами и полюсами холодные. Промежуточные (расположенные между тропиками и полярными кругами) пояса по количеству получаемого от Солнца тепла -умеренные. Принимать за границы тепловых поясов линии тропиков и полярных кругов можно только условно, так как в действительности температура определяется рядом условий, зависящих в первую очередь от характера поверхности. Но эти линии, безусловно, являются границами поясов с различной продолжительностью освещенности их солнечными лучами.

Расположение линии тропиков и полярных кругов зависит от угла наклона оси вращения планеты к ее орбите. Если бы ось Земли не имела наклона к орбите, этих линий вообще не было бы, не выделялись бы и пояса освещенности (астрономические тепловые пояса). Такое положение существует, например, на Меркурии. На планете, ось вращения которой наклонена к орбите на 45°, на широтах 45° С. и Ю. в день летнего солнцестояния в соответствующем полушарии солнечные лучи падают отвесно (так, как на земных тропиках), а в день зимнего солнцестояния Солнце не появляется из-за горизонта (так, как на земных полярных кругах). Умеренного астрономического пояса на такой планете вообще не будет.

Таблица

Изменение наклона оси вращения планеты к орбите вызывает расширение или сужение астрономических тепловых поясов (поясов освещенности).

Результатом вращения Земли вокруг оси и вызванной этим смены дня и ночи является суточный ритм процессов в географической оболочке Земли. В течение суток закономерно изменяется количество солнечной энергии, получаемой поверхностью, изменяются температура, влажность, атмосферное давление, движение воздуха. На эти изменения чутко реагируют организмы, влияющие в свою очередь на окружающую их среду. Суточный ритм процессов проявляется на фоне годового их ритма, обусловливаемого движением Земли вокруг оси, сменой времен года и выражающегося в закономерной смене явлений в природе.

Изменение времени. Время местное и поясное. Период вращения Земли вокруг оси (сутки) и период обращения ее вокруг Солнца (год) представляют собой естественные единицы для измерения времени. Удобно принять за единицу времени истинные солнечные сутки - промежуток между двумя верхними кульминациями солнечного диска (истинным полднем). Однако различная продолжительность солнечных суток, вызванная неравномерным движением Земли по орбите и наклоном ее оси вращения к плоскости орбиты, делает истинные солнечные сутки непригодными для измерения точного времени. В практических целях пользуются средним солнечным временем. Его измеряют по так называемому среднему Солнцу - воображаемой точке, равномерно перемещающейся по небесному экватору и совершающей полный оборот за тот же период, что и истинное Солнце, т.е. за год. За единицу времени принимают средние солнечные сутки - 24 часа среднего солнечного времени. Если считать началом солнечных суток момент верхней кульминации среднего Солнца (средний полдень), то время в любой момент будет равно часовому углу среднего Солнца[20]. Для удобства на практике условились принимать за начало средних солнечных суток момент нижней кульминации среднего Солнца (полночь), поэтому среднее солнечное время в любой момент равно часовому углу среднего Солнца +12 часов.

Сутки начинаются одновременно на всем меридиане. Каждый меридиан имеет свое, местное время, и, чем восточнее он расположен, тем раньше начинаются на нем сутки. Вращаясь, Земля за час поворачивается на 15°, это значит, что на меридианах, отстоящих друг от друга на 15°, местное время отличается на 1 час. Если расстояние между меридианами 1°, разница во времени составит 4 минуты.

В качестве всемирного (мирового) времени принято время начального меридиана (гринвичского). Чтобы перевести местное время во всемирное и обратно, нужно знать угловое расстояние места от начального меридиана, т.е. его долготу. Всемирным временем пользуются в астрономии, в практической жизни оно не применяется.

Местное время неудобно из-за различий во времени соседних пунктов. Поэтому еще в XIX в. ввели поясное время, разделив всю поверхность Земли на 24 пояса, по 15° каждый. Поясное время считают по среднему в данном поясе меридиану.

Начальный (нулевой) пояс имеет время гринвичского меридиана, делящего этот пояс пополам. Время первого пояса отличается от времени начального пояса на 1 час, время второго пояса - на 2 часа и т.д.

Границы поясов проведены не точно по меридианам, а с учетом политических, хозяйственных и прочих границ.

Для перевода местного времени в поясное и обратно служит формула: поясное время (Т_n) равно местному среднему времени (m) плюс номер пояса (n) минус географическая долгота (φ).

В Советском Союзе в целях более равномерного расходования электроэнергии в течение суток и ликвидации перегрузки электростанций в вечерние часы в 1930 г. декретом правительства стрелки часов были передвинуты на час вперед. Поэтому во всех часовых поясах на территории РФ часы идут на час вперед, как бы по времени следующего к востоку пояса. Это время называется декретным.

Изменения в движении земли и следствия этого. Солнце, Луна, другие космические тела оказывают влияние на движение Земли - вызывают его возмущения. В результате притяжения Земли Солнцем возникает прецессия[21] Земли. Земля вследствие полярного сжатия имеет некоторый избыток масс в экваториальном поясе. Плоскость экватора, как известно, не совпадает с плоскостью земной орбиты, т.е. с плоскостью, в которой находится Солнце. Солнце притягивает близлежащую к нему часть экваториального утолщения Земли сильнее, чем противолежащую, и поэтому стремится повернуть плоскость земного экватора в плоскость эклиптики. Но Земля, как тело вращающееся, противостоит этому воздействию, и в результате ось ее вращения очень медленно описывает в пространстве около перпендикуляра к плоскости орбиты конус с вершиной в центре Земли. Наклон земной оси к эклиптике при этом не изменяется. Полный оборот ось вращения делает за 26 000 лет. Это возмущение в движении Земли называется прецессией.

Вследствие прецессии полюс мира перемещается среди звезд. Через 11500 лет он окажется уже не около Полярной звезды, а у звезды Беги (в созвездии Лиры). Поскольку перемещается полюс мира, поворачивается в пространстве и плоскость мирового экватора. Точки пересечения этой плоскости с плоскостью земной орбиты (точки весеннего и осеннего равноденствия) смещаются. Точка весеннего равноденствия[22] перемещается навстречу видимому годичному движению Солнца на 50" в год, и равноденствие наступает раньше, чем Солнце пройдет все 360° по эклиптике. Промежуток времени между двумя прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия называется тропическим годом б отличие от звездного (седерического) года, равного времени полного оборота Земли вокруг Солнца. Тропический год на 20 мин. 24 сек. короче звездного, он лежит в основе календаря. С каждым оборотом Солнца весеннее равноденствие наступает все раньше и раньше (это так называемое предварение равноденствия), и в результате промежуток времени между наступлением времени года и прохождением Земли через перигелий и афелий увеличивается. В настоящее время Земля проходит перигелий зимой, через 6 500 лет она будет проходить его весной. Через 13000 лет (половина периода прецессии) зима в южном полушарии станет короче, чем в северном, так как она совпадет с прохождением Земли по ближайшему к Солнцу отрезку орбиты.

Так как силы притяжения не остаются постоянными вследствие изменений в расположении притягивающих масс и расстояния между ними, явления прецессии осложняются колебаниями с более короткими (максимум 18 лет) периодами - нутациями.

В результате совокупных действий на Землю других планет непре­рывно изменяются элементы земной орбиты. Так, эксцентриситет[23] ее совершает ритмические колебания с периодом в 92 000 лет. Колеблется в пространстве и плоскость земной орбиты, вследствие чего наклон оси вращения Земли к ее орбите испытывает изменение периодом 40 000 лет. Все эти возмущения прежде всего отражаются на колебательных изменениях климата земли, а следовательно, и на развитии географической оболочки в целом.

Приливы. Притяжение Земли другими телами Солнечной системы вызывает во всем теле планеты упругие деформации. Наибольшее приливообразующее значение имеет притяжение Луны. Силы притяжения Луны, действующие на каждую земную частицу, направлены к центру Луны. Величина их зависит от положения частиц: с наибольшей силой притягиваются частицы, ближайшие к Луне, с наименьшей - _ самые удаленные от нее.

Кроме сил притяжения, в системе Земля - Луна действуют центробежные силы, стремящиеся отдалить эти тела друг от друга[24]. Они возникают при вращении системы около общего центра тяжести масс, расположенного в соответствии с соотношением масс 81,5:1, внутри. Земли на расстоянии 0,73 земного радиуса от ее центра[25].

Во всех точках Земли центробежные силы равны, параллельны друг другу и направлены от Луны[26]. Совокупность центробежных сил, действующих на частицы Земли, образует суммарную центробежную силу. Эта сила в центре Земли уравновешивает силу притяжения Луны, и поэтому Земля не падает на Луну. Во всех остальных точках Земли равновесия двух указанных сил не возникает. Равнодействующая их и представляет собой приливообразующую силу.

В результате суточного вращения Земли приливные выступы перемещаются вслед за видимым движением Луны (т.е. в сторону, противоположную вращению Земли). Приливная волна обходит Землю, и в каждом месте прилив и отлив периодически сменяют друг друга. За шесть часов Земля совершает четверть оборота, и в том месте, где сейчас прилив, через шесть часов должен быть отлив, еще через шесть - новый прилив и т.д. Но так как Луна обращается вокруг общего с Землей центра тяжести масс, перемещаясь в ту же сторону, в которую вращается Земля, лунные сутки оказываются длиннее солнечных на 50 мин. и промежуток времени между приливом и сменяющим его отливом соответственно увеличивается до 6 час. 12 мин. 30 сек.

Одновременно с лунными приливами существуют солнечные приливы с полным периодом 24 часа. Солнце имеет массу, в 30 млн. раз большую массы Луны, но оно в 390 раз дальше от Земли, чем Луна. Поэтому приливообразующая сила Солнца в 2,17 раза меньше приливообразующей силы Луны.

Лунные и солнечные приливообразующие силы могут складываться и могут вычитаться в зависимости от взаимоположения Солнца, Земли и Луны. Наибольшие приливы возникают в полнолуние и новолуние, наименьшие - в первую и последнюю четверти. Два раза в течение лунного месяца приливы достигают наибольшей и наименьшей высоты.

Периодические изменения во взаимном расположении тел вызывают ряд неравенств приливообразующих сил. Например, суточные неравенства, связанные с тем, что Луна не находится все время в плоскости земного экватора, параллактические - с тем, что расстояния Солнца и Луны от Земли при их вращении по эллиптическим орбитам не остаются постоянным.

Приливы возникают во всей толще Земли от ее поверхности до центра. Поверхностные слои Земли опускаются, поднимаются, наклоняются. На экваторе размах колебаний поверхности достигает 55 см, на полюсах - близок к нулю. В Москве поверхность поднимается и опускается на 40 см. Твердый прилив запаздывает по отношению к моменту кульминации Луны на 6-8 мин.

Изучение твердых приливов очень важно для суждения о внутреннем строении Земли. Наблюдения над ними показывают, что Земля в целом имеет модуль твердости, соответствующий твердости стали, а по отношению к тяготению и центробежным силам ведет себя как жидкое тело. Это объясняется аморфным состоянием вещества в глубине Земли. 

Приливы в атмосфере обнаруживаются в периодических изменениях, атмосферного давления. Их влияние на изменение циркуляции атмосферы еще не выяснено. Сильнее всего приливы проявляются в гидросфере.

Приливные выступы лунных приливов теоретически должны образовы­ваться на линии, проходящей через центры Земли и Луны. Но вследствие того, что Земля вращается вокруг оси быстрее, чем Луна обращается в туже сторону вокруг Земли, а трение мешает приливным выступам быстро следовать за Луной последние смещаются, вперед по отношению к линии, направленной на Луну. Луна «отстает» от приливных выступов.

Наряду с вековым замедлением вращательного движения Земли, вызываемым приливным трением, существуют и другие изменения угловой скорости вращения. Так, сокращение радиуса Земли в результате процесса ее сжимания должно привести к вековому ускорению. К числу периодических изменений скорости осевого вращения Земли относится замедление ее движения к августу и ускорение к марту, что связано с сезонными перемещениями атмосферы.

Незначительные, казалось бы, изменения скорости вращения Земли, вызывающие уменьшение и увеличение ее сжатия, накапливаясь за длительное время, оказывают воздействие на всю планету, стремящуюся сохранить при данной скорости фигуру равновесия. По мнению некоторых ученых (Б.Л. Личкова, М.В. Стоваса, Г.И. Каттерфельда), это выражается в периодически повторяющихся переформированиях («перестройках») планеты, в перемещениях, охватывающих массы всех оболочек Земли. Частью этого переформирования являются горообразовательные процессы, отчетливо проявляющиеся в земной коре. Находят объяснение приуроченность горных хребтов к определенным параллелям и меридианам (называемым «критическими» или активными), закономерности в распределении материков и в их конфигурации. В результате замедления скорости осевого вращения полярное сжатие уменьшается, земной эллипсоид становится менее сплюснутым. Очевидно, при этом происходит опускание и сокращение площадей в экваториальной области и, наоборот, поднятие и расширение площадей в полярных областях. При увеличении полярного сжатия, наоборот, полярные области сжимаются, экваториальные растягиваются.

М.В. Стовас доказывает, что наиболее деформируемыми областями при такой «перестройке» Земли должны быть экватор, критические параллели (+35° и +62°) и полюсы. При этом максимальное напряжение характерно для параллелей +62° и экватора. Минимальными изменениями площадей отличаются параллели +35° и полюсы. Здесь происходит смена знака движения (поднятие - растяжение и опускание - сжимание) и земная кора разрывается, дробится, возникают подвижные  пояса сверхглубинных и глубинных разломов.

Б.Л. Личков считает, что критические параллели сохраняют свое значение для гидросферы и для атмосферы. По его мнению, «единая широтная зональность охватывает три наружные оболочки Земли; атмосферу, литосферу и гидросферу». Главная предпосылка этой зональности - осевое вращение Земли, имеющее переменный характер[27].

6. Строение Земли. В строении Земли принимают участие твердые, жидкие и газообразные вещества, распределяющиеся в некоторой последовательности. Ядро и оболочки планеты - это более или менее правильные концентрические слои, обладающие каждый характерными для него свойствами и составом. Наименьшую плотность имеет внешняя (газовая) оболочка Земли - атмосфера. При определении размеров и средней плотности Земли эта оболочка во внимание не принимается.

Средняя плотность планеты - 5,52 г/см³ (по И.Д. Жонголовичу). От средней плотности и размеров зависит масса Земли, составляющая 5,98∙10²⁷ г. Масса Земли обусловливает силу тяжести. Если бы Земля была менее массивна, она не могла бы удержать воздушную и водную оболочки. Если бы масса Земли была значительно больше, на ней удержались бы в большем количестве такие газы, как водород, метан; состав атмосферы был бы иным, иной была бы и ее мощность. Под действием силы тяжести на земную поверхность падают атмосферные осадки, в соответствии с уклоном поверхности стекают по ней, оказывая при этом механическое воздействие, скатываются со склонов гор частицы разрушенных пород, образуются осадочные породы. Изменение величины силы тяжести приведет к изменению интенсивности всех этих (и многих других) процессов в географической оболочке.

Плотность пород, слагающих верхние (наружные) слои земной коры, значительно меньше (2,7 г/см³) средней плотности Земли. Соответственно плотность внутренних частей Земли должна быть выше средней. О распределении плотности внутри Земли судят по распространению сейсмических волн, возникающих при землетрясениях и вызываемых искусственно. Из фокуса землетрясения, представляющего собой обычно более или менее длинную полосу, исходят волны сжатия растяжения (продольные) и волны сдвига (поперечные[28]). В первом случае частицы вещества смещаются поперек направления, в котором распространяется волна; во втором - вдоль этого направления. Встречая на своем пути среду с различными физическими свойствами, сейсмические волны преломляются, изгибаются, изменяют скорость распространения. По поверхности Земли распространяются поверхностные волны, имеющие наименьшую скорость.

На основании скачкообразного изменения скорости распространения сейсмических волн выделяются три основные част Земли: земная кора (литосфера), мантия (оболочка ядра) и ядро. Границы между ними неровные, но по сравнению с размерами Земли эти неровности весьма незначительны.

Земная кора (литосфера) отделена от нижележащей мантии поверхностью раздела, установленной югославским ученым Мохоровичичем и названной его именем[29]. Б земной коре три слоя: осадочный (очень маломощный), гранитный и базальтовый. Породы земной коры богаты кремнием (Si) и соединениями алюминия (А1), поэтому применительно к ним французский ученый Э. Зюсс в 1899 г. употребил термин «сиаль» (Sial). В составе земной коры преобладают 8 элементов: О, Si, Al, Fe, Ca, Na, К, Mg.

Мощность земной коры и ее строение не везде одинаковые. Существуют два типа земной коры: материковый и океанский. Под дном Океана земная кора большей частью двухслойная. Гранитный слой отсутствует (или'Он очень маломощный), и осадочные породы мощностью менее 1 км залегают непосредственно на базальтовом слое. Мощность базальтового слоя - в среднем 4 км, причем под глубокими частями Океана она меньше, чем под мелкими.

Материковая кора трехслойная и более мощная. Поверхность раздела Мохоровичича лежит под Океаном на глубине всего 4-5 км от дна, под материками она опускается на глубину в среднем 35 км. На границе материков и океанов земная кора постепенно выклинивается в сторону Океана. Наблюдениями установлено, что кора имеет материковый тип, если она не покрыта водой или если слой воды над ней не более 1820 м. При мощности слоя воды более 3640 м кора имеет океанский тип. В промежуточной полосе она носит характер, переходный от материкового типа к океанскому.

Земная кора постепенно выплавлялась из вещества мантии в процессе длительной физико-химической и гравитационной его дифференциации. При этом выделились гранитный и базальтовый слои земной; коры, осадочный же слой возник позднее в результате их разрушения. Возраст земной коры в различных ее участках неодинаков.

По объему (приблизительно 3 млн. км³) земная кора составляет не более 1,2% объема Земли и 1,5% объема мантии; по массе - 0,7% всей массы Земли и 1% массы мантии.

Мантия состоит из соединений окиси кремния с окислами магния и железа, по Э. Зюссу - это «сима» (Sima). Вследствие большого давления атомы вещества мантии очень плотно прижаты друг к другу. Давление в мантии с глубиной возрастает, достигая на границе ядра 1 300 000 атмосфер. Плотность в верхних слоях мантии 3,5 г/см³, на границе ядра - 5,5 г/см³.

Предполагают, что температура вещества мантии на глубине 100 км -4-500°, на глубине 500 км более 2000°, на границе ядра около 3800°. Несмотря на очень высокую температуру, вещество мантии находится в твердом состоянии.

Мантия подразделяется на нижнюю и верхнюю. Граница между верхней и нижней мантиями находится на глубине 900-1000 км от земной поверхности. Нижняя мантия, по всей вероятности, наиболее «спокойная» часть Земли. В верхней мантии возникают разрывы, сопровождающиеся сдвигами: именно в верхней мантии происходят еще «е изученные процессы, определяющие поведение и развитие земной коры; стабильность одних участков и подвижность других, вулканические процессы и процессы, вызывающие землетрясения.

Вещество самого верхнего слоя мантии, так называемой астеносферы, лежащего на глубине 80-200 км от поверхности, находится в размягченном, близком к расплавленному, состоянии. Достаточно небольшого снижения давления, чтобы вещество астеносферы расплавилось, образуя магму, и устремилось вверх. Близ поверхности возникают вторичные очаги магмы, уже изменившейся по своему составу. Постепенно в результате неоднократного продвижения магмы вверх она может излиться на поверхность.

Земное ядро занимает 16% объема всей Земли. Масса ядра составляет 34% массы Земли. Температура в ядре достигает 4000°. Вещество ядра находится под колоссальным давлением - более 3,5 млн. атмосфер. Независимо от состава химических элементов вещество при давлении 1,4 млн. атмосфер (давление на границе ядра) переходит в металлическую фазу, электронные оболочки атомов «сминаются» и совсем разрушаются, образуется электронная плазма («электронный газ») отдельных химических элементов. Вещество становится более плотным и насыщенным свободными электронами. Огромные кольцевые вихри свободных электронов, возникающие в ядре, порождают, вероятно, постоянное магнитное поле Земли. Уплотнение земного ядра могло произойти скачкообразно при достижении Землей определенной (критической) массы и плотности, необходимой для металлизации вещества в ее недрах[30]. Скачкообразное уплотнение ядра не могло не отразиться на земной поверхности.

Радиус земного ядра - около 3500 км. В нем выделяют внутреннее ядро («ядрышко») радиусом 1280 км. Вопрос о состоянии земного ядра окончательно не решен, по-видимому, оно находится в жидком, состоянии.

Разделение вещества Земли на три части (кору, мантию, ядро) - сложный процесс, продолжающийся и в настоящее время. Предполагается, что первичным является вещество мантии, из которого вследствие совершенно различных процессов формировались кора и ядро.

Изостазия. Неодинаковая мощность земной коры на континентах и под Океаном неоспорима. Этот факт хорошо согласуется с принципом равновесия земной коры - с принципом изостазии[31]. На поверхности однородной вращающейся фигуры сила тяжести должна равномерно убывать от полюса к экватору. Неоднородность масс, различия в их плотности вызывают отклонение величины силы тяжести от теоретически вычисленной для данной широты. Логично предположить, что сила тяжести на суше всегда больше, чем на Океане, так как плотность земной коры больше плотности воды. Предположение это не оправдывается: аномалии силы тяжести обычно не зависят от характера поверхности. В распределении масс в земной коре существует равновесие, при котором избытку их у поверхности соответствует недостаток на глубине и, наоборот, недостаток масс вверху компенсируется избытком их внизу.

В результате давление на поверхность, расположенную на постоянной глубине (по отношению к поверхности геоида), оказывается одинаковым.

Перемещения масс с суши в Океан, с гор на низменности (в результате процессов разрушения пород, таяния ледников и пр.) должны вызывать поднятие облегченных участков и прогиб участков, получивших добавочную нагрузку. Это возможно только в том случае, если одновременно происходит перемещение вещества мантии, т.е. возникнет подкорковое течение. Существование подкорковых течений - необходимое условие изостатического выравнивания. Так как изостазия вызывается перемещением вещества на большой глубине, она проявляется только в крупных масштабах - при диаметре участков в согни километров - и не может объяснить перемещений, происходящих на небольших участках. Положение, соответствующее принципу изостазии, могут принимать спокойные участки земной коры; в областях быстрых поднятий и опусканий, вызванных другими причинами, принцип изостазии нарушается.

7. Тепло Земли. До тех пор, пока господствовала гипотеза остывания первоначально расплавленной Земли, внутренняя теплота считалась остаточной, полученной Землей в момент ее зарождения. Причиной, вызвавшей разогрев первоначально холодной Земли, может быть прежде всего радиоактивный распад тяжелых элементов. Содержание этих элементов в разных породах и в разных частях Земли различно. В процессе дифференциации земного вещества радиоактивные элементы концентрировались в легкоплавком веществе и поднимались (в гранитном слое их в 3 раза больше, чем в базальтовом). Это значит, что радиоактивное тепло выделяется главным образом в слоях, близких к поверхности.

Все большее значение придается гравитационной энергии, выделяющейся при уплотнении вещества Земли, сопровождающем ее сжимание (при этом часть потенциальной гравитационной энергии переходит в кинетическую). Если принять, что в современную эпоху сокращение радиуса Земли вследствие предполагаемого глубинного сжимания составляет в среднем 5 еж в 100 лет (по Н.Н. Парийскому), то оказывается, что при этом может освободиться приблизительно 17∙10³⁰ эргов, или 4∙10²³ кал за столетие. За это же время Земля теряет в мировое пространство значительно меньше энергии (2,4∙10²² кал). В результате планета нагревается и испытывает временное расширение, снова сменяющееся сжиманием. Возникает пульсация объема Земли, отражающаяся на скорости ее вращения, и связанные с этим деформации планеты.

Земное ядро должно содержать огромные количества ядерной энергии и энергии деформированных атомов.

Тепло поверхности Земли - это тепло Солнца; внутренняя теплота, поступающая на поверхность, составляет всего ¹/₅₀₀₀ солнечной. Колебания температуры земной поверхности могут быть суточные, годовые, вековые. Чем больше период колебания температуры на поверхности Земли, тем глубже эти колебания распространяются, но, в общем, глубина их распространения очень мала. Суточные колебания сказываются до глубины 1 м, годовые - до 20 м. На этой глубине находится уровень постоянной годовой температуры, соответствующей среднегодовой температуре местности. Глубже слоя постоянной температуры температура повсеместно повышается.

Непосредственные наблюдения над изменениями температуры с глубиной, ограниченные верхним, очень тонким слоем земной коры (самая глубокая буровая скважина достигает 7800 м, шахта - 3000 м), позволяют сделать вывод о ее повышении. За среднюю величину геотермического градиента[32] принимают 3° на 100 м; соответственно геотермическая ступень[33] составляет в среднем 33 м. Однако наблюдения показали, что величина геотермической ступени далеко не везде одинакова и зависит от ряда условий: теплопроводности пород, близости вулканических центров и пр. Так, например, в области современного проявления вулканизма геотермическая ступень понижается до 5 ж и меньше, вблизи от них она равна 20-30 м, на платформах – 30-80 м, а на кристаллических щитах - 100 м и более. Наибольшая геотермическая ступень - 137,8 м - обнаружена в штате Алабама (США). Все эти данные относятся только к самому верхнему слою земной коры. С глубиной повышение температуры замедляется.

О температуре глубоких слоев Земли судят по температуре изливающейся на поверхность магмы, всегда превышающей 1000⁰. Так, при извержении вулкана Килауэа отмечена температура магмы 1185-1200⁰, при извержении Везувия – 1100-3200°, при извержении Этны – 1060-1300⁰. Вероятно, температура вулканических очагов превышает 1500⁰. Большинство ученых склоняются к мнению, что центральные части Земли имеют температуру[34] до 4000⁰. Строение внутренних частей Земли и состояние вещества в недрах планеты еще очень мало известны, потому что судить о них пока приходится только по косвенным данным. Конкретные данные наука о Земле может получить в результате осуществления проектов создания  сверхглубоких (10-15 км) скважин.

8. Земной магнетизм. Земля обладает магнитным полем, наглядно проявляющимся в воздействии на магнитную стрелку. Свободно подвешенная в пространстве, магнитная стрелка устанавливается в любом месте в направлении магнитных силовых линий, сходящихся в магнитных полюсах.

Магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими и медленно изменяют свое местоположение. В настоящий период географические координаты магнитных полюсов таковы: в северном полушарии - 72° С.Ш. и 96° З.Д., в южном полушарии - 70° ю. ш. и 150° в. д. Силовые линии, идущие от одного магнитного полюса к другому, - магнитные меридианы не совпадают по направлению с географическими меридианами, и магнитная стрелка компаса не указывает строго направление север - юг. Угол между магнитным и географическим меридианами .называется углом магнитного склонения или магнитным склонением. Склонение бывает восточным (положительным) и западным (отрицательным). В первом случае стрелка отклоняется к востоку от географического меридиана, во втором - к западу от него. Линии, соединяющие точки с одинаковым склонением, - изогоны. Изогоны, соединяющие точки с нулевым склонением и называемые агоническими линиями, делят Землю на область восточного и западного склонений. Агонические линии имеют сложную форму.

Свободно подвешенная магнитная стрелка сохраняет горизонтальное положение только на линии магнитного экватора[35]. К северу от этой линии северный конец магнитной стрелки опускается, причем тем больше, чем меньше расстояние до магнитного полюса. На магнитном полюсе северного полушария стрелка становится вертикально, северным концом вниз. К югу от магнитного экватора вниз наклоняется, наоборот, южный конец магнитной стрелки. Угол, образованный магнитной стрелкой с горизонтальной плоскостью, называется углом магнитного наклонения или магнитным наклонением. Магнитное наклонение может быть северным и южным, оно изменяется от 0° на магнитном экваторе до 90° на магнитных полюсах. Линии, соединяющие точки с одинаковым .наклонением, - изоклины.

Склонение и наклонение характеризуют направление магнитных силовых линий в любом пункте в данный момент.

Сила магнитного поля характеризуется его напряженностью. За единицу напряженности принимают напряженность такого магнитного поля, в котором сила, действующая на единицу магнитной массы, равна одной дине. Единица измерения напряженности магнитного поля называется эрстед[36] (0,00001 эрстеда - гамма). Напряженность магнитного поля Земли невелика: на магнитном экваторе - 0,3-0,5 эрстеда, на магнитном полюсе – 0,6-0,7. Линии равного напряжения магнитного поля - изодинамы.

Различают постоянное и переменное магнитные поля Земли. Постоянное магнитное поле обусловлено магнетизмом самой планеты. Представление о состоянии постоянного магнитного поля Земли дают магнитные карты. Но так как все элементы земного магнетизма (склонение, наклонение, напряженность) непрерывно, хотя и очень медленно, изменяются, карты сохраняют необходимую точность только в течение нескольких лет. Обычно магнитная карта приурочивается к середине года, оканчивающегося на 0 или на 5, например на 1 июля 3950, 1955, 1960, 1965 г. и т. д. Пятилетний период, для которого магнитная карта действительна, называется магнитной эпохой. Сейчас эпоха 1965 г. На основании анализа магнитных карт, построенных для определенной эпохи, составляют поправочные таблицы для постоянного магнитного поля на будущее.

Существующее распределение элементов земного магнетизма позво­ляет сделать вывод о сходстве постоянного магнитного поля Земли с магнитным полем однородно намагниченного шара. Магнитные полюса такого поля называются геомагнитными полюсами. Их географические координаты - 78°32' С.Ш. и 69°9' З.Д., 78°32' Ю.Ш. и 110°52' В.Д.

Магнитные аномалии проявляются в отклонениях значений элементов земного магнетизма от их среднего значения для данного места. Магнитные аномалии, охватывающие огромные площади, называются региональными в отличие от локальных (местных), занимающих площадь от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч квадратных километров. Примером региональной магнитной аномалии является Восточно-Сибирская. На огромной территории Восточной Сибири обнаружено западное склонение вместо восточного. Магнитное поле этой аномалии очень медленно затухает с высотой[37]. Это значит, что региональные аномалии вызваны процессами, происходящими глубоко в Земле, возможно в земном ядре.

Примером локальной (местной) аномалии может быть Курская магнитная аномалия, создающая напряжение магнитного поля в 5 раз больше среднего напряжения магнитного поля Земли. Аномалия проявляется в изменениях склонения от 0 до 180° и наклонения от 40 до 80°. Местные аномалии вызываются присутствием в верхних слоях земной коры залежей магнитных пород и руд. С высотой магнитное поле таких аномалий сравнительно быстро затухает.

Существование постоянного магнитного поля Земли объясняют вихревыми электрическими токами, возникающими в земном ядре (во внешней его части) благодаря непрерывному движению заряженных электронов, описывающих круги и петли. Изменения в характере этих движений вызывают медленные изменения постоянного магнитного поля Земли - его вековые колебания.

Переменное магнитное поле составляет всего 6% общей напряженности магнитного поля Земли. Оно вызывается движением электрически заряженных частиц в земной атмосфере и как бы накладывается, на постоянное магнитное поле. На фоне спокойного магнитного поля возникают отдельные его колебания - вариации. Существуют вариации с годичным периодом, вызываемые сезонными движениями земной атмосферы, суточные вариации, связанные со сменой дня и ночи, лунные вариации, являющиеся результатом приливов в атмосфере. Вариации, обладающие периодом от 5 до 100 сек. и называемые пульсациями, пока не имеют объяснения.

Магнитные бури - особенно сильные возмущения магнитного поля, проявляющиеся в быстром отклонении магнитной стрелки от нормального положения. Магнитные бури вызываются вспышками на Солнце и сопровождающим их проникновением к Земле и в ее атмосферу корпускулярных потоков. 23 февраля 1956 г. на Солнце произошел взрыв, продолжавшийся несколько минут, а на Земле разразилась магнитная буря, в результате которой была на 2 часа нарушена работа радиостанций, вышел на некоторое время из строя трансатлантический телефонный кабель и т.д. Особенно сильные магнитные бури возникают в том случае, если корпускулярный поток охватывает всю Землю, менее сильные магнитные бури вызываются потоками, проходящими мимо Земли.

Магнитное поле Земли простирается вверх до высоты 90 000 км. До высоты 44 000 км величина магнитного поля Земли убывает обратно пропорционально кубу расстояния от поверхности Земли. В слое от 44000 до 80000 км магнитное поле неустойчиво, в нем постоянно происходят резкие колебания. Выше 80000 км интенсивность магнитного поля быстро падает, принимая значение, сохраняющееся в межпланетном пространстве. На расстоянии 90 000 км от поверхности Земли магнитное поле теряет способность притягивать (захватывать) заряженные частицы. Эту границу предлагают считать верхней границей газовой оболочки Земли.

Величина магнитного поля Земли в сотни раз меньше, например, величины магнитного поля, возникающего около обыкновенного подковообразного магнита. Но магнитное поле Земли имеет огромный объем, а так как энергия магнитного поля пропорциональна объему поля» влияние его на процессы, происходящие на Земле, очень велико. Магнитное поле Земли либо отклоняет, либо захватывает заряженные частицы, летящие от Солнца или образующиеся при воздействии космических лучей на атомы и молекулы воздуха. Заряженные частицы, попавшие в магнитное поле Земли, образуют радиационные пояса: нижний, или внутренний, и верхний, или внешний.

Внутренний радиационный пояс простирается от высоты 2400 до-высоты 5600 км. Он состоит из протонов сравнительно высоких энергий и представляет непосредственную опасность для космических полетов-. Этот пояс сравнительно устойчив во времени.

Внешний радиационный пояс имеет максимальную интенсивность излучения на высоте 20 тыс. км. В нем зарегистрированы и протоны и электроны. Этот пояс не стабилен во времени, его изменения согласуются с изменениями солнечной активности. Непосредственной опасности для космических полетов внешний пояс не представляет. Результаты полетов космических ракет дают основания предполагать существование третьего, очень нестабильного пояса заряженных частиц, называемого «круговым током» и находящегося на высоте 45-60 тыс. км[38].

Всю область околоземного пространства, в которой находятся заряженные частицы, захваченные магнитным полем Земли, называют магнитосферой. Магнитосфера довольно четко ограничена магнитопаузой. Под действием солнечного ветра она имеет овальную форму.

Частица, попавшая в магнитное поле 3емли, вращаясь по спирали вокруг магнитной силовой линии, двигается из одного полушария в другое и обратно, смещаясь к востоку (протоны) или к западу (электроны). Движение заряженной частицы продолжается до тех пор, пока она не потеряет заряд от столкновения с молекулами воздуха. На близкое расстояние к Земле проникают только частицы больших энергий, они и создают полярные сияния, очерчивающие область, где заканчиваются пути заряженных частиц, попавших в атмосферу. Полярные сияния чаще возникают в зоне, опоясывающей Землю примерно на расстоянии 23° от геомагнитных полюсов. Полярные сияния обычно сопровождаются магнитными бурями.

Влияние магнитного поля отражается на всех процессах, происходящих на Земле, но механизм и степень этого влияния пока еще недостаточно изучены.

По мнению специалистов, изучающих намагниченность древних, горных пород, направление магнитных силовых линий в течение геологической истории Земли изменялось. Это значит, что изменялось направление круговых токов в земном ядре. Изменение, а может быть, и временное прекращение этих токов должно вызывать изменение и временное исчезновение магнитных силовых линий, а следовательно, и «ловушек» заряженных частиц, идущих к Земле и образующих радиационные пояса. В такие периоды космическое излучение достигнет земной поверхности, а это существенно отразится на процессах, происходящих в географической оболочке, и прежде всего па процессах, происходящих в живом веществе.

Тема 9: Структурные уровни, происхождение и сущность жизни

1. Структура биологического знания.

2. Структурные уровни организации жизни.

3. Сущность жизни.

1. Структура биологического знания. Биология как наука. В настоящее время наиболее динамично развивающейся наукой является биология - наука о жизни и живой природе. Основные задачи биологии - дать научное определение жизни, указать на принципиальное отличие живого от неживого, выяснить специфику биологической формы существования материи. Развитие биологических знаний приводит к постепенной трансформации представлений о сущности жизни, единстве космической и биологической эволюции, взаимодействии биологического и социального в человеке и т.п. Новые биологические данные изменяют ту картину мира, которая на протяжении длительного времени формировалась физикой. Можно говорить о том, что сегодня открытия в биологии определяют развитие всего естествознания. Именно поэтому современная научная картина мира невозможна без биологических знаний. Более того, биология становится тем основанием, на котором формируются новые мировоззренческие принципы, определяющие самосознание человека.

В современной науке биология определяется как совокупность наук о живой природе, многообразии существовавших и существующих живых организмов, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и неживой природой.

В соответствии с этим биология изучает как общие, так и частные закономерности живого во всех его проявлениях (обмен веществ, воспроизводство, наследственность, изменчивость, приспособляемость и др.).

Современная биология - динамичное, меняющееся на глазах знание. Лавинообразное накопление новых экспериментальных данных подчас опережает возможности их теоретической интерпретации и объяснения. Стремительно растет в биологии число междисциплинарных исследований на стыке с другими естественными науками. Поэтому в структуре биологического знания сегодня на­считывается более 50 частных наук: ботаника, зоология, генетика, молекулярная биология, анатомия, морфология, цитология, биофизика, биохимия, палеонтология, эмбриология, экология и т.п. Данное многообразие научных дисциплин объясняется, главным образом, сложностью основного объекта биологических исследований - живой материи.

Структуру биологии как науки можно рассматривать с точки зрения объектов, свойств, уровней организации живого, основных этапов и биологических парадигм.

По объектам исследования биологию подразделяют на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию, антропологию.

По свойствам и проявлениям живого существует следующая классификация биологических дисциплин: эмбриология - наука, изучающая зародышевое (эмбриональное) развитие организмов; физиология - наука о функционировании организмов; морфология - наука о строении живых организмов; молекулярная биология - наука об образе жизни сообществ растительного и животного мира, их взаимосвязях с окружающей средой; генетика - наука о наследственности и изменчивости.

По уровню организации живых организмов выделяют: анатомию - науку о макроскопическом строении животных и человека; гистологию - науку о строении тканей; цитологию - науку о строении живых клеток.

В своем развитии биология прошла длительный и трудный путь, включающий в себя три наиболее крупных этапа, принципиально различающихся между собой своей главной идеей: 1) период систематики, 2) эволюционный период и 3) период биологии микромира. Отмеченные периоды не имеют между собой четких временных границ, так же как и не имеют резких переходов. Более того, поскольку биология еще не вышла на уровень теоретических обобщений и не имеет собственной научной картины мира, она существует в трех «ипостасях» - натуралистической, физико-химической и эволюционной биологии. Каждая из них появилась в соответствующий период развития биологической науки.

Период систематики. Натуралистическая биология. Как и всякая естественная наука, биология начала развиваться как описательная (феноменологическая) наука о многообразных формах, видах и взаимосвязях живого мира. Главной ее задачей было изучение природы в ее естественном состоянии. Для этого наблюдались, описывались и систематизировались явления живой природы. Именно в этот период сложился натуралистический подход к изучению жизни. Началом научного подхода послужила постоянно растущая совокупность практических знаний, получаемых человеком в процессе его взаимодействия с окружающей природной средой. Помимо накапливающихся знаний необходимо было систематизировать и объекты, составлявшие предмет практических интересов человека. Идея систематики зародилась в античности. Первым систематизатором науки стал Аристотель, который собрал накопленный к его времени фактический материал и сделал первую попытку классификации животных и растений, основанную на понятии целесообразности.

Систематизации биологических знаний он посвятил ряд работ: «История животных», «О частях животных», «О возникновении животных». В них Аристотель разделил царство животных на две группы: имеющих кровь и лишенных крови. Среди имеющих кровь он выделял: четвероногих живородящих, птиц, четвероногих и безногих яйцеродящих, безногих живородящих и рыб. Соответственно лишенные крови делились на: мягких (головоногих) мягкокожих многоногих (раки), многоногих членистых и раковинных безногих (моллюски и морские ежи). Кроме того, Аристотель выделил ряд групп, переходных между этими двумя. Человеку Аристотель отвел место на вершине кровяных животных (антропоцентризм).

Благодаря работам Аристотеля хаотичные знания о живой природе приобрели относительно упорядоченный характер, и это обстоятельство дает основания считать, что становление биологии как науки началось в те далекие времена. Идеи Аристотеля пользовались непререкаемым авторитетом вплоть до Нового времени, лишь тогда они были подвергнуты проверке.

Подъем биологических наук произошел лишь в XVI в. и связан с эпохой Великих географических открытий, которые обогатили науку множеством новых фактов, собранных на вновь открытых землях. Данные факты требовали своей систематизации и классификации, которая и была предложена в трудах шведского ученого К. Линнея. Он в своей работе «Система природы» смог разработать стройную иерархию всех животных и растений.

В основе систематики Линнея лежит вид, близкие виды объединяются в роды, сходные роды - в отряды, а отряды - в классы. Кроме того, Линней ввел точную терминологию Для описания растений и животных. Ему также принадлежит введение бинарной (двойной) номенклатуры: обозначение каждого вида двумя терминами - названием рода и вида по латыни. Линней точно определил соотношение между различными систематическими группами - классами, отрядами, родами, видами и подвидами, четко выделив названные таксоны и показав их иерархическую соподчиненность.

Помимо систематизации и классификации органического мира в XVIII-XIX вв. в области традиционной биологии появился еще целый ряд фундаментальных работ, считающихся классикой биологической мысли. Это 44-томный труд французского ученого Ж. Бюффона и его соавторов «Естественная история», знаменитая «Жизнь животных» А. Брема и работы Э. Геккеля по морфологии организмов.

Натуралистическая биология не утратила своего значения и в наши дни. По-прежнему продолжается изучение флоры и фауны нашей планеты, открываются и описываются новые виды. Несмотря на то, что современная биология смогла осуществить анализ и классификацию огромного числа животных и растительных организмов, она, тем не менее, не смогла сделать полное описание всего природного мира. Считается, что до сих пор описано только две трети существующих видов, т.е. 1,2 млн. животных, 5000 тыс. растений, сотни тысяч грибов, около 3 тыс. бактерий и т.п. Все более важной становится экология - наука, исследующая взаимоотношения организмов как между собой, так и со средой обитания. Эта наука появилась в рамках традиционной биологии, рассматривает природу как единое целое и требует к ней бережного, гуманного отношения.

Период микромира. Физико-химическая биология. При всех достоинствах натуралистической биологии с ее целостным подходом к изучению природы биология все же нуждалась в понимании механизмов, явлений и процессов, происходящих на разных уровнях жизни и живых организмов. Поэтому от традиционной описательной биологии ученые были вынуждены перейти к изучению анатомии и физиологии растений и животных, процессов жизнедеятельности организмов в целом и их отдельных органов, а затем – все дальше вглубь живой природы, к изучению жизни на клеточном и молекулярно-генетическом уровнях.

Основы анатомических и физиологических знаний были заложены в античности и связаны с работами Гиппократа, Герофила, Клавдия Галена и их учеников. Однако подлинное развитие данного направления биологии началось лишь в Новое время. В XVI-XVII вв. благодаря исследованиям Р. Гука, Н. Грю, Я. Гельмонта, М. Мальпиги, проводившимся с использованием микроскопа, получила развитие анатомия растений, были открыты клеточный и тканевый уровни организации растений. В биологию проникает эксперимент - искусственная гибридизация, что закладывает отдаленные предпосылки возникновения генетики.

Важно отметить, что биология в Новое время все шире использовала методы других естественных наук - более развитых физики и химии. Так в науку проникла мысль, что все явления жизни подчиняются законам физики и химии и могут быть объяснены с их помощью. Таким образом, биология все шире использует идеи редукционизма. Первое время это был лишь методологический подход, но с XIX в. можно было говорить о рождении физико-химической биологии, изучавшей жизнь на молекулярном и надмолекулярном уровнях. Большую роль в утверждении нового образа биологии сыграли ученые XIX в., использовавшие методы физики и химии в своих исследованиях: Л. Пастер, И.М. Сеченов, И.П. Павлов, И.И. Мечников и др. Необходимо также назвать основоположников клеточной теории М. Шлейдена и Т. Шванна, положивших в 1838 г. начало изучению живой клетки. Их теория привела к появлению цитологии - науки о живой клетке.

Дальнейшее изучение клеточного строения вызвало рождение генетики - науки о наследственности и изменчивости. В XX в. появилась молекулярная генетика, что вывело биологию на новый уровень анализа жизни и еще теснее сблизило ее с физикой и химией. Удалось понять генетическую роль нуклеиновых кислот, были открыты молекулярные механизмы генетической репродукции и биосинтеза белка, а также молекулярно-генетические механизмы изменчивости, изучен обмен веществ на молекулярном уровне. При этом открытия в физике и химии, непрерывное совершенствование физических и химических методов исследования и их применение в биологии создали возможность по-новому подойти к изучению множества биологических проблем.

С точки зрения химии живые организмы представляют собой открытые системы, постоянно обменивающиеся веществом и энергией с окружающей средой. При этом вместе с пищей они получают огромное количество органических и минеральных соединений, которые участвуют в биохимических реакциях организма, а затем в виде продуктов распада выводятся в окружающую среду. Строительным материалом для живой клетки являются макромолекулы - белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Гормональная регуляция, происходящая в организме, также представляет собой систему химических реакций.

Объединение биологии с химией дало начало новой науке - биохимии, которая изучает структуру и свойства биомолекул одновременно с их метаболизмом в живых тканях и органах. Иными словами, биохимия анализирует изменения биомолекул внутри живого Организма. Биохимикам удалось выяснить, как переносится энергия в клетке, расшифровать механизмы метаболизма (обмена 1 веществ), установить роль мембран, рибосом и других внутриклеточных структур. Именно биохимики расшифровали структуру и определили функции белков и нуклеиновых кислот, заложив тем самым основы молекулярной генетики. Рекомендациями биохимиков сегодня пользуется медицина, фармация, сельское хозяйство.

Поскольку современная химия основывается на физике, ученые стремятся объяснить биологические явления и процессы на основе физических закономерностей. В результате в 1950 г. на стыке биохимии, биологии и физики родилась новая наука - биофизика. Биофизики, рассматривая какое-либо биологическое явление, расчленяют его на несколько более элементарных, доступных для понимания актов и исследуют их физические свойства. Таким образом, были объяснены механизмы мышечного сокращения, проведения нервного импульса, тайны фотосинтеза и ферментативного катализа.

С помощью биохимии и биофизики ученые смогли объединить знания о структуре и функциях организма. Но ни этим наукам, ни физико-химической биологии в целом не удается дать ответ на основной вопрос биологии - вопрос о происхождении и сущности жизни.

Эволюционный период. Эволюционная биология. Идея развития живой природы проникла в биологию лишь в XIX в., хотя предпосылки эволюционной биологии сформировались еще в античности. Так, в основе систематики живого у Аристотеля лежит идея лестницы существ: он расположил организмы от простого к сложному, человека при этом он поместил на вершине пирамиды животного мира. От этой идеи нужно было сделать лишь шаг к идее эволюции как развитию животного мира путем постоянного усложнения.

Начало эволюционному периоду развития биологии было положено в трудах французского биолога Ж.Б. Ламарка, предложившего первую эволюционную теорию. Она была изложена в его книге «Философия зоологии», вышедшей в 1809 г. Ламарк первым заговорил об изменении организмов под влиянием окружающей среды и передаче приобретенных признаков потомкам. Однако Ламарк в своей теории опирался на ряд неверных исходных положений, из-за которых ему не удалось решить вопрос о соотношении внутренних и внешних факторов эволюции.

Значительный вклад в развитие биологии на данном этапе внесла теория катастроф, автором которой стал французский ученый Ж. Кювье. Он исходил из представлений о том, что природные силы, действующие сейчас и господствовавшие в прошлом, качественно отличаются друг от друга. Поэтому в прошлом периодически могли происходить глобальные природные катаклизмы, прерывающие спокойное течение геологических и биологических процессов на Земле. В результате этих глобальных катастроф почти полностью изменялся не только облик Земли, но и ее органический мир. Причины этих катастроф наука установить не в состоянии, но можно сделать вывод, что именно катастрофы привели к появлению все более сложных органических форм.

Подлинная революция в биологии связана с появлением в 1859 г. теории эволюции Ч. Дарвина, изложенной им в книге «Происхождение видов путем естественного отбора». Эволюционная теория Дарвина построена на трех постулатах: изменчивости, наследственности и естественном отборе. Изменчивость, по Дарвину, - это способность организмов приобретать новые свойства и признаки и изменять их по разным причинам. Именно изменчивость является первым и главным звеном эволюции. Наследственность - это способность живых организмов передавать свои свойства и признаки последующим поколениям. Естественный отбор является результатом борьбы за существование и означает выживание и успешное размножение наиболее приспособленных организмов. Под действием естественного отбора группы особей одного вида из поколения в поколение накапливают различные приспособительные признаки и в результате приобретают настолько существенные отличия, что превращаются в новые виды. К сожалению, положения о наследственности и изменчивости, также входившие в эту теорию, были разработаны намного хуже. Это дало основания для серьезной критики дарвиновской теории эволюции, которая развернулась в конце XIX - начале XX в.

Современная (синтетическая) теория эволюции появилась лишь к концу 20-х гг. XX в. Она представляла собой синтез генетики и дарвинизма. С этого времени стало возможным говорить об эволюционной биологии как о платформе, на которой происходит синтез разнородного биологического знания. Сегодняшняя эволюционная биология - это результат объединения двух потоков знания: самого эволюционного учения и знаний, полученных другими биологиче­скими науками о процессах и механизмах эволюции. На протяжении XX в. содержание эволюционной биологии постоянно расширялось. Оно дополнено данными генетики, молекулярной биологии, цитологии, палеонтологии. Многие ученые считают, что именно эволюционная биология сможет стать фундаментом теоретической биологии, являющейся основной целью биологов XXI в.

2. Структурные уровни организации жизни. Жизнь характеризуется диалектическим единством противоположностей: она одновременно целостна и дискретна. Органический мир представляет собой единое целое, так как составляет систему взаимосвязанных частей (существование одних организмов зависит от других), и в то же время дискретен, поскольку состоит из отдельных единиц - организмов, или особей. Каждый живой организм, в свою очередь, также дискретен, так как состоит из отдельных органов, тканей, клеток, но вместе с тем каждый из органов, обладая определенной автономностью, действует как часть целого. Каждая клетка состоит из органоидов, но функционирует как единое целое. Наследственная информация осуществляется генами, но ни один из генов вне всей совокупности не определяет развитие Признака и т.д.

С дискретностью жизни связаны различные уровни организации органического мира, которые можно определить как дискретные состояния биологических систем, характеризуемых соподчиненностью, взаимосвязанностью и специфическими закономерностями. При этом каждый новый уровень обладает особыми свойствами и закономерностями прежнего, низшего уровня, поскольку любой организм, с одной стороны, состоит из подчиненных ему элементов, а с другой - сам является элементом, входящим в со­став какой-то микробиологической системы.

На всех уровнях жизни проявляются такие ее атрибуты, как дискретность и целостность, структурная организация, обмен веществом, энергией и информацией. Существование жизни на более высоких уровнях организации подготавливается и определяется структурой низшего уровня; в частности, характер клеточного уровня определяется молекулярным и субклеточным, организменный - клеточным, тканевым уровнями и т.д.

Структурные уровни организации жизни чрезвычайно многообразны, но при этом основными являются молекулярный, клеточный, онтогенетический, популяционно-видовой, биоценотический, биогеоценотический и биосферный.

Молекулярно-генетический уровень. Молекулярно-генетический уровень жизни - это уровень функционирования биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов) и других важных органических соединений, лежащих в основе процессов жизнедеятельности организмов. На этом уровне элементарной структурной единицей является ген, а носителем наследственной информации у всех живых организмов - молекула ДНК. Реализация наследственной информации осуществляется при участии молекул РНК. В связи с тем, что с молекулярными структурами связаны процессы хранения, изменения и реализации наследственной информации, данный уровень называют молекуляр­но-генетическим.

Важнейшими задачами биологии на этом уровне являются изучение механизмов передачи генной информации, наследственности и изменчивости, исследование эволюционных процессов, происхождения и сущности жизни.

Все живые организмы имеют в своем составе простые неорганические молекулы: азот, воду, двуокись углерода. Из них в ходе химической эволюции появились простые органические соединения, ставшие, в свою очередь, строительным материалом для более крупных молекул. Так появились макромолекулы - гигантские молекулы-полимеры, построенные из множества мономеров. Существуют три типа полимеров: полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты. Мономерами для них соответственно служат моносахариды аминокислоты и нуклеотиды.

Белки и нуклеиновые кислоты являются «информационными» молекулами, так как в их строении важную роль играет последовательность мономеров, которая может быть весьма разнообразной. Полисахариды (крахмал, гликоген, целлюлоза) играют роль источника энергии и строительного материала для синтеза более крупных молекул.

Белки - это макромолекулы, представляющие собой очень длинные цепи из аминокислот - органических (карбоновых) кислот, содержащих, как правило, одну или две аминогруппы ( - NH₂).

В растворах аминокислоты способны проявлять свойства как кислот, так и оснований. Это делает их своеобразным буфером на пути опасных физико-химических изменений. В живых клетках и тканях встречается свыше 170 аминокислот, однако в состав белков их входит только 20. Именно последовательность аминокислот, соединенных друг с другом пептидными связями[39], образует первичную структуру белков. На долю белков приходится свыше 50% общей сухой массы клеток.

Большинство белков выполняет функцию катализаторов (ферментов). В их пространственной структуре есть активные центры в виде углублений определенной формы. В такие центры попадают молекулы, превращение которых катализируется данным белком. Кроме того, белки играют роль переносчиков; например, гемоглобин переносит кислород от легких к тканям. Мышечные сокращения и внутриклеточные движения - результат взаимодействия молекул белков, функция которых заключается в координации движения. Функцией белков-антител является защита организма от вирусов, бактерий и т.д. Активность нервной системы зависит от белков, с помощью которых собирается и хранится информация из окружающей среды. Белки, называемые гормонами, управляют ростом клеток и их активностью.

Нуклеиновые кислоты. Процессы жизнедеятельности живых организмов определяет взаимодействие двух видов макромолекул - белков и ДНК. Генетическая информация организма хранится в молекулах ДНК, которая служит носителем наследственной информации для следующего поколения и определяет биосинтез белков, контролирующих почти все биологические процессы. Поэтому нуклеиновым кислотам принадлежит такое же важное место в организме, как и белкам.

Как белки, так и нуклеиновые кислоты обладают одним очень важным свойством - молекулярной дисимметрией (асимметрией), или молекулярной хиральностью. Это свойство жизни было открыто в 40-50-е гг. XIX в. Л. Пастером в ходе исследования строения кристаллов веществ биологического происхождения - солей виноградной кислоты. В своих опытах Пастер обнаружил, что не только кристаллы, но и их водные растворы способны отклонять поляризованный луч света, т.е. являются оптически активными. Позже они получили название оптических изомеров. У растворов веществ небиологического происхождения данное свойство отсутствует, строение их молекул симметрично.

Сегодня идеи Пастера подтверждены, и считается доказанным, что молекулярная хиральность (от греч. cheir - рука) присуща только живой материи и является ее неотъемлемым свойством. Вещество неживого происхождения симметрично в том смысле, что молекул, поляризующих свет влево и вправо, в нем всегда поровну. А в веществе биологического происхождения всегда присутствует отклонение от этого баланса. Белки построены из аминокислот, поляризующих свет только влево (L-конфигурация). Нуклеиновые кислоты состоят из Сахаров, поляризующих свет только вправо (D-конфигурация). Таким образом, хиральность заключается в асимметрии молекул, их несовместимости со своим зеркальным отражением, как у правой и левой руки, что и дало современное название этому свойству. Интересно отметить, что если бы человек вдруг превратился в свое зеркальное отражение, то с его организмом все было бы нормально до тех пор, пока он не стал бы есть пищу растительного или животного происхождения, которую он просто не смог бы переварить.

Нуклеиновые кислоты - это сложные органические соединения, представляющие собой фосфорсодержащие биополимеры (полинуклеотиды).

Существует два типа нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Свое название нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus - ядро) получили из-за того, что впервые были выделены из ядер лейкоцитов еще во второй половине XIX в. швейцарским биохимиком Ф. Мишером. Позже было обнаружено, что нуклеиновые кислоты могут находиться не только в ядре, но и в цитоплазме и ее органоидах. Молекулы ДНК вместе с белками-гистонами образуют вещество хромосом.

В середине XX в. американский биохимик Дж. Уотсон и английский биофизик Ф. Крик раскрыли структуру молекулы ДНК. Рентгеноструктурные исследования показали, что ДНК состоит из двух цепей, закрученных в двойную спираль. Роль остовов цепей играют сахарофосфатные группировки, а перемычками служат основания пуринов и пиримидинов. Каждая перемычка образована двумя основаниями, присоединенными к двум противоположным цепям, причем, если у одного основания одно кольцо, то у другого - два. Таким образом, образуются комплементарные пары: А-Т и Г-Ц. Это значит, что последовательность оснований одной цепи однозначно определяет последовательность оснований в другой, комплементарной ей цепи молекулы.

Ген – это участок молекулы ДНК или РНК (у некоторых вирусов). РНК содержит 4-6 тысяч отдельных нуклеотидов, ДНК – 10-25 тысяч. Если бы можно было вытянуть ДНК одной человеческой клетки в непрерывную нить, то ее длина составила бы 91 см.

И все же рождение молекулярной генетики произошло несколько раньше, когда американцы Дж. Бидл и Э. Тэйтум установили прямую связь между состоянием генов (ДНК) и синтезом ферментов (белков). Именно тогда появилось знаменитое высказывание: «один ген - один белок». Позже было выяснено, что основной функцией генов является кодирование синтеза белка. После этого ученые сконцентрировали свое внимание на вопросе, как записана генетическая программа и как она реализуется в клетке. Для этого нужно было выяснить, как всего четыре основания могут кодировать порядок расположения в молекулах белка целых двадцати аминокислот. Основной вклад в решение этой проблемы внес знаменитый физик-теоретик Г. Гамов в середине 1950-х гг.

По его предположению, для кодирования одной аминокислоты используется сочетание из трех нуклеотидов ДНК. Эта элементарная единица наследственности, кодирующая одну аминокислоту, получила название кодона. В 1961 г. гипотеза Гамова была подтверждена исследованиями Ф. Крика. Так был расшифрован молекулярный механизм считывания генетической информации с молекулы ДНК при синтезе белков.

В живой клетке имеются органеллы - рибосомы, которые «читают» первичную структуру ДНК и синтезируют белок в соответствии с записанной в ДНК информацией. Каждой тройке нуклеотидов ставится в соответствие одна из 20 возможных аминокислот. Именно так первичная структура ДНК определяет последовательность аминокислот синтезируемого белка, фиксирует генетический код организма (клетки).

Генетический код всего живого, будь то растение, животное или бактерия, одинаков. Такая особенность генетического кода вместе со сходством аминокислотного состава всех белков свидетельствует биохимическом единстве жизни, происхождении всех живых существ на Земле от единого предка.

Также был расшифрован механизм воспроизводства ДНК. Он состоит из трех частей: репликации, транскрипции и трансляции.

Репликация - это удвоение молекул ДНК. Основой репликации является уникальное свойство ДНК к самокопированию, что дает возможность деления клетки на две идентичные. При репликации ДНК, состоящая из двух скрученных молекулярных цепочек, раскручивается. Образуются две молекулярные нити, каждая из которых служит матрицей для синтеза новой нити, комплементарной к исходной. После этого клетка делится, и в каждой клетке одна нить ДНК будет старой, а вторая - новой. Нарушение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК приводит к наследственным изменениям в организме - мутациям.

Транскрипция - это перенос кода ДНК путем образования одноцепочной молекулы информационной РНК (и-РНК) на одной из нитей ДНК. и-РНК - это копия части молекулы ДНК, состоящей из одного или группы расположенных рядом генов, несущих информацию о структуре белков.

Трансляция - это синтез белка на основе генетического кода и-РНК в особых органоидах клетки - рибосомах, куда транспортная РНК (т-РНК) доставляет аминокислоты.

В конце 1950-х гг. русскими и французскими учеными одновременно была выдвинута гипотеза о том, что различия в частоте встречаемости и порядке расположения нуклеотидов в ДНК у разных организмов имеют специфический для видов характер. Данная гипотеза позволила изучать на молекулярном уровне эволюцию живого и характер видообразования.

Существует несколько механизмов изменчивости на молекулярном уровне. Важнейшим из них является уже упоминавшийся механизм мутации генов - непосредственное преобразование самих генов, находящихся в хромосоме, под воздействием внешних факторов. Факторами, вызывающими мутацию (мутагенами), являются радиация, токсичные химические соединения, а также вирусы. При этом механизме изменчивости порядок расположения генов в хромосоме не меняется.

Еще один механизм изменчивости - рекомбинация генов. Это создание новых комбинаций генов, располагающихся в конкретной хромосоме. При этом сама молекулярная основа гена не меняется, а происходит его перемещение с одного участка хромосомы на другой или идет обмен генами между двумя хромосомами. Рекомбинация генов имеет место при половом размножении у высших организмов. При этом не происходит изменения общего объема генетической информации, он остается неизменным. Этот механизм объясняет, почему дети лишь частично похожи на своих родителей - они наследуют признаки от обоих родительских организмов, которые сочетаются случайным образом.

Другой механизм изменчивости - неклассическая рекомбинация генов - был открыт лишь в 1950-е гг. При неклассической рекомбинации генов происходит общее увеличение объема генетической информации за счет включения в геном клетки новых генетических элементов. Чаще всего новые элементы привносятся в клетку вирусами. Сегодня обнаружено несколько типов трансмиссивных генов. Среди них - плазмиды, представляющие собой двухцепочную кольцевую ДНК. Из-за них после длительного использования каких-либо лекарств наступает привыкание, после чего они перестают оказывать медикаментозное воздействие. Патогенные бактерии против которых действует наше лекарство, связываются с плазмидами, что и придает бактериям устойчивость к лекарству, и они перестают его замечать.

Мигрирующие генетические элементы могут вызывать как структурные перестройки в хромосомах, так и мутации генов. Возможность использования таких элементов человеком привела к появлению новой науки - генной инженерии, целью которой является создание новых форм организмов с заданными свойствами. Таким образом, с помощью генетических и биохимических методов конструируются новые, не существующие в природе сочетания генов. Для этого видоизменяется ДНК, кодирующая производстве белка с нужными свойствами. Данный механизм лежит в основ( всех современных биотехнологий.

С помощью рекомбинантной ДНК можно синтезировать разнообразные гены и вводить их в клоны (колонии идентичных организмов) для направленного синтеза белка. Так, в 1978 г. был синтезирован инсулин - белок для лечения сахарного диабета. Нужный ген был введен в плазмиду и внедрен в обычную бактерию.

Генетики работают над созданием безопасных вакцин от вирусных инфекций, так как традиционные вакцины представляют coбoй ослабленный вирус, который должен вызывать выработку антител, поэтому их введение связано с определенным риском. Генная инженерия позволяет получить ДНК, кодирующую поверхностны слой вируса. В этом случае иммунитет вырабатывается, но заражение организма исключено.

Сегодня в генной инженерии рассматривается вопрос об увеличении продолжительности жизни и возможности бессмертия путем изменения генетической программы человека. Достичь этого можно, увеличив защитные ферментные функции клетки, оберегая молекулы ДНК от различных повреждений, связанных как с нарушением обмена веществ, так и с влиянием окружающей среды. Кроме того, ученым удалось открыть пигмент старения и создать специальный препарат, освобождающий клетки от него. В опытах с мыщами было получено увеличение продолжительности их жизни. Также ученым удалось установить, что в момент деления клетки уменьшаются теломеры - особые хромосомные структуры, расположенные на концах клеточных хромосом. Дело в том, что при репликации ДНК специальное вещество - полимераза - идет по спирали ДНК, снимая с нее копию. Но копировать ДНК полимераза начинает не с самого начала, а оставляет каждый раз недокопированный кончик. Поэтому с каждым последующим копированием спираль ДНК укорачивается за счет концевых участков, не несущих никакой информации, или теломер. Как только теломеры исчерпываются, при последующих копированиях начинает сокращаться часть ДНК, несущая генетическую информацию. Это и есть процесс старения клеток. В 1997 г. в США и Канаде был проведен эксперимент по искусственному удлинению теломер. Для этого использовался вновь открытый клеточный фермент - теломераза, способствующий наращиванию теломер. Полученные таким образом клетки обрели способность многократно делиться, полностью сохранив свои нормальные функциональные свойства и не превращаясь в раковые клетки.

В последнее время стали широко известны успехи генных инженеров в области клонирования - точного воспроизведения того или иного живого объекта в определенном количестве копий из соматических клеток. При этом выращенная особь генетически неотличима от родительского организма.

Получение клонов у организмов, размножающихся посредством партеногенеза, без предшествующего оплодотворения, не является чем-то особенным и давно используется генетиками. У высших организмов также известны случаи естественного клонирования - рождение однояйцовых близнецов. Но искусственное получение клонов высших организмов связано с серьезными трудностями. Тем не менее, в феврале 1997 г. в лаборатории Яна Вильмута в Эдинбурге был разработан метод клонирования млекопитающих, и с его помощью была выращена овечка Долли. Для этого у овцы породы Шотландской черномордой извлекли яйцеклетки, поместили их в искусственную питательную среду и удалили из них ядра. Затем взяли клетки молочной железы взрослой беременной овцы породы Финский дорсет, несущие полный генетический набор. Эти клетки через некоторое время слили с безъядерными яйцеклетками и активировали их развитие посредством электрического разряда. Затем развивающийся зародыш в течение шести дней рос в искусственной ^среде, после чего эмбрионы были трансплантированы в матку приемной матери, где и развивались до рождения. Но из 236 опытов Успешным оказался лишь один - выросла овечка Долли.

После этого Вильмут заявил о принципиальной возможности Клонирования человека, вызвавшей самые оживленные дискуссии не только в научной литературе, но и в парламентах многих стран, поскольку такая возможность связана с очень серьезными моральными, этическими и юридическими проблемами. Не случайно в некоторых странах уже приняты законы, запрещающие клонирование человека. Ведь большинство клонированных эмбрионов гибнет. Кроме того, велика вероятность рождения уродов. Так что опыты по клонированию не только аморальны, но и просто опасны с точки зрения сохранения чистоты вида Homo sapiens. To, что риск слишком велик, подтверждается информацией, пришедшей в начале 2002 г. и сообщающей о заболевании овечки Долли артритом - болезнью, не характерной для овец, после чего ее вскоре пришлось усыпить.

Поэтому намного более перспективным направлением исследований является изучение генома (совокупности генов) человека. В 1988 г. по инициативе Дж. Уотсона была создана международная организация «Геном человека», которая объединила множество ученых из разных стран мира и поставила задачу расшифровки всего генома человека. Это грандиозная задача, так как число генов в организме человека составляет от 50 до 100 тысяч, а весь геном - это более 3 млрд. нуклеотидных пар.

Считается, что первый этап данной программы, связанный с расшифровкой последовательности расположения нуклеотидных пар, будет завершен к концу 2005 г. Уже проведена работа по созданию «атласа» генов, набора их карт. Первая такая карта составлена в 1992 г. Д. Коэном и Ж. Доссе. В окончательном варианте она была представлена в 1996 г. Ж. Вайсенбахом, который, изучая под микроскопом хромосому, с помощью специальных маркеров отмечал ДНК различных ее участков. Затем он клонировал эти участки, выращивая их на микроорганизмах, и получал фрагменты ДНК - последовательность нуклеотидов одной цепочки ДНК, из которой состояли хромосомы. Таким образом, Вайсенбах определил локализацию 223 генов и выявил около 30 мутаций, приводящих к 200 заболеваниям, среди которых гипертония, диабет, глухота, слепота, злокачественные опухоли.

Одним из результатов этой программы, пусть и не законченной, является возможность выявления генетических патологий на ранних стадиях беременности и создание генотерапии - метода лечения наследственных заболеваний с помощью генов. Перед проведением процедуры генотерапии выясняют, какой ген оказался дефектным, получают нормальный ген и вводят его во все больные клетки. При этом очень важно отследить, чтобы введенный ген работал под контролем механизмов клетки, иначе будет получена раковая клетка. Уже есть первые больные, вылеченные таким образом. Правда, пока не ясно, насколько радикально они излечены и не вернется ли болезнь в будущем. Также пока не ясны и отдаление последствия такого лечения.

Конечно, использование биотехнологии и генной инженерии имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Об этом говорит опубликованный в 1996 г. Федерацией европейских микробиологических обществ меморандум. Связано это с тем, что широкая общественность с подозрением и враждебностью относится к генным технологиям. Страх вызывают возможность создания генетической бомбы, способной исказить геном человека и привести к рождению уродов; появление неизвестных заболеваний и производство биологического оружия.

И, наконец, в последнее время широко обсуждается проблема повсеместного распространения трасгенных продуктов питания, созданных путем внедрения генов, блокирующих развитие вирусных или грибковых заболеваний. Уже созданы и продаются трансгенные помидоры и кукуруза. На рынок поставляются хлеб, сыр и пиво, изготовленные с помощью трансгенных микробов. Такие продукты устойчивы по отношению к вредным бактериям, обладают улучшенными качествами - вкусом, питательной ценностью, крепостью и т.д. Так, в Китае выращивают устойчивые к вирусам табак, томаты и сладкий перец. Известны трансгенные томаты, устойчивые к бактериальной инфекции, картофель и кукуруза, устойчивые к грибкам. Но до сих пор неизвестны отдаленные последствия использования таких продуктов, прежде всего, механизм их воздействия на организм и геном человека.

Конечно, за двадцать лет использования биотехнологий не случилось ничего из того, чего опасаются люди. Все новые микроорганизмы, созданные учеными, менее болезнетворны, чем их исходные формы. Ни разу не произошло вредного или опасного распространения рекомбинантных организмов. Тем не менее, ученые тщательно следят за тем, чтобы трансгенные штаммы не содержали генов, которые после их переноса в другие бактерии могут дать опасный эффект. Существует теоретическая опасность создания новых видов бактериологического оружия на основе генных технологий. Поэтому ученые должны учитывать этот риск и содействовать развитию системы надежного международного контроля, способного зафиксировать и приостановить подобные работы.

С учетом возможной опасности использования генных технологий разработаны документы, регламентирующие их применение, правила безопасности проведения лабораторных исследований и промышленного освоения, а также правила внесения генетически модифицированных организмов в окружающую среду.

Таким образом, сегодня считается, что при соблюдении соответствующих предосторожностей польза, приносимая генными технологиями, перевешивает риск возможных отрицательных последствий.

Клеточный уровень. На клеточном уровне организации основной структурной и функциональной единицей всех живых организмов является клетка. На клеточном уровне так же, как и на молекулярно-генетическом, отмечается однотипность всех живых организмов. У всех организмов только на клеточном уровне возможны биосинтез и реализация наследственной информации. Клеточный уровень у одноклеточных организмов совпадает с организменным. История жизни на нашей планете начиналась с этого уровня организации.

Сегодня наукой точно установлено, что наименьшей самостоятельной единицей строения, функционирования и развития живого организма является клетка.

Клетка представляет собой элементарную биологическую систему, способную к самообновлению, самовоспроизведению и развитию, т.е. наделена всеми признаками живого организма.

Клеточные структуры лежат в основе строения любого живого организма, каким бы многообразным и сложным ни представлялось его строение. Наука, изучающая живую клетку, называется цитологией. Она изучает строение клеток, их функционирование как элементарных живых систем, исследует функции отдельных клеточных компонентов, процесс воспроизводства клеток, приспособление их к условиям среды и др. Также цитология изучает особенности специализированных клеток, становление их особых функций и развитие специфических клеточных структур. Таким образом, современная цитология может быть названа физиологией клетки. Успехи современной цитологии неразрывно связаны с достижениями биохимии, биофизики, молекулярной биологии и генетики.

В основе цитологии лежит утверждение, что все живые организмы (животные, растения, бактерии) состоят из клеток и продуктов их жизнедеятельности. Новые клетки образуются путем деления существовавших ранее клеток. Все клетки сходны по химическому составу и обмену веществ. Активность организма как целого слагается из активности и взаимодействия отдельных клеток.

Открытие существования клеток произошло в конце XVII в., когда был изобретен микроскоп. Впервые клетка была описана английским ученым Р. Гуком в 1665 г., когда он рассматривал кусочек пробки. Поскольку его микроскоп был не очень совершенным, то, что он увидел, было на самом деле стенками отмерших клеток. Потребовалось почти двести лет, чтобы биологи поняли, что главную роль играют не стенки клетки, а ее внутреннее содержимое. Среди создателей клеточной теории следует также назвать А. Левенгука, показавшего, что ткани многих растительных организмов построены из клеток. Он же описал эритроциты, одноклеточные организмы и бактерии. Правда, Левенгук, как и другие исследователи XVII в., видел в клетке лишь оболочку, заключавшую в себе полость.

Значительное продвижение в изучении клеток произошло в начале XIX в., когда на них стали смотреть как на индивидуумы, обладающие жизненными свойствами. В 1830-е гг. было открыто и описано клеточное ядро, что привлекло внимание ученых к содержимому клетки. Тогда же удалось увидеть деление растительных клеток. На основе этих исследований и была создана клеточная теория, ставшая величайшим событием в биологии XIX в. Именно клеточная теория дала решающие доказательства единства всей живой природы, послужила фундаментом для развития эмбриологии, гистологии, физиологии, теории эволюции, а также понимания индивидуального развития организмов.

Мощный толчок цитология получила с созданием генетики и молекулярной биологии. После этого были открыты новые компоненты, или органеллы, клетки - мембрана, рибосомы, лизосомы и др.

По современным представлениям, клетки могут существовать как самостоятельные организмы (например, простейшие), так и в составе многоклеточных организмов, где есть половые клетки, служащие для размножения, и соматические клетки (клетки тела). Соматические клетки различаются по строению и функциям - существуют нервные, костные, мышечные, секреторные клетки. Размеры клеток могут варьироваться от 0,1 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе). Живой организм образован миллиардами разнообразных клеток (до 10'⁵), форма которых может быть самой причудливой (паук, звезда, снежинка и пр.).

Установлено, что несмотря на большое разнообразие клеток и выполняемых ими функций, клетки всех живых организмов сходны по химическому составу: особенно велико в них содержание водорода, кислорода, углерода и азота (эти химические элементы составляют более 98% всего содержимого клетки); 2% приходится на примерно 50 других химических элементов.

Клетки живых организмов содержат неорганические вещества - воду (в среднем до 80%) и минеральные соли, а также органические соединения: 90% сухой массы клетки приходится на биополимеры - белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды. И, наконец, научно доказано, что все клетки состоят из трех основных частей:

1.                     плазматической мембраны, контролирующей переход веществ из окружающей среды в клетку и обратно;

2.                     цитоплазмы с разнообразной структурой;

3.                     клеточного ядра, в котором содержится генетическая информация.

Кроме того, все животные и некоторые растительные клетки содержат центриоли - цилиндрические структуры, образующие клеточные центры. У растительных клеток также есть клеточная стенка (оболочка) и пластиды - специализированные структуры клеток, часто содержащие пигмент, от которого зависит окраска клетки.

Клеточная мембрана состоит из двух слоев молекул жироподобных веществ, между которыми находятся молекулы белков. Мембрана поддерживает нормальную концентрацию солей внутри клетки. При повреждении мембраны клетка погибает.

Цитоплазма представляет собой водно-солевой раствор с растворенными и взвешенными в нем ферментами и другими веществами. В цитоплазме располагаются органеллы - маленькие органы, отграниченные от содержимого цитоплазмы собственными мембранами. Среди них - митохондрии - мешковидные образования с дыхательными ферментами, в которых высвобождается энергия. Также в цитоплазме располагаются рибосомы, состоящие из белка и РНК, с помощью которых осуществляется биосинтез белка в клетке. Эндоплазматическая сеть - это общая внутриклеточная циркуляционная система, по каналам которой осуществляется транспорт веществ, а на мембранах каналов находятся ферменты, обеспечивающие жизнедеятельность клетки. Важную роль в клетке играет клеточный центр, состоящий из двух центриолей. С него начинается процесс деления клетки.

Важнейшей частью всех клеток (кроме бактерий) является ядро, в котором находятся хромосомы - длинные нитевидные тельца, состоящие из ДНК и присоединенного к ней белка. Ядро хранит и воспроизводит генетическую информацию, а также регулирует процессы обмена веществ в клетке.

Клетки размножаются путем деления исходной клетки на две дочерние. При этом дочерним клеткам передается полный набор хромосом, несущих генетическую информацию, поэтому перед де­лением число хромосом удваивается. Такое деление клеток, обеспечивающее одинаковое распределение генетического материала между дочерними клетками, называется митозом.

Многоклеточные организмы также развиваются из одной клетки - яйца. Однако в процессе эмбриогенеза клетки видоизменяются. Это приводит к появлению множества разных клеток - мышечных, нервных, кровяных и т.д. Разные клетки синтезируют разные белки. Тем не менее, каждая клетка многоклеточного организма несет в себе полный набор генетической информации для построения всех белков, необходимых для организма.

В зависимости от типа клеток все организмы делятся на две группы:

1) прокариоты - клетки, лишенные ядра. В них молекулы ДНК не окружены ядерной мембраной и не организованы в хромосомы. К прокариотам относятся бактерии;

2) эукариоты - клетки, содержащие ядра. Кроме того, в них есть митохондрии - органеллы, в которых идет процесс окисления. К эукариотам относятся простейшие, грибы, растения и животные, поэтому они могут быть одноклеточными и многоклеточными.

Таким образом, между прокариотами и эукариотами есть существенные отличия в структуре и функционировании генетического аппарата, клеточных стенок и мембранных систем, синтезе белка и т.д. Предполагается, что первыми организмами, появившимися на Земле, были прокариоты. Так считалось до 1960-х гг., когда углубленное изучение клетки привело к открытию архебактерий, строение которых сходно как с прокариотами, так и с эукариотами. Вопрос о том, какие одноклеточные организмы являются более древними, о возможности существования некой первоклетки, из которой потом появились все три эволюционные линии, до сих пор остается открытым.

Изучая живую клетку, ученые обратили внимание на существование двух основных типов ее питания, что позволило все организмы по способу питания разделить на два вида:

1) автотрофные организмы - организмы, не нуждающиеся в органической пище и могущие осуществлять жизнедеятельность за счет ассимиляции углекислоты (бактерии) или фотосинтеза (растения), т.е. автотрофы сами производят необходимые им питательные вещества;

2) гетеротрофные организмы - это все организмы, которые не могут обходиться без органической пищи.

Позднее были уточнены такие важные факторы, как способность организмов синтезировать необходимые вещества (витамины, гормоны и т.д.) и обеспечивать себя энергией, зависимость от экологической среды и др. Таким образом, сложный и дифференцированный характер трофических связей свидетельствует о необходимости системного подхода к изучению жизни и на онтогенетическом уровне. Так была сформулирована концепция функциональной системности П.К. Анохина, в соответствии с которой в одноклеточных и многоклеточных организмах согласованно функционируют различные компоненты систем. При этом отдельные компоненты содействуют и способствуют согласованному функционированию других, обеспечивая тем самым единство и целостность в осуществлении процессов жизнедеятельности всего организма. Функциональная системность также проявляется в том, что процессы на низших уровнях организуются функциональными связями на высших уровнях организации. Особенно заметно функциональная системность проявляется у многоклеточных организмов.

Онтогенетический уровень. Многоклеточные организмы. Основной единицей жизни на онтогенетическом уровне выступает отдельная особь, а элементарным явлением является онтогенез. Биологическая особь может быть как одноклеточным, так и многоклеточным организмом, однако в любом случае она представляет собой целостную, самовоспроизводящуюся систему.

Онтогенезом называется процесс индивидуального развития организма от рождения через последовательные морфологические физиологические и биохимические изменения до смерти, процесс реализации наследственной информации.

Минимальной живой системой, кирпичиком жизни является клетка, изучением которой занимается цитология. Функционирование и развитие многоклеточных живых организмов составляет предмет физиологии. В настоящее время не создана единая теория онтогенеза, поскольку не установлены причины и факторы, определяющие индивидуальное развитие организма.

Все многоклеточные организмы делятся на три царства: грибы, растения и животные. Жизнедеятельность многоклеточных организмов, а также функционирование их отдельных частей изучается физиологией. Эта наука рассматривает механизмы осуществления различных функций живым организмом, их связь между собой, регуляцию и приспособление организма к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуального развития особи. По сути дела, это и есть процесс онтогенеза - развитие организма от рождения до смерти. При этом происходит рост, перемещение отдельных структур, дифференциация и общее усложнение организма.

Процесс онтогенезиса описывается на основе знаменитого биогенетического закона, сформулированного Э. Геккелем, автором термина «онтогенез». Биогенетический закон утверждает, что онтогенез в краткой форме повторяет филогенез, т.е. отдельный организм в своем индивидуальном развитии в сокращенной форме проходит все стадии развития своего вида. Таким образом, онтогенез представляет собой реализацию наследственной информации, закодированной в зародышевой клетке, а также проверку согласованности всех систем организма во время его работы и приспособления к окружающей среде.

Все многоклеточные организмы состоят из органов и тканей. Ткани - это группа физически объединенных клеток и межклеточных веществ для выполнения определенных функций. Их изучение является предметом гистологии. Ткани могут образовываться как из одинаковых, так и из разных клеток. Например, у животных из одинаковых клеток построен плоский эпителий, а из разных клеток - мышечная, нервная и соединительная ткани.

Органы - это относительно крупные функциональные единицы, которые объединяют различные ткани в те или иные физиологические комплексы. Внутренние органы есть только у животных, у растений они отсутствуют. В свою очередь, органы входят в состав более крупных единиц - систем организма. Среди них выделяют нервную, пищеварительную, сердечно-сосудистую, дыхательную и другие системы.

Собственно живой организм представляет собой особую внутреннюю среду, существующую во внешней среде. Он образуется в результате взаимодействия генотипа (совокупности генов одного организма) с фенотипом (комплексом внешних признаков организма, сформировавшихся в ходе его индивидуального развития). Таким образом, организм - это стабильная система внутренних органов и тканей, существующих во внешней среде. Однако, поскольку общая теория онтогенеза пока еще не создана, многие процессы, происходящие во время развития организма, не получили своего полного объяснения.

Популяционно-видовой уровень. Популяционно-видовой уровень - это надорганизменный уровень жизни, основной единицей которого является популяция.

Популяция - совокупность особей одного вида, относительно изолированных от других групп этого же вида, занимающих определенную территорию, воспроизводящую себя на протяжении длительного времени и обладающую общим генетическим фондом.

В отличие от популяции видом называется совокупность особей, сходных по строению и физиологическим свойствам, имеющих общее происхождение, могущих свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство. Вид существует только через популяции, представляющие собой генетически открытые системы. Изучением популяций занимается популяционная биология.

В условиях реальной природы особи не изолированы друг от друга, а объединены в живые системы более высокого ранга. Первой такой системой и является популяция.

Термин «популяция» был введен одним из основоположников генетики В. Иогансеном, который назвал так генетически неоднородную совокупность организмов, отличную от однородной совокупности - чистой линии. Позднее этот термин приобрел более глубокий смысл. Популяция стала считаться целостной системой, непрерывно взаимодействующей с окружающей средой, способной к трансформации и развитию.

Целостность популяций, проявляющаяся в возникновении новых свойств по сравнению с онтогенетическим уровнем жизни, обеспечивается взаимодействием особей в популяциях и воссоздается через обмен генетической информацией в процессе полового размножения. У каждой популяции есть количественные границы. С одной стороны, это минимальная численность, обеспечивающая самовоспроизводство популяции, а другой - максимум особей, которые могут прокормиться в ареале (месте обитания) данной популяции. Популяция как целое характеризуется такими параметрами, как волны жизни - периодические колебания численности, плотность населения, соотношение возрастных групп и полов, смертность и т.д.

Популяции - генетически открытые системы, так как изоляция популяций не абсолютна и периодически бывает возможным обмен генетической информацией. Именно популяции выступают в качестве элементарных единиц эволюции, изменения их генофонда ведут к появлению новых видов.

Для популяционного уровня организации жизни характерна активная или пассивная подвижность всех компонентов популяции. Это влечет постоянное перемещение особей - членов популяции. Необходимо отметить, что никакая популяция не бывает абсолютно однородной, она всегда состоит из внутрипопуляционных группировок. Также следует помнить о существовании популяций разных рангов - есть постоянные, относительно независимые географические популяции, и временные (сезонные) местные популяции. При этом высокая численность и устойчивость достигаются только в тех популяциях, которые имеют сложную иерархическую и пространственную структуру, т.е. являются неоднородными, гетерогенными, имеют сложные и длинные пищевые цепи. Поэтому выпадение хотя бы одного звена из этой структуры ведет j к разрушению популяции или потере ею устойчивости.

Биоценотический уровень. Популяции, представляющие первый надорганизменный уровень живого, являющиеся элементарными единицами эволюции, способными к самостоятельному существованию и трансформации, объединяются в совокупности следующего надорганизмеиного уровня - биоценозы.

Биоценоз - совокупность всех организмов, населяющих участок среды с однородными условиями жизни, например лес, луг, болото и т.д. Иными словами, биоценоз - это совокупность популяций, проживающих на определенной территории.

Биоценоз представляет собой закрытую систему для чужих популяций, для составляющих его популяций - это открытая система. Составляющие биоценоз популяции находятся в очень сложных отношениях. Мы можем встретить примеры антагонизма, конкуренции, кооперации, паразитизма. Так, пищевые цепи, формирующиеся внутри биоценозов, являют собой пример антагонизма, так как выживание одних организмов обеспечивается за счет гибели других. Например, хищники живут охотой на травоядных, которые, в свою очередь, питаются растениями. Примерами конкуренции могут служить отношения, складывающиеся между хищниками одного биоценоза, которые борются между собой за лучшие места обитания, за самку и т.д. Часто мы сталкиваемся с паразитизмом, при этом паразиты (глисты, насекомые, микроорганизмы) живут за счет своего хозяина (растения или животного). И, наконец, имеет место кооперация, или симбиоз, при которой организмы разных видов помогают друг другу в выживании. Таковы взаимовыгодные отношения между цветами и насекомыми-опылителями, при которых пчелы получают нектар, необходимый для производства меда, а растения размножаются.

Обычно биоценозы состоят из нескольких популяций и являются составным компонентом более сложной системы - биогеоценоза.

Биогеоценотический уровень. Биогеоценоз - сложная динамическая система, представляющая собой совокупность биотических и абиотических элементов, связанных между собой обменом вещества, энергии и информации, в рамках которой может осуществляться круговорот веществ в природе.

Это означает, что биогеоценоз - устойчивая система, которая может существовать на протяжении длительного времени. Равновесие в живой системе динамично, т.е. представляет собой постоянное движение вокруг определенной точки устойчивости. Для стабильного функционирования живой системы необходимо наличие обратных связей между ее управляющей и управляемой подсистемами. Такой способ поддержания динамического равновесия называется гомеостазом. Нарушение динамического равновесия между различными элементами биогеоценоза, вызванное массовым размножением одних видов и сокращением или исчезновением других, Приводящее к изменению качества окружающей среды, называют экологической катастрофой.

Термин «биогеоценоз» был предложен в 1940 г. русским ботаником В.Н. Сукачевым, который обозначил этим термином совокупность однородных природных явлений (атмосферы, горных по« род, водных ресурсов, растительности, животного мира, почвы), распространенных на некотором протяжении земной поверхности, имеющих определенный тип обмена веществом и энергией между ними и окружающими элементами, представляющих противоречивое единство. Представляя собой единство живого и неживого, биогеоценоз находится в постоянном движении и развитии, поэтому меняется с течением времени.

Биогеоценоз - это целостная саморегулирующаяся система, в которой выделяют несколько типов подсистем:

1) первичные системы - продуценты (производящие), непосредственно перерабатывающие неживую материю (водоросли, растения, микроорганизмы);

2) консументы первого порядка - вторичный уровень, на котором вещество и энергия получаются за счет использования продуцентов (травоядные животные);

3) консументы второго порядка (хищники и т.д.);

4) падальщики (сапрофиты и сапрофаги), питающиеся мертвыми животными;

5) редуценты - это группа бактерий и грибов, разлагающие остатки органической материи.

В результате жизнедеятельности сапрофитов, сапрофагов и редуцентов в почву возвращаются минеральные вещества, что увеличивает ее плодородие и обеспечивает питание растений. Поэтому падальщики и редуценты - очень важная часть пищевых цепей.

Через эти уровни в биогеоценозе проходит круговорот веществ - жизнь участвует в использовании, переработке и восстановлении различных структур. Но круговорота энергии при этом не происходит: с одного уровня на другой, более высокий, переходит около 10% энергии, поступившей на предыдущий уровень. Обратный поток не превышает 0,5%. Иными словами, в биогеоценозе существует однонаправленный энергетический поток. Это делает его незамкнутой системой, неразрывно связанной с соседними биогеоценозами. Данная связь проявляется в разных формах: газообразной, жидкой, твердой, а также в форме миграции животных.

Саморегуляция биогеоценозов протекает тем успешнее, чем разнообразнее количество составляющих его элементов. От многообразия компонентов зависит устойчивость биогеоценозов. Выпадение одного или нескольких компонентов может привести к необратимому нарушению равновесия биогеоценоза и гибели его как целостной системы. Так, тропические биогеоценозы в силу огромного количества растений и животных, входящих в них, намного устойчивее умеренных или арктических биогеоценозов, более бедных в плане видового разнообразия. По той же причине озеро, являющееся природным биогеоценозом с достаточным разнообразием живых организмов, намного устойчивее пруда, созданного человеком и не могущего существовать без постоянного ухода за ним. Это вызвано тем, что высокоорганизованные организмы для своего существования нуждаются в более простых организмах, с которыми они связаны трофическими цепями. Поэтому фундаментом любого биогеоценоза являются простейшие и низшие организмы, большей частью автотрофные микроорганизмы и растения. Они напрямую связаны с абиотическими компонентами биогеоценоза - атмосферой, водой, почвой, солнечной энергией, с использованием которой создают органическое вещество. Они же составляют жизненную среду для гетеротрофных организмов - животных, грибов, вирусов, человека. Эти организмы, в свою очередь, участвуют в жизненных циклах растений - опыляют, распространяют плоды и семена. Так происходит круговорот веществ в биогеоценозе, фундаментальную роль в котором играют растения. Поэтому границы биогеоценозов чаще всего совпадают с границами растительных сообществ.

Биогеоценозы - структурные элементы следующего надорганизменного уровня жизни. Они составляют биосферу и обусловливают все процессы, протекающие в ней.

Биосферный уровень. Биосферный уровень - наивысший уровень организации жизни, охватывающий все явления жизни на нашей планете.

Биосфера - это живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов планеты, включая человека) и преобразованная им окружающая среда.

Биотический обмен веществ - это фактор, который объединяет все другие уровни организации жизни в одну биосферу.

На биосферном уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле. Таким образом, биосфера является единой экологической системой. Изучение функционирования этой системы, ее строения и функций - важнейшая задача биологии. Занимаются изучением этих проблем экология, биоценология и биогеохимия.

В системе современного научного мировоззрения понятие биосферы занимает ключевое место. Сам термин «биосфера» появился в 1875 г. Он был введен австрийским геологом и палеонтологом Э. Зюссом для обозначения самостоятельной сферы нашей планеты, в которой существует жизнь. Зюсс дал определение биосферы как совокупности организмов, ограниченной в пространстве и времени и обитающей на поверхности Земли. Но он не придавал значения среде обитания этих организмов.

Тем не менее, Зюсс не был первооткрывателем, так как разработка учения о биосфере имеет довольно длинную предысторию. Одним из первых вопрос о влиянии живых организмов на геологические процессы рассмотрел Ж.Б. Ламарк в книге «Гидрогеология» (1802). В частности, Ламарк говорил о том, что все вещества, находящиеся на поверхности Земли и образующие ее кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов. Затем был грандиозный многотомный труд А. Гумбольдта «Космос» (первая книга вышла в 1845 г.), в котором множество фактов доказывало взаимодействие живых организмов с теми земными оболочками, в которые они проникают. Поэтому Гумбольдт рассматривал в качестве единой оболочки Земли, целостной системы атмосферу, гидросферу и сушу с обитающими в них живыми организмами.

Но о геологической роли биосферы, ее зависимости от планетарных факторов Земли, ее строении и функциях еще не было сказано ничего. Разработка учения о биосфере неразрывно связана с именем выдающегося российского ученого В.И. Вернадского. Его концепция складывалась постепенно, от первой студенческой работы «Об изменении почвы степей грызунами» к «Живому веществу», «Биосфере» и «Биогеохимическим очеркам». Итоги его размышле­ний были подведены в работах «Химическое строение биосферы Земли» и «Философские мысли натуралиста», над которыми он работал в последние десятилетия своей жизни. Именно Вернадскому удалось доказать связь органического мира нашей планеты, выступающего в виде единого нераздельного целого, с геологическими процессами на Земле, именно он открыл и изучил биогеохимические функции живого вещества.

Ключевым понятием в концепции Вернадского стало понятие живого вещества, под которым ученый понимал совокупность всех живых организмов нашей планеты, включая человека. В состав живого вещества он включал также часть окружающей его внешней среды, необходимой для поддержания нормальной жизнедеятельности организмов; выделения и части, теряемые организмами; умершие организмы, а также органические смеси, находящиеся вне организмов. Важнейшим отличием живого вещества от косной материи Вернадский считал молекулярную дисимметрию живого, открытую в свое время Пастером (молекулярную хиральность согласно современной терминологии). Используя это понятие, Вернадскому удалось доказать, что не только окружающая среда влияет на живые организмы, но и жизнь способна действенно формировать среду своего обитания. Действительно, на уровне отдельного организма или биоценоза влияние жизни на окружающую среду проследить очень сложно. Но, введя новое понятие, Вернадский вышел на качественно новый уровень анализа жизни и живого - биосферный уровень.

Биосфера, согласно Вернадскому, - это живое вещество планеты (совокупность всех живых организмов Земли) и преобразованная им среда обитания (косное вещество, абиотические элементы), в которую входят гидросфера, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры. Таким образом, это не биологическое, геологическое или географическое понятие, а фундаментальное понятие биогеохимии - новой науки, созданной Вернадским для изучения геохимических процессов, проходящих в биосфере при участии живых организмов. В новой науке биосферой стали называть один из основных структурных компонентов организованности нашей планеты и околоземного космического пространства. Это сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.

Благодаря новому подходу Вернадский исследовал жизнь как могучую геологическую силу, действенно формирующую облик Земли. Живое вещество стало тем звеном, которое соединило историю химических элементов с эволюцией биосферы. Введение нового понятия также позволяло поставить и решить вопрос о механизмах геологической активности живого вещества, источниках энергии для этого.

Живое вещество и косное вещество постоянно взаимодействуют в биосфере Земли - в непрерывном круговороте химических элементов и энергии. Вернадский писал о биогенном токе атомов, который вызывается живым веществом и выражается в постоянных процессах дыхания, питания и размножения. Например, круговорот азота связан с превращением в нитраты молекулярного азота атмосферы. Нитраты усваиваются растениями и в составе их белков попадают к животным. После смерти растений и животных их тела оказываются в почве, где гнилостные бактерии разлагают органические останки до аммиака, который затем окисляется в азотную кислоту.

На Земле идет непрерывное обновление биомассы (за 7-8 лет), при этом в круговорот вовлекаются абиотические элементы биосферы. Например, воды Мирового океана прошли через биогенный Цикл, связанный с фотосинтезом, не менее 300 раз, свободный кислород атмосферы обновлялся не менее 1 млн. раз.

Также Вернадский отмечал, что биогенная миграция химических элементов в биосфере стремится к своему максимальному проявлению, а эволюция видов ведет к появлению новых видов, Увеличивающих биогенную миграцию атомов.

Вернадский также впервые отметил, что живое вещество стремится к максимальному заселению среды обитания, причем количество живого вещества в биосфере остается стабильным на протяжении целых геологических эпох. Эта величина не менялась, по крайней мере, последние 60 млн. лет. Количество видов при этом также оставалось неизменным. Если в каком-то месте Земли количество видов убавляется, то в другом месте - прибавляется. В наши дни исчезновение огромного числа видов растений и животных связано поэтому с распространением человека и его неразумной деятельностью по преобразованию природы. Население Земли растет за счет гибели других видов.

Благодаря биогенной миграции атомов живое вещество выполняет свои геохимические функции. Современная наука классифи­цирует их по пяти категориям:

·       концентрационная функция - выражается в накоплении определенных химических элементов как внутри, так и вне живых организмов благодаря их деятельности. Результатом стало появление запасов полезных ископаемых (известняки, нефть, газ, уголь и т.д.);

·       транспортная функция - тесно связана с концентрационной функцией, так как живые организмы переносят нужные им химические элементы, которые затем накапливаются в местах их обитания;

·       энергетическая функция — обеспечивает потоки энергии, пронизывающие биосферу, что дает возможность осуществлять все : биогеохимические функции живого вещества. Важнейшую роль в этом процессе играют фотосинтезирующие растения, преобразующие солнечную энергию в биогеохимическую энергию живого вещества биосферы. Эта энергия тратится на все грандиозные преобразования облика нашей планеты;

·       деструктивная функция — связана с разрушением и переработкой органических останков, в ходе которых накопленные организмами вещества возвращаются в природные циклы, идет круговорот веществ в природе;

·       средообразующая функция — проявляется в преобразовании окружающей среды под действием живого вещества. Мы можем смело утверждать, что весь современный облик Земли - состав атмосферы, гидросферы, верхнего слоя литосферы, большая часть полезных ископаемых, климат - являются результатом действия Жизни. Так, зеленые растения обеспечивают Землю кислородом и накапливают энергию, микроорганизмы участвуют в минерализации органических веществ, образовании ряда горных пород и почвообразовании.

При всей грандиозности задач, которые решают живое вещество и биосфера Земли, сама биосфера (по сравнению с другими геосферами) представляет собой очень тонкую пленку. Сегодня принято считать, что в атмосфере микробная жизнь имеет место примерно до высоты 20-22 км над земной поверхностью, а наличие жизни в глубоких океанических впадинах опускает эту границу до 8-11 км ниже уровня моря. Углубление жизни в земную кору много меньше, и микроорганизмы обнаружены при глубинном бурении и в пластовых водах не глубже 2-3 км. В состав биосферы Вернадский включал:

·       живое вещество;

·       биогенное вещество - вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами (каменный уголь, нефть, газ и т.д.);

·       косное вещество, образованное в процессах без участия живого вещества;

·       вещества, создаваемые живыми организмами и косными процессами, и их динамическое равновесие;

·       вещества, находящиеся в процессе радиоактивного распада;

·       рассеянные атомы, выделяющиеся из земного вещества под влиянием космических излучений;

·       вещество космического происхождения, включающее отдельные атомы и молекулы, проникающие на Землю из космоса.

Разумеется, жизнь в биосфере распространена неравномерно, существуют так называемые сгущения и разрежения жизни. Наиболее густо населены нижние слои атмосферы (50 м от земной поверхности), освещенные слои гидросферы и верхние слои литосферы (почва). Также следует отметить, что тропические области заселены намного плотнее, чем пустыни или ледяные поля Арктики и Антарктики. Глубже в земную кору, в океан, а также выше в атмосферу количество живого вещества уменьшается. Таким образом, эта тончайшая пленка жизни покрывает абсолютно всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей планете, где бы не было жизни. При этом нет резкой границы между биосферой и окружающими ее земными оболочками.

Долгое время идеи Вернадского замалчивались, и вновь к ним вернулись лишь в середине 1970-х гг. Во многом это произошло благодаря трудам российского биолога Г.А. Заварзина, который доказал, что основным фактором становления и функционирования биосферы были и остаются многосторонние трофические связи. Они установились не менее чем 3,4-3,5 млрд. лет назад и с тех пор определяют характер и масштабы круговорота элементов в оболочках Земли.

В начале 1980-х гг. английским химиком Дж. Лавлоком и американским микробиологом Л. Маргулис была предложена очень интересная концепция Геи-Земли. Согласно ей биосфера представляет собой единый суперорганизм с развитым гомеостазом, делающим его относительно независимым от флуктуации внешних факторов. Но если саморегулирующаяся система Геи-Земли попадает в состояние стресса, близкое к границам саморегуляции, даже маленькое потрясение может толкнуть ее к переходу в новое состояние или даже к полному уничтожению системы. В истории нашей планеты уже не раз случались такие глобальные катастрофы. Самой известной из них является исчезновение динозавров около 60 млн. лет назад. Сейчас Земля вновь переживает глубокий кризис, поэтому так важно продумать стратегию дальнейшего развития человеческой цивилизации.

3. Сущность жизни. Вопросы о происхождении и сущности жизни стали предметом интереса человека очень давно. Они наряду с вопросами о происхождении Вселенной и человека составляют фундамент нашего мировоззрения. Необходимо отметить, что на самом деле это не два вопроса, а один, сформулированный в двух своих аспектах. И действительно, невозможно узнать, как появилась жизнь на Земле, если не знать, что это такое. В то же время нельзя ответить на вопрос, что такое жизнь, не рассматривая вопрос о ее происхождении. При попытке определить сущность жизни на научном уровне возникают значительные трудности, поскольку есть признаки, общие как для живой, так и для неживой природы, при этом выделить какой-либо существенный и единственный критерий жизни современной науке пока не удалось.

Определение жизни. В современной науке жизнь и живое являются объектом исследования многих естественно-научных дисциплин, начиная с биологии и смежных с нею отраслей научного знания и завершая философией, математикой, рассматривающих абстрактные модели феномена живого, а также физикой, определяющей жизнь с позиций физических закономерностей. Ключевым вопросом многих из этих исследований является вопрос о сущности жизни, рассматриваемый различными естественно-научным и направлениями и философскими школами по-разному.

Долгое время в науке существовало два основных подхода к решению этого вопроса - механицизм и витализм. Механистический материализм, характерный для классической науки Нового времени, не признавал качественной специфики живых организмов и представлял жизненные процессы как результат действия химических и физических процессов. Поэтому механицизм отождествлял живые организмы со сложными машинами. Однако такой подход неверен в самой своей основе, ведь аналогия между живым существом и машиной не объясняет причину целесообразности живого организма. Целесообразность машин связана с тем, что они целенаправленно создаются человеком для выполнения определенных работ, и потому имеют соответствующее устройство. Но оценивать жизнь с таких позиций, оставаясь в рамках материалистического мировоззрения, нельзя, иначе нам придется признать существование творца всего живого - Бога. Таким образом, механицизм и его более поздняя разновидность - редукционизм всякий раз беспомощно останавливались перед проблемой сущности жизни.

Противоположной точкой зрения выступал витализм (от лат. vitaiis - жизненный), который объяснял качественное отличие живого от неживого наличием в живых организмах особой «жизненной силы», отсутствующей в неживых предметах и не подчиняющейся физическим законам. Такое решение проблемы сущности жизни тесно связано с признанием факта творения ее Богом, иным разумным началом и т.д.

На обыденном уровне мы все интуитивно понимаем, что представляет собой живое, а что - неживое. Однако при попытке четко сформулировать определение жизни возникают большие трудности, так как сущность жизни понимается и определяется неоднозначно.

Большинство ученых убеждено, что жизнь представляет собой особую форму существования материального мира. До конца 1950-х гт. в научной и философской литературе общепринятым было знаменитое определение Ф. Энгельса, согласно которому жизнь есть способ существования белковых тел, состоящий в постоянном самообновлении их химических составных частей. Но постепенно стало очевидным, что субстратная основа жизни не сводится только к белкам, а функциональная - к присущему белковым телам обмену веществ. Также ученым удалось точно установить, что качественное отличие живого от неживого заключено в структуре их соединений, в строении и связях, особенностях функций, характеристике и организации протекающих в организме процессов. Кроме того, жизнь отличается динамичностью и лабильностью. Но при этом можно говорить о полном тождестве химических элементов, входящих в состав живого и неживого.

На основании новых данных во второй половине XX в. появились новые определения жизни. Например, определение канадского биолога Г. Селье, в соответствии с которым жизнь понимается как процесс непрерывной адаптации организмов к постоянно изменяющимся условиям внешней и внутренней среды. При этом организм оказывается способным поддерживать стабильность всех своих структур и функций, несмотря на воздействие различных внешних факторов.

Современная биология в вопросе о сущности жизни все чаще  по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом акцент делается на то, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни. Таково определение жизни Б.М. Медникова. Он называет жизнью активное, идущее с затратой энергии поддержание и воспроизведение специфических структур, обладающих следующими свойствами: наличие генотипа и фенотипа; репликация генетических программ матричным способом; неизбежность ошибок на микроуровне при репликации, приводящих к мутациям; многократное усиление этих изменений в ходе формирования фенотипа и их селекция со стороны факторов внешней среды.

В этом определении акцент сделан на то, что жизнь связана с воспроизведением характерной для каждого вида упорядоченности. При этом организм воспроизводит себя и поддерживает свою целостность за счет использования элементов окружающей среды с более низкой упорядоченностью. Чужая упорядоченность организму не нужна, так как это будет означать воспроизведение чуждых для него структур, что приведет к гибели данного организма. Именно это происходит, когда в клетку проникает вирус, заставляющий ее развиваться по его генетической программе. Так возникают болезни, могущие привести к гибели всего организма. Поэтому любой организм имеет иммунную систему, защищающую его от проникновения «чужаков». Сбой в работе иммунной системы очень опасен для любого организма, хотя в некоторых случаях (например, при пересадке органов) иммунитет приходится подавлять искусственно, чтобы избежать отторжения пересаженного органа.

Даже в процессе питания, когда мы поглощаем части растений и животных, в первую очередь идет разрушение чужой упорядоченности. При этом белки расщепляются до аминокислот, сложные углеводы - до моносахаридов, нуклеиновые кислоты - до нуклеотидов. И лишь после этого организм из этих элементарных «кирпичиков» живого строит те белки и нуклеиновые кислоты, которые необходимы ему. Так что организмы берут извне не готовую упорядоченность, а энергию (растения - свет, животные - малоокисленные соединения для их сжигания в процессе дыхания), с помощью которой они воссоздают свою специфическую структуру.

Очевидным фактом в вопросе сущности жизни является то, что живые организмы существенно отличаются от неживых систем. Эти отличия придают жизни качественно новые свойства. Живым организмам присущи определенные специфические свойства. Часто эти свойства в той или иной степени характерны и для неживой природы, что подчеркивает единство эволюционных процессов. Однако проявление этих свойств и их совокупность не схожи у живых и неживых объектов. Именно совокупность и характер проявления свойств как раз и определяют сущность жизни. Поэтому для того чтобы понять сущность жизни, необходимо, прежде всего, установить путем сравнительного анализа, что такое живое и чем оно отличается от неживого.

Критерии живых систем. Единство химического состава. В состав живых организмов и неживых предметов входят одни и те же химические элементы, однако соотношение элементов в живом и неживом существенно различается. Элементный состав неживой природы наряду с кислородом представлен в основном кремнием, железом, магнием, алюминием и т.д. В живых организмах, как уже отмечалось ранее, 98% химического состава приходится на четыре элемента: углерод, кислород, азот и водород. Кроме того, живые организмы построены в основном из четырех сложных органических молекул - биологических полимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов и жиров, которые очень редко встречаются в неживой природе.

Обмен веществ. Все живые организмы способны к обмену веществ с окружающей средой: они поглощают из нее необходимые вещества и выделяют продукты своей жизнедеятельности. Обмен веществ - двусторонний процесс: во-первых, в результате ряда сложных химических превращений вещества окружающей среды уподобляются органическим веществам живого организма, и из них строится его тело; во-вторых, сложные органические соединения распадаются на простые, при этом утрачивается их сходство с веществами организма и выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Обмен веществ обеспечивает постоянство химического состава и строения всех частей организма и, как следствие, постоянство их функционирования в непрерывно меняющихся условиях окружающей среды, т.е. гомеостаз. В неживой природе также существует обмен веществ, но в отличие от обмена веществ, присущего живым организмам, круговорот веществ сводится к их простому переносу с одного места на другое или изменению их агрегатного состояния.

Самовоспроизведение (репродукция) и наследственность. При размножении живых организмов потомство обычно похоже на родителей, что дает основания утверждать, что размножение - это свойство организмов воспроизводить себе подобных. В основе самовоспроизведения лежит образование новых молекул и структур на основе информации, заложенной в ДНК. Благодаря репродукции не только целые организмы, но и клетки, а также органоиды клеток после деления сходны со своими прототипами. Следовательно, самовоспроизведение тесно связано с наследственностью - способностью организмов к передаче свойств, признаков, особенностей развития из поколения в поколение, что обусловливает преемственность поколений.

Изменчивость и развитие. Изменчивость создает разнообразный материал для естественного отбора и соответственно предпосылки для развития и роста живых организмов.

Под изменчивостью в естествознании понимают способность организмов приобретать новые признаки и свойства на основе изменения молекул ДНК.

Развитие - это необратимое, направленное, закономерное изменение объектов живой природы.

В результате развития возникает новое качественное состояние живой системы. Развитие жизни как формы существования материи представлено индивидуальным развитием организмов (онтогенез) и историческим развитием видов (филогенез). В процессе развития постепенно и последовательно формируется специфическая структурная организация живого организма, а также происходит увеличение его массы, обусловленное репродукцией макромолекул, элементарных структур клеток и самих клеток.

Раздражимость. Любой живой организм неразрывно связан с окружающей средой: он извлекает из нее необходимые вещества, подвергается воздействию неблагоприятных факторов среды, вступает во взаимодействие с другими организмами и т.д.

В процессе эволюции у живых организмов выработалось и закрепилось свойство раздражимости - избирательной реакции на внешние воздействия.

Всякое изменение условий среды, окружающих организм, представляет собой по отношению к нему раздражение, а реакция организма на внешние раздражители служит показателем его чувствительности и проявлением раздражимости.

Ритмичность. Неотъемлемым свойством природы является последовательная закономерная смена циклов. Периодические изменения в окружающей среде оказывают существенное влияние на живую природу и на собственные жизненные ритмы живых организмов.

В живых системах ритмичность проявляется в периодических изменениях интенсивности физиологических функций с различными периодами их активизации (от нескольких секунд до столетия).

Примерами ритмичности являются суточные ритмы сна и бодрствования у человека, сезонные ритмы активности и спячки у некоторых млекопитающих и др. Ритмичность обеспечивает согласование функций организма с окружающей средой, т.е. приспособление периодически изменяющимся условиям существования.

Саморегуляция. Несмотря на постоянные изменения условий внешней среды, живые организмы сохраняют постоянство своего состава и строения.

Саморегуляция - способность живых организмов поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность физиологических процессов в постоянно меняющихся условиях окружающей среды.

При этом недостаток поступления каких-либо питательных веществ мобилизует внутренние ресурсы организма, а их избыток приводит к прекращению синтеза. Например, уменьшение количества клеток в ткани (в результате травмы) вызывает усиленное размножение оставшихся клеток, а после восстановления количества клеток до нормального возникает сигнал о прекращении интенсивности клеточного деления.

Дискретность. Как уже было отмечено, жизнь на Земле существует в виде дискретных форм, т.е. как биосфера в целом, так и каждый отдельный организм состоят из обособленных или отграниченных в пространстве, но тем не менее тесно связанных и взаимодействующих между собой частей, образующих структурно-функциональное единство. Дискретность строения организма - основа его структурной упорядоченности. Она создает возможность постоянного самообновления его путем замены отживших структурных элементов без прекращения выполняемой им функции. Дискретность вида предопределяет возможность его эволюции через гибель или устранение от размножения неприспособленных особей и сохранения особей с полезными для выживания признаками.

Таким образом, в обобщенном и упрошенном виде все отмеченное выше можно выразить в следующих выводах.

Все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе. Естественно, что данные признаки должны быть отражены в определении жизни. Исходя из этого можно предложить следующее определение жизни.

В современном естествознании понятием «жизнь» или «живое» обозначается высшая из природных форм движения материи, которая характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения.

Важнейшими признаками жизни являются противостояние энтропийным процессам, обмен веществ с окружающей средой, воспроизводство на основе генетического кода и молекулярная хиральность.

Тема 10: Основные концепции происхождения жизни

1. Разнообразие концепций происхождения жизни.

2. Современное состояние проблемы происхождения жизни.

3. Появление жизни на Земле.

4. Формирование и развитие биосферы Земли.

5. Появление царств растений и животных.

1. Разнообразие концепций происхождения жизни. Загадка появления жизни на Земле с незапамятных времен волнует людей. На протяжении веков менялись взгляды на эту проблему и было высказано большое количество самых разнообразных гипотез и концепций. Некоторые из них получили широкое распространение и доминировали в те или иные периоды развития естествознания. К такого рода концепциям происхождения жизни относят:

1) креационизм, утверждающий, что жизнь создана сверхъестественным существом в результате акта творения;

2) концепцию стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда;

3) концепцию самопроизвольного зарождения жизни, основывающуюся на идее многократного возникновения жизни из неживого вещества;

4) концепцию панспермии, утверждающую, что жизнь занесена на Землю из космоса;

5) концепцию случайного однократного происхождения жизни;

6) концепцию закономерного происхождения жизни путем биохимической эволюции.

Такое разнообразие взглядов вызвано тем обстоятельством, что точно воспроизвести или экспериментально подтвердить процесс зарождения жизни сегодня невозможно. Отмеченные теории преимущественно опираются на умозрительные представления как исследователей естественно-научного направления, так и исследователей, придерживающихся теологических взглядов.

Концепция креационизма. Концепция креационизма имеет самую длинную историю, так как практически во всех религиях возникновение жизни рассматривается как акт Божественного творения, свидетельством чего являйся наличие в живых организмах особой силы, которая управляет всеми биологическими процессами. Процесс божественного сотворения мира и живого недоступен для наблюдения, и божественный замысел недоступен человеческому пониманию.

Интересно в креационизме был решен вопрос о продолжительности акта творения мира. В Библии сказано, что Бог сотворил мир в шесть дней. Некоторые христианские теологи верят, что это были обычные дни по 24 часа. Другие богословы относились к библейским текстам как к аллегориям и считали, что каждый день творения занимал тысячу лет. Но во всех случаях рассуждения о происхождении жизни базируются лишь на вере в библейские откровения, сомневаться в которых нельзя. Научные же истины в соответствии с принципом фальсификации всегда подвергаются сомнению.

Таким образом, концепция креационизма, по существу, научной не является, ведь она возникла в рамках религиозного мировоззрения. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой ее сотворил Бог. Тем самым практически снимается вопрос о научном решении проблемы происхождения жизни, так как все религии требует принимать это положение на веру, без доказательств. Тем не менее, концепция креационизма продолжала и продолжает пользоваться довольно большой популярностью.

Концепция стационарного состояния. Сторонники теории вечного существования жизни считают, что Земля никогда не возникала, а существовала вечно, и вместе с ней всегда существовали различные виды живого. При этом какие-то из видов при изменении условий окружающей среды вымерли, какие-то переместились в новые биологические ниши, а какие-то резко поменяли численность. Большая часть аргументов в пользу этой теории основана на исследованиях палеонтологов, выявивших исчезновение некоторых видов животных в процессе эволюции, отсутствие следов переходных звеньев между разными видами живого и все более высокими оценками возраста Земли. Именно поэтому сторонники теории стационарного состояния заявляют, что жизнь на Земле никогда не возникала, а существовала всегда. В разные геологические эпохи менялись лишь формы жизни. Также они считают, что и виды животных никогда не возникали, а также существовали всегда, что у каждого вида есть лишь две возможности существования: изменение численности или вымирание.

Строго говоря, данную теорию нельзя относить к концепциям происхождения жизни, поскольку вопрос о происхождении жизни в ней принципиально не стоит: жизнь рассматривается как вечно существующая.

Концепция самопроизвольного зарождения жизни. Данная концепция также зародилась давно и долгое время была единственной альтернативной креационизму. Идея о самопроизвольном зарождении жизни появилась в результате повседневных наблюдений за тем, как в мусорных кучах, гниющих отбросах постоянно появляются личинки, черви, мухи. Поскольку о существовании микроорганизмов в те далекие времена не было ничего известно, то считалось, что все низшие организмы появляются путем самозарождения. Ученые Средневековья, например, допускали, что рыбы могли зародиться из ила, мыши - из грязи, мухи - из мяса и т.д. Подобных взглядов придерживались многие известные ученые (Аристотель, Парацельс, Коперник, Галилей, Декарт и др.), благодаря авторитету которых концепция самопроизвольного зарождения жизни смогла существовать так долго.

Однако начиная с XVII в. стали накапливаться данные, проти­воречащие такому пониманию происхождения жизни. В 1668 г. итальянский естествоиспытатель и врач Ф. Реди провел серию опытов, которыми доказал, что белые черви в гниющем мясе есть не что иное, как личинки мух. Его опыты были простыми и убедительными. В несколько сосудов он положил кусочки мяса. Часть этих сосудов он оставил открытыми, а часть прикрыл материей, пропускающей воздух. Вскоре в первых сосудах появились личинки мух, а в прикрытых сосудах их не было. Тем самым он доказал невозможность самозарождения червей из гниющего мяса в отсутствие мух. В результате проведенных опытов Реди сформулировал свой знаменитый принцип: «Все живое - от живого». Поэтому Реди стал основоположником концепции биогенеза, утверждавшей, что жизнь возникает только из предшествующей жизни.

Несмотря на убедительность опытов Реди, споры вокруг этой теории продолжались вплоть до середины XIX в., когда знаменитый французский ученый Луи Пастер своими простыми и оригинальными опытами окончательно доказал невозможность самозарождения простых организмов. Опыты Пастера продемонстрировали, что микроорганизмы появляются в органических растворах в силу того, что туда были ранее занесены их зародыши. Если же сосуд с питательной средой оградить от занесения в него микробов, проведя стерилизацию (пастеризацию), то никакого самозарождения не произойдет. Опыты Пастера подтвердили принцип Реди и показали научную несостоятельность концепции спонтанного самозарождения организмов. Но, опровергнув эту концепцию, Пастер, к сожалению, не предложил никакой другой идеи. Поэтому в середине XIX в. наука не могла ничего сказать о том, как возникла жизнь на Земле.

Концепция самозарождения жизни, несмотря на свою ошибочность, сыграла позитивную роль в развитии естествознания, поскольку опыты, призванные подтвердить ее, помогли получить богатый эмпирический материал для развивающейся биологической науки.

Концепция панспермии. Практически одновременно с опытами Пастера немецким ученым Г. Рихтером была высказана гипотеза о занесении живых существ на Землю из космоса, получившая позднее название концеп­ции панспермии (от греч. pan - весь, sperma - семя). Согласно этой гипотезе жизнь в виде «семян» широко распространена в космосе, откуда зародыши простых организмов могли попасть в земные условия вместе с метеоритами и космической пылью и дать начало эволюции всего живого, породив таким образом все много­образие земной жизни. То есть данная теория допускала возможность возникновения жизни в разное время в разных частях Галактики и перенесения ее на Землю тем или иным способом. Основную идею концепции панспермии разделяли крупнейшие ученые конца XIX в. У. Томсон (барон Кельвин), Г. Гельмгольц, В.И. Вернадский и др.

В 1908 г. шведский химик С. Аррениус выдвинул схожую гипотезу происхождения жизни из космоса. Он высказал мысль, что зародыши жизни вечно существуют во Вселенной, движутся в космическом пространстве под влиянием световых лучей и, оседая на поверхности планет, дают начало жизни на них. Жизнь на нашей Земле начала свое развитие тогда, когда на нее из Космоса попали зародыши жизни.

Концепция панспермии была поддержана многими известными учеными, что способствовало ее широкому распространению. Довольно большое число сторонников имеет эта концепция и в наши дни. Так, американские астрономы, изучая газовую туманность, отстоящую от Земли на 25 тысяч световых лет, нашли в ее спектре следы аминокислот и других органических веществ. В начале 1980-х гг. американские исследователи обнаружили в Антарктиде осколок породы, выбитой когда-то с поверхности Марса крупным метеоритом. При помощи электронного микроскопа в этом камне были обнаружены окаменевшие останки микроорганизмов, похожие на земные бактерии. Это говорит о том, что в прошлом на Марсе существовала примитивная жизнь, может быть, она есть там и сейчас.

Тем не менее, серьезных аргументов в пользу концепции панспермии нет. При этом существуют серьезные доводы против нее. Дело в том, что, хотя спектр возможных условий для существования живых организмов достаточно широк, все же считается, что они должны погибнуть в космосе под действием ультрафиолетовых и космических лучей.

Были попытки опровергнуть это положение. Так, голландский ученый М. Гринберг считал, что на нашу планету жизнь была занесена кометами. По его мнению, живые клетки зародились в газовых хвостах комет. Поэтому он попытался воспроизвести в лабораторных условиях кометную среду. Для этого Гринберг охладил смесь, окиси углерода и воды до температуры -269°С и подверг ультрафиолетовому облучению. В результате он получил сложные органические соединения. Однако опыты Гринберга не изменили мнения большинства ученых.

Космическая гипотеза возникновения жизни получила продолжение в настоящее время в исследованиях Ф. Хойла, предположившего, что микроорганизмы образуются в космическом пространстве, захватываются кометами и рассеиваются в пространстве планет, мимо которых они пролетают. Но предопределенность такого возникновения жизни чрезвычайно мала, а одна только возможность - это не самое главное условие для зарождения живого в Космосе или на Земле.

Некоторая часть ученых склоняется к версии о «направленной» панспермии. Она довольно неплохо изложена в произведениях некоторых писателей-фантастов. Суть ее - в признании существования некой галактической сверхцивилизации сеятелей, которые создают и распространяют семена жизни по разным планетам. Среди ее сторонников - английский профессор Ф. Крик, один из первооткрывателей структуры гена, предложивший свою гипотезу еще в 1971 г. К сожалению, при всей своей привлекательности эта версия не выдерживает строгой научной критики, у нас нет ни одного довода в ее пользу.

Кроме того, все существующие варианты концепции панспермии в конечном счете не решают проблемы происхождения жизни. Они лишь выносят ее за пределы Земли, однако оставляют открытым вопрос: если жизнь была занесена на Землю из космоса, то где и как она возникла там?

Концепция случайного однократного происхождения жизни. Неспособность рассмотренных теорий и концепций дать убедительное и аргументированное объяснение происхождения жизни привели в начале XX в. к дальнейшим поискам решения данной проблемы. В контексте этих поисков американский генетик Г. Меллер выдвинул гипотезу о случайном возникновении первичной молекулы живого вещества. Суть гипотезы заключается в предположении, что живая молекула, способная размножаться, могла возникнуть случайно в результате взаимодействия простейших веществ. Он считает, что элементарная единица наследственности - ген - является основой жизни. И жизнь в форме гена, по его мнению, возникла путем случайного сочетания атомных группировок и молекул, существовавших в водах первичного океана. Гипотеза случайного однократного появления жизни получила особенно широкое распространение среди генетиков после открытия роли ДНК в явлениях наследственности.

Тем не менее, идея случайного возникновения ДНК до сих пор широко распространена в научной литературе, хотя вероятность такого события очень мала. При всей своей внешней наукообразно­сти эта концепция по степени доказательности не отличается от концепции креационизма, поэтому в наши дни у нее практически не осталось сторонников.

Концепция биохимической эволюции. Теория А.И. Опарина. Одним из главным препятствий, стоявших в начале XX в. на пути решения проблемы возникновения жизни, было господство­вавшее в науке и основанное на повседневном опыте убеждение, что между органическими и неорганическими соединениями не существует никакой взаимосвязи. До середины XX в. многие уче­ные полагали, что органические соединения могут возникать только в живом организме, биогенно. Именно поэтому их назвали органическими соединениями в противоположность веществам неживой природы - минералам, которые получили название неорганических соединений. Считалось, что природа неорганических веществ совершенно иная, а поэтому возникновение даже простейших организмов из неорганических веществ принципиально невозможно. Однако после того, как из обычных химических элементов было синтезировано первое органическое соединение, представление о двух разных сущностях органических и неорганических веществ оказалось несостоятельным. В результате этого открытия возникли органическая химия и биохимия, изучающие химические процессы в живых организмах.

Кроме того, данное научное открытие позволило создать концепцию биохимической эволюции, согласно которой жизнь на Земле возникла в результате физических и химических процессов. Исходную основу этой гипотезы составили данные о сходстве веществ, входящих в состав растений и животных, а также о возможности в лабораторных условиях синтезировать органические вещества, составляющие белок.

Эти открытия легли в основу концепции А.И. Опарина, опубликованной в 1924 г. в книге «Происхождение жизни», где была изложена принципиально новая гипотеза происхождения жизни. Он выступил с утверждением, что принцип Реди, вводящий монополию биотического синтеза органических веществ, справедлив лишь для современной эпохи существования нашей планеты. В начале же своего существования, когда Земля была безжизненной, на ней происходили абиотические синтезы углеродистых соединений и иx последующая предбиологическая эволюция.

Появление жизни он рассматривал как единый естественный процесс, который состоял из протекавшей в условиях ранней Земли первоначальной химической эволюции, перешедшей постепенно на качественно новый уровень - биохимическую эволюцию. Суть гипотезы сводилась к следующему: зарождение жизни на Земле - длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой. И произошло это путем химической эволюции, в результате которой простейшие органические вещества образовались из неорганических под влиянием сильнодействующих физико-химических факторов.

Рассматривая проблему возникновения жизни путем биохимической эволюции, Опарин выделяет три этапа перехода от неживой материи к живой:

1) этап синтеза исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы ранней Земли;

2) этап формирования в первичных водоемах Земли из накопившихся органических соединений биополимеров, липидов, углеводородов;

3) этап самоорганизации сложных органических соединений, возникновение на их основе и эволюционное совершенствование процессов обмена веществом и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием простейшей клетки.

На первом этапе, около 4 млрд. лет назад, когда Земля была безжизненной, на ней происходили абиотический синтез углеродистых соединений и их последующая предбиологическая эволюция. Для этого периода эволюции Земли были характерны многочисленные вулканические извержения с выбросом огромного количества раскаленной лавы. По мере остывания планеты водяные пары, находившиеся в атмосфере, конденсировались и обрушивались на Землю ливнями, образуя огромные водные пространства. Поскольку поверхность Земли оставалась все-таки горячей, вода испарялась, а затем, охлаждаясь в верхних слоях атмосферы, вновь выпадала на поверхность планеты. Эти процессы продолжались многие миллионы лет. Таким образом в водах первичного океана были растворены различные соли. Кроме того, в него попадали и органиче­ские соединения: сахара, аминокислоты, азотистые основания, органические кислоты и т.п., непрерывно образующиеся в атмосфере под действием ультрафиолетового излучения, высокой температуры и активной вулканической деятельности.

Первичный океан, вероятно, содержал в растворенном виде различные органические и неорганические молекулы, попавшие в него из атмосферы и поверхностных слоев Земли. Концентрация органических соединений постоянно увеличивалась, и в конце концов воды океана стали «бульоном» из белковоподобных веществ - пептидов.

На втором этапе, по мере смягчения условий на Земле, под воздействием на химические смеси первичного океана электрических разрядов, тепловой энергии и ультрафиолетовых лучей стало возможным образование сложных органических соединений - биополимеров и нуклеотидов, которые, постепенно объединяясь и усложняясь, превращались в протобионтов (доклеточные предки живых организмов). Итогом эволюции сложных органических веществ стало появление коацерватов, или коацерватных капель.

Коацерваты - это комплексы коллоидных частиц, раствор которых разделяется на два слоя: слой, богатый коллоидными частицами, и жидкость, почти свободную от них. Коацерваты обладали способностью поглощать различные вещества, растворенные в водах первичного океана. В результате внутреннее строение коацерватов менялось, что вело или к их распаду, или к накоплению веществ, т.е. к росту и изменению химического состава, повышающего их устойчивость в постоянно меняющихся условиях. Теория биохимической эволюции рассматривает коацерваты как предбиологические системы, представляющие собой группы молекул, окруженные водной оболочкой. Коацерваты оказались способными поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечило возможность первичного обмена веществ со средой.

На третьем этапе, как предполагал Опарин, начал действовать естественный отбор. В массе коацерватных капель происходил отбор коацерватов, наиболее устойчивых к данным условиям среды. Процесс отбора шел в течение многих миллионов лет, в результате чего сохранилась только малая часть коацерватов. Однако сохранившиеся коацерватные капли обладали способностью к первичному метаболизму. А обмен веществ - первейшее свойство жизни. Вместе с тем, достигнув определенных размеров, материнская капля могла распадаться на дочерние, которые сохраняли особенности материнской структуры Таким образом, можно говорить о приобретении коацерватами свойства самовоспроизведения - одного из важнейших признаков жизни. По сути дела, на этой стадии коацерваты превратились в простейшие живые организмы.

Дальнейшая эволюция этих предбиологических структур была возможна только при усложнении обменных и энергетических про­цессов внутри коацервата. Более прочную изоляцию внутренней среды от внешних воздействий могла обеспечить только мембрана. Вокруг коацерватов, богатых органическими соединениями, возникли слои липидов, отделившие коацерват от окружающей его водной среды. В процессе эволюции липиды трансформировались в наружную мембрану, что значительно повысило жизнеспособность и устойчивость организмов. Появление мембраны предопределило направление дальнейшей химической эволюции по пути все более совершенной саморегуляции вплоть до возникновения первых клеток.

Популярность концепции Опарина в научном мире очень велика. Однако большая часть экспериментов, развивших идеи ученого, 6_Ь1ла проведена только в 1950-1960-е гг. Так, в 1953 г. С. Миллер в ряде экспериментов смоделировал условия, существовавшие на раннем этапе эволюции Земли. В сделанной им установке были синтезированы многие аминокислоты, аденин, простые сахара и другие вещества, имеющие важное биологическое значение. После этого Л. Орджел в сходном эксперименте синтезировал простые нуклеиновые кислоты. Но несмотря на экспериментальную обоснованность и теоретическую убедительность, концепция Опарина имеет как сильные, так и слабые стороны.

Сильной стороной концепции является достаточно точное экспериментальное обоснование химической эволюции, согласно которой зарождение жизни является закономерным результатом добиологической эволюции материи. Убедительным аргументом в пользу этой концепции является также возможность экспериментальной проверки ее основных положений. Это касается не только лабораторного воспроизведения предполагаемых физико-химических условий первичной Земли, но и коацерватов, имитирующих доклеточных предков и их функциональные особенности.

Слабой стороной концепции является невозможность объяснения самого момента скачка от сложных органических соединений к живым организмам, ведь ни в одном из поставленных экспериментов получить жизнь так и не удалось. Кроме того, Опарин допускал возможность самовоспроизведения коацерватов в отсутствие молекулярных систем с функциями генетического кода. Иными словами, без реконструкции эволюции механизма наследственности объяснить процесс скачка от неживого к живому не удается. Поэтому сегодня считается, что решить эту сложнейшую проблему биологии без привлечения концепции открытых каталитических систем, молекулярной биологии, а также кибернетики не получится.

2. Современное состояние проблемы происхождения жизни. В настоящее время центральной проблемой в вопросе о происхождении жизни на Земле является описание эволюции механизма наследственности. Ученые убеждены, что жизнь возникла только тогда, когда начал действовать механизм репликации. Любая, даже очень сложная комбинация аминокислот и других органических соединений - это еще не жизнь. Вместе с тем появление праДНК. вместо коацерватной капли тоже не может считаться началом жизни на Земле, ибо современная ДНК может функционировать только при наличии белковых ферментов.

Таким образом, ученые-биологи, занимающиеся сегодня решением вопроса о происхождении жизни, сводят его к характеристике доклеточного предка - протобионта, его структурных и функциональных особенностей.

Концепции голобиоза и генобиоза. Трудность решения этого вопроса объясняется хорошо известным фактом: для саморепродукции нуклеиновых кислот - основы генетического кода - необходимы ферментные белки, а для синтеза белков - нуклеиновые кислоты. Данная ситуация аналогична той, что происходит при постройке дома, для которого одновременно нужны как материалы, так и чертежи и планы.

Конечно, проще всего было бы предположить, что нуклеиновые кислоты и белки-ферменты появились одновременно, объединились в единую систему в пределах протобионта, после чего началась их коэволюция - одновременная и взаимосвязанная эволюция. К сожалению, этот компромиссный вариант не получил признания ученых. Дело в том, что белковые и нуклеиновые макромолекулы структурно и функционально глубоко различны. В силу этого они не могли появиться одновременно, в результате одного скачка в ходе химической эволюции. Таким образом, невозможно и их сосуществование в протобиологической системе (протобионте).

В результате на протяжении большей части XX в. ученые вели дискуссию о том, что было первичным - белки или нуклеиновые кислоты, а также о том, как и на каком этапе произошло их объединение в единую систему, способную к передаче генетической информации и регуляции биосинтеза белков, т.е. являющуюся живым организмом. В зависимости от ответа на вопрос, что является первичным - белки или нуклеиновые кислоты, все существующие гипотезы и концепции можно разделить на две большие группы - голобиоза и генобиоза.

Рассмотренная ранее концепция Опарина относится к группе концепций голобиоза - методологического подхода, утверждающего первичность структур, способных к элементарному обмену веществ при участии ферментных белков. Появление нуклеиновых кислот в этой концепции считается завершением эволюции, итогом конкуренции протобионтов. Данную точку зрения можно назвать субстратной.

Сторонники генобиоза исходят из убеждения в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода. Эту группу гипотез и концепций можно назвать информационной. Примером этой точки зрения может служить концепция американского генетика Дж. Холдейна, выдвинутая им в 1929 г. Согласно концепции Холдейна первичной была не структура, способная к обмену веществ с окружающей средой, а макромолекулярная система, подобная гену и способная к саморепродукции (и поэтому названная им «голым геном»).

Вплоть до 1980-х гг. имело место четко выраженное противостояние гипотез голобиоза и генобиоза, после чего чаша весов стала склоняться в пользу концепции генобиоза. Во многом это произошло благодаря новому истолкованию открытого еще Л. Пастером свойства молекулярной хиральности живых организмов, которое считается изначальным и фундаментальным признаком живой материи. Считается, что свойство молекулярной хиральности зародилось столь же рано, как и способность к генетической саморепродукции. Причем это кодирование производится с помощью молекул ДНК или РНК.

Но оставался нерешенным вопрос о том, какая из этих информационных молекул появилась первой и сыграла роль матрицы для первичной комплиментарной полимеризации. Кроме того, по-прежнему стоял вопрос, как могла функционировать протобиотическая система в отсутствие ферментных белков, если мы допускаем, что они появились позже?

Ответ на эти вопросы был получен к концу 1980-х гг. Он гласил, что первичной была молекула РНК, а не ДНК. Признание этого факта было связано с открытием у РНК уникальных свойств. Оказалось, что она наделена такой же генетической памятью, как и молекула ДНК. Далее была установлена настоящая вездесущность РНК - стало ясно, что нет организмов, в которых отсутствовала бы РНК, хотя есть множество вирусов, геном которых не содержит ДНК. Также, вопреки устоявшейся догме, утверждавшей, что перенос генетической информации идет в направлении от ДНК к РНК и белку, оказался возможным перенос информации от РНК к ДНК при участии фермента, открытого в начале 1970-х гг.

В начале 1980-х гг. была установлена способность РНК к саморепродукции в отсутствие белковых ферментов, т.е. открыта ее автокаталитическая функция. Это объясняло все нерешаемые ранее вопросы.

Таким образом, сегодня считается, что протобионт представлял собой молекулу РНК. Древняя РНК была транспортной и совмещала в себе черты как фенотипа, так и генотипа. Иными словами, она Могла подвергаться как генетическим преобразованиям, так и естественному отбору. Уже очевидно, что процесс эволюции шел от РНК к белку, а затем к образованию молекулы ДНК, у которой С-Н связи более прочны, чем С-ОН связи РНК.

Очевидно, что возникновение хиральности, а также первичных молекул РНК не могло произойти в ходе плавного эволюционного развития. Судя по всему, имел место скачок со всеми характерными чертами самоорганизации вещества, об особенностях которой говорилось выше.

В 1990-е гг. появился еще ряд версий, в соответствии с которыми жизнь могла появиться в геотермальных источниках, на морском дне, в тонких пленках органического вещества, адсорбированного на поверхности кристаллов пирита или апатитов. Их появление вызвано некоторыми недостатками концепции генобиоза, но они еще не получили достаточного обоснования и развития.

Образование древнейшей клетки. Следующим этапом в процессе появления жизни стало рождение настоящей живой клетки. Сегодня о первичной клетке (археклетке) известно намного больше, чем раньше.

Археклетка явилась первым живым организмом. Очевидно, археклетка была отграничена от внешней среды двухслойной оболочкой (мембраной), обладала способностью всасывать через нее протоны, ионы и маленькие молекулы, а ее метаболизм основывался на низкомолекулярных углеродных соединениях. Для строения археклетки характерно наличие клеточного скелета, отвечавшего за целостность клетки, а также обеспечивавшего возможность ее деления. Жизнедеятельность клетки осуществлялась за счет АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты).

Возможно, археклетки были схожи с недавно открытыми архебактериями и представляли собой протоэукариотную систему, дальнейшая эволюция которых шла как по линии приобретения новых свойств эукариотами, так и по пути их утраты прокариотами. Данный процесс занял несколько миллиардов лет. Считается, что первые прокариоты появились более 4 млрд. лет назад. Это были бактерии и сине-зеленые водоросли - практически бессмертные организмы, жившие в очень сложных условиях. Эукариоты появились около 2,6 млрд. лет назад, они уже не были бессмертными, и с их появлением процесс эволюции жизни начал ускоряться.

3. Появление жизни на Земле. Как было отмечено выше, в вопросе появления жизни на нашей планете еще много остается неясного и неопределенного. Эта проблема далека от своего окончательного решения. Тем не менее, современная наука дает возможность выдвинуть некоторые гипотезы, отвечающие на вопросы о том, как, когда и в какой форме появилась жизнь на Земле.

Условия, необходимые для появления жизни. История жизни и история Земли неотделимы друг от друга, так как именно в процессах развития нашей планеты как космического тела закладывались определенные физические и химические условия, необходимые для появления и развития жизни.

Прежде всего, следует отметить, что жизнь (во всяком случае в той форме, в которой она функционирует на Земле) может существовать в достаточно узком диапазоне температур, давлений и радиации. Также для появления жизни на Земле нужны вполне определенные материальные основы - химические элементы-органоге­ны и в первую очередь углерод, так как именно он лежит в основе жизни. Этот элемент обладает рядом свойств, делающих его незаменимым для образования живых систем. Углерод способен образовывать разнообразные органические соединения, число которых достигает нескольких десятков миллионов. Среди них - насыщенные водой, подвижные, низкоэлектропроводные, скрученные в цепи структуры. Соединения углерода с водородом, кислородом, азотом, фосфором, серой и железом обладают хорошими каталитическими, строительными, энергетическими, информационными и иными свойствами.

Наряду с углеродом к «кирпичикам» живого относятся кислород, водород и азот. Ведь живая клетка состоит на 70% из кислорода, углерода в ней - 17%, водорода - 10%, азота - 3%. Элементы-органогены принадлежат к наиболее устойчивым и распространенным во Вселенной химическим элементам. Они легко соединяются между собой, вступают в реакции и обладают малым атомным ве­сом. Их соединения легко растворяются в воде. Эти элементы, очевидно, поступили на Землю вместе с космической пылью, которая стала материалом для «строительства» планет Солнечной системы. Еще на стадии формирования планет возникли углеводороды, соединения азота, в первичных атмосферах планет было много метана, аммиака, водяного пара и водорода. Они, в свою очередь, стали сырьем для получения сложных органических веществ, входящих в состав белков и нуклеиновых кислот (аминокислот и нуклеотидов).

Огромную роль в появлении и функционировании живых организмов играет вода, ведь они на 90% состоят из воды. Поэтому вода является не только средой, но и обязательным участником всех биохимических процессов. Вода обеспечивает метаболизм клетки и терморегуляцию организмов. Кроме того, водная среда как уникальная по своим упругим свойствам структура позволяет всем определяющим жизнь молекулам реализовать свою пространственную организацию. Поэтому жизнь зародилась в воде, но даже выйди из моря на сушу, она сохранила внутри живой клетки океаническую среду.

Наша планета богата водой и расположена на таком расстоянии от Солнца, что необходимая для жизни основная масса воды находится в жидком, а не в твердом или газообразном состоянии, как на других планетах. На Земле поддерживается оптимальная температура для существования жизни, основанной на углероде.

Какой была древнейшая жизнь? Наши знания о ранее живших организмах невелики. Ведь миллиарды особей, представлявших самые разные виды, исчезли, не оставив после себя никаких следов. По оценкам некоторых палеонтологов, в ископаемом состоянии до нас дошли останки только 0,01% всех видов живых организмов, населявших Землю. Среди них - только те организмы, которые могли сохранить структуру своих форм путем замещения или в результате сохранности отпечатков. Все прочие виды до нас просто не дошли, и о них мы не сможем узнать ничего и никогда.

Долгое время считалось, что возраст древнейших отпечатков живых организмов, к которым относятся трилобиты и другие высокоорганизованные водные организмы, составляет 570 млн. лет. Позже были найдены следы намного более древних организмов - минерализовавшихся нитчатых и округлых микроорганизмов примерно десятка различных видов, напоминающих простейших бактерий и микроводорослей. Возраст этих останков, найденных в кремнистых пластах Западной Австралии, был оценен в 3,2-3,5 млрд. лет. Эти организмы, видимо, имели сложную внутреннюю структуру, в них присутствовали химические элементы, соединения которых были способны участвовать в процессе фотосинтеза. Данные организмы бесконечно сложны по сравнению с самым сложным из известных органических соединений абиогенного происхождения. Нет сомнений, что это не самые ранние формы жизни и что существовали их более древние предшественники.

Таким образом, истоки жизни на Земле уходят в тот «темный» первый миллиард лет существования нашей планеты, который не оставил следа в ее геологической летописи. Данную точку зрения подтверждает и тот факт, что известный биогеохимический цикл углерода, связанный с фотосинтезом, в биосфере стабилизировался более 3,8 млрд. лет назад. Это позволяет считать, что фотоавтотрофная биосфера существовала на нашей планете не менее 4 млрд. лет назад. Однако по данным цитологии и молекулярной биологии, фотоавтотрофные организмы были вторичными в процессе эволюции живого вещества. Автотрофному способу питания живых организмов должен был предшествовать гетеротрофный способ как более простой. Автотрофные организмы, строящие свое тело за счет неорганических минеральных веществ, имеют более позднее происхождение. Об этом свидетельствуют следующие факты:

· все современные организмы обладают системами, приспособленными к использованию готовых органических веществ как исходного строительного материала для процессов биосинтеза;

· преобладающее число видов организмов в современной биосфере Земли может существовать только при постоянном снабжении готовыми органическими веществами;

· у гетеротрофных организмов не встречается никаких признаков или рудиментарных остатков тех специфических ферментных комплексов и биохимических реакций, которые характерны для автотрофного способа питания.

Таким образом, можно сделать вывод о первичности гетеротрофного способа питания. Древнейшая жизнь, вероятно, существовала в качестве гетеротрофных бактерий, получавших пищу и энергию за счет органического материала абиогенного происхождения, образовавшегося еще раньше, на космической стадии эволюции Земли. Следовательно, начало жизни как таковой отодвигается еще дальше, за пределы каменной летописи земной коры, более чем на 4 млрд. лет назад.

Говоря о древнейших организмах на Земле, также следует отметить, что по типу своего строения они были прокариотами, возникшими вскоре после появления археклетки. В отличие от эукариотов они не имели оформленного ядра, и ДНК располагалась в клетке свободно, не отделяясь от цитоплазмы ядерной мембраной. Различия между прокариотами и эукариотами гораздо глубже, чем между высшими растениями и высшими животными: и те и другие относятся к эукариотам. Представители прокариотов живут и сегодня. Это бактерии и сине-зеленые водоросли. Очевидно, первые организмы, жившие в очень жестких условиях первоначальной Земли, были похожи на них.

Ученые также не сомневаются в том, что древнейшие организмы, населявшие Землю, были анаэробами, получавшими необходимую им энергию за счет дрожжевого брожения. Большая часть современных организмов являются аэробными и используют кислородное дыхание (окислительные процессы) как способ получения энергии.

Таким образом, прав был В.И. Вернадский, предположивший, что жизнь сразу возникла в виде примитивной биосферы. Только разнообразие видов живых организмов могло обеспечить выполнение всех функций живого вещества в биосфере. Ведь жизнь является мощнейшей геологической силой, вполне сравнимой как по энергетическим затратам, так и по внешним эффектам с такими геологическими процессами, как горообразование, извержение вулканов, землетрясения и т.д. Жизнь не просто существует в окружающей ее среде, но активно эту среду формирует, преобразуя ее «под себя». Не следует забывать, что весь лик современной Земли, все ее ландшафты, осадочные и метаморфические породы (граниты, гнейсы, образовавшиеся из осадочных пород), запасы полезных ископаемых, современная атмосфера являются результатом действия живого вещества.

Эти данные позволили Вернадскому утверждать, что с самого начала существования биосферы входящая в нее жизнь должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, так как биогеохимические функции жизни в силу своего разнообразия и сложности не могут быть связаны только с какой-то одной формой жизни. Таким образом, первичная биосфера изначально была представлена богатым функциональным разнообразием. Поскольку организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте, то первое появление жизни должно было произойти не в виде какого-то одного вида организмов, а в их совокупности. Иными словами, сразу должны были появиться первичные биоценозы. Состояли они из простейших одноклеточных организмов, так как все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть выполнены ими.

И, наконец, следует сказать, что первичные организмы и биосфера могли существовать только в воде. Выше мы уже говорили, что все организмы нашей планеты теснейшим образом связаны с водой. Именно связанная вода, не теряющая своих основных свойств, является их важнейшим составным компонентом и составляет 60-99,7% веса.

Именно в водах первичного океана образовался «первичный бульон». Ведь морская вода сама по себе представляет естественный раствор, содержащий все известные химические элементы. В ней образовались вначале простые, а затем и сложные органические соединения, среди которых были аминокислоты и нуклеотиды. В этом «первичном бульоне» и произошел скачок, давший начало жизни на Земле. Немаловажное значение для появления и дальнейшего развития жизни имела радиоактивность воды, которая тогда была в 20-30 раз большей, чем сейчас. Хотя первичные организмы были намного устойчивее к радиации, чем современные, мутации в те времена происходили намного чаще, поэтому естественный отбор шел интенсивнее, чем в наши дни.

Кроме того, не следует забывать о том, что первичная атмосфера Земли не содержала свободного кислорода, поэтому в ней отсутствовал озоновый экран, защищающий нашу планету от ультрафиолетовой радиации Солнца и жесткого космического излучения. В силу этих причин на суше жизнь просто не могла возникнуть, жизнь возникла в первичном океане, воды которого служили доста­точным препятствием для этих лучей.

Итак, подводя итоги, следует отметить, что первичные организмы, возникшие на Земле более 4 млрд. лет назад, обладали следующими свойствами:

· они были гетеротрофными организмами, т.е. питались готовыми органическими соединениями, накопленными на этапе космической эволюции Земли;

· они были прокариотами - организмами, лишенными оформленного ядра;

· они были анаэробными организмами, использующими в качестве источника энергии дрожжевое брожение;

· они появились в виде первичной биосферы, состоящей из биоценозов, включающих различные виды одноклеточных организмов;

· они появились и долгое время существовали только в водах первичного океана.

Начало жизни на Земле. Поскольку жизнь неразрывно связана со средой своего обитания, то начало жизни следует изучать в тесной связи с теми космическими и геологическими процессами, в ходе которых образовалась и развивалась наша планета.

Завершение этапа космической эволюции Земли, в ходе которой она сложилась из планетезималий, произошло около 4,5 млрд. лет назад. После этого наша планета стала постепенно остывать и начала формироваться земная кора, а также атмосфера и гидросфера за счет дегазации лав, выплавлявшихся из верхней мантии при интенсивном вулканизме. Мы имеем все основания полагать, что при этом на поверхность Земли поступали, прежде всего, пары воды и газообразные соединения углерода, серы и азота.

Первичная атмосфера Земли была очень тонкой, разреженной, атмосферное давление у поверхности не превышало 10 мм ртутного столба. Состав первичной атмосферы формировался из тех газов, которые выбрасывались при извержении вулканов. Это подтверждает анализ пузырьков газа, обнаруженных в протоархейских породах (60% - углекислота, 40% - соединения серы, аммиака, метана, другие окислы углерода, а также пары воды). Первичная атмосфера не содержала свободного кислорода, поскольку его не содержали вулканические газы.

Воды первичного океана имели примерно такой же состав, как и сегодня, но в них, как и в атмосфере, отсутствовал свободный кислород. Таким образом, свободный кислород, а значит, и химический состав современный атмосферы, как и свободный кислород океанов Земли, не были первоначально заданы при рождении нашей планеты как небесного тела, а являются результатом жизнедеятельности первых живых организмов, составивших первичную биосферу Земли.

Под действием солнечных и космических лучей, проникавших через разреженную атмосферу, происходила ее ионизация, превращавшая атмосферу в холодную плазму. Поэтому атмосфера ранней Земли была насыщена электричеством, в ней вспыхивали частые разряды. В таких условиях шел быстрый одновременный синтез разнообразных органических соединений, в том числе и весьма сложных. Эти соединения, как и те, что попали на Землю в уже готовом виде из космоса, представляли собой подходящее сырье, из которого на следующей стадии эволюции могли образоваться аминокислоты и нуклеотиды.

Радиоактивный разогрев недр Земли пробудил тектоническую активность, заработали вулканы, выделявшие огромное количество вулканических газов. Это уплотнило атмосферу, отодвинув границу ионизации в ее верхние слои. При этом процесс образования органических соединений продолжался.

Частые грозы с длительными ливнями приносили образовавшиеся органические вещества в водоемы, покрывавшие нашу планету, добавляя их к тем, что уже были растворены в водах первичного океана. Таким образом, оказались накоплены большие запасы органического сырья. По некоторым подсчетам, его масса оценивается в 10¹⁶ кг, что всего на 2-3 порядка меньше массы современной биосферы. Согласно расчетам, растворение органических веществ в водах океана дало раствор, концентрация которого составляла 1%. После того, как углеродистые соединения образовали «первичный бульон», уже могли организовываться биополимеры - аминокислоты и нуклеотиды, «кирпичики» белков и нуклеиновых кислот. Необходимая концентрация веществ для образования биополимеров могла возникнуть в результате осаждения органических соединений на минеральных частицах, например на глине или гидроокиси железа, образующих ил водоемов. Кроме того, органические вещества могли образовывать на поверхности океана тонкую пленку, которую ветер и волны гнали к берегу, где она собиралась в толстые слои. В химии известен также процесс объединения родственных молекул в разбавленных растворах.

Дальнейший этап биогенеза связан с концентрацией органических веществ и появлением протобионта - молекулы РНК в результате скачка, приведшего к образованию живого из неживого. Протобионты представляли собой системы органических веществ, покрытые оболочкой и способные взаимодействовать с окружающей средой, т.е. расти и развиваться за счет поглощения из окружающей среды богатых энергией веществ. Кроме того, протобионты обладали способностью к размножению, передавая полезные признаки своим потомкам.

К сожалению, механизм перехода от сложных органических веществ к простым живым организмам наукой пока не установлен. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую схему. В соответствии с ней между первичными сгустками органических веществ (коацерватов) могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей данным сгусткам стабильность. Именно с появлением мембраны можно говорить о рождении клетки - основной структурной единицы жизни, способной к росту и размножению.

4. Формирование и развитие биосферы Земли. Как было отмечено выше, жизнь на Земле первоначально появилась в форме примитивной биосферы. Соответственно присутствие жизни на планете стало коренным образом преображать окружающую среду. Ведь два важнейших компонента биосферы - живое вещество и среда их обитания - непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном органическом единстве, образуя целостную динамическую систему. Развитие биосферы Земли можно рассматривать как последовательную смену трех этапов: восстановительного, слабоокислительного и окислительного.

Восстановительный этап в развитии биосферы. Как считают многие ученые, восстановительный этап развития биосферы начался еще в космических условиях и завершился появлением на Земле гетеротрофной биосферы. На этом этапе развития биосферы появились малые сферические анаэробы и прокариоты. Физиологические процессы этих организмов основывались не на кислородном окислении, а на дрожжевом брожении. Изначально в атмосфере Земли присутствовали лишь следы свободного кислорода. Производство свободного кислорода начали первые организмы. Но количество кислорода было незначительным и пока он приводил лишь к окислительным процессам на земной поверхности и в океане.

Поскольку первые организмы были гетеротрофами, они нуждались в питании. Пищей для них стали ранее накопленные органические соединения, растворенные в водах первичного океана, так как первичная биосфера ограничивалась водной средой. Но жизнь нуждалась в дополнительных источниках энергии. Поэтому на ранних стадиях эволюции живые организмы активно использовали различного рода радиацию. По мнению А.И. Перельмана, особенно важную роль играл радиоактивный калий, который поглощался первыми организмами. Потребность в калии впоследствии закрепилась генетически, хотя для более высокоорганизованных форм радиоактивность перестала служить источником энергии.

Продолжительность существования первичной восстановительной биосферы в геологических масштабах была невелика. Причина этого заключалась в том, что первичные гетеротрофные организмы быстро размножались и, естественно, довольно быстро исчерпали свою питательную базу. Поэтому, достигнув максимальной биомассы, они должны были либо вымереть от голода, либо перейти к автотрофному (фотосинтетическому) способу питания.

Слабоокислительный этап в развитии биосферы. Слабоокислительный этап в развитии биосферы связан с появлением около 4 млрд. лет назад процесса фотосинтеза. Новый способ питания был основан на том, что некоторые простые соединения обладают способностью поглощать свет, если в их составе есть атом магния (как в хлорофилле). Уловленная таким способом световая энергия может быть использована для усиления реакций обмена, в том числе и для образования органических соединений, которые при необходимости могут расщепляться с высвобождением энергии. Именно таким путем происходило образование хлорофилла, приведшее в конечном итоге к появлению фотосинтеза, позволявшего получать энергию непосредственно от Солнца.

Но первичная поверхность Земли, лишенная свободного кислорода, облучалась ультрафиолетовой радиацией Солнца. Поэтому, возможно, первые фотохимические организмы использовали радиацию ультрафиолетовой части спектра. Только после возникновения озонового экрана (в связи с появлением свободного кислорода как побочного продукта того же фотосинтеза) автотрофные фотосинтезирующие организмы начали использовать излучение в видимой части солнечного спектра.

Новый способ питания способствовал быстрому расселению организмов нового типа у поверхности первичных водоемов. Оказавшись более приспособленными, они вытеснили первичные гетеротрофные организмы. Можно предполагать, что в раннем океане шла борьба между первичными и вторичными организмами, завершившаяся победой автотрофов. Немаловажным фактором в этой борьбе стало то, что автотрофы в качестве отходов своей жизнедеятельности выделяли свободный кислород, который стал смертельным ядом для первичных гетеротрофов.

Первыми автотрофными организмами, очевидно, были цианеи, а затем зеленые водоросли. Останки их находят в породах архейского возраста (около 3 млрд. лет назад). В то время, очевидно, существовало множество видов водорослей, как свободно плавающих в воде, так и прикрепленных ко дну. Хотя свободный кислород и был ядом для первичных аэробов, не все они погибли. Некоторые остались жить в болотах, где не было свободного кислорода. Там, питаясь, они выделяли метан. Некоторые же первичные организмы смогли приспособиться к кислородной атмосфере.

Параллельно с этим шел процесс формирования эукариотов. Прокариоты - простые, выносливые и практически бессмертные организмы - уступали место смертным эукариотам. Прокариоты, обладавшие высокой вариабельностью, способностью к быстрому размножению, легко приспосабливались к меняющимся условиям среды, существовавшим в первые периоды истории Земли. Но с формированием кислородной атмосферы условия стабилизировались, и в этих новых условиях нужны были организмы нового типа, приспособленные к ним. Нужна была не генетическая гибкость, а генетическая стабильность. Эукариоты появились к концу второго этапа развития биосферы Земли.

Рассмотренные процессы составили содержание второго этапа в истории развития биосферы Земли, продолжавшегося до завершения осадконакопления полосчатых железистых формаций докембрия примерно 1,8 млрд. лет назад. Таким образом, этот период в истории биосферы занял почти половину всей геологической истории планеты. Дело в том, что хотя свободный кислород и появлялся в значительных количествах, но он расходовался не на образование атмосферы, а на окисление железа, сернистых соединений и других поливалентных металлов. При этом окислы железа осаждались, образуя полосчатые формации. Только после освобождения океана от железа и других металлов концентрация кислорода в атмосфере стала резко возрастать.

В естествознании существует понятие «точки Пастера» - такой концентрации свободного кислорода, при которой кислородное дыхание становится более эффективным (примерно в 50 раз) способом использования внешней энергии Солнца, чем анаэробное брожение. Этот критический уровень примерно равен 0,01 от современного показателя содержания кислорода в атмосфере. После перехода через точку Пастера преимущество в естественном отборе получают организмы, способные к кислородному дыханию. С этого момента начинается третий этап в эволюции биосферы Земли.

Окислительный этап в эволюции биосферы. Третий этап эволюции биосферы связан с развитием фотоавтотрофной биосферы Земли. С этого момента количество кислорода в атмосфере начало резко повышаться. Еще в протерозое (2,6 млрд. - 570 млн. лет назад) эукариоты разделились на растительные и животные клетки. Большей частей растительных клеток использовался фотосинтез. Благодаря этому концентрация кислорода в атмосфере возрастала, и его уже стало хватать для процессов дыхания. Тогда же в океане появились первые многоклеточные организмы.

Около 400 млн. лет назад (конец ордовика - начало силура), когда концентрация свободного кислорода в атмосфере достигла 10%, возник озоновый экран, предохраняющий живое вещество от жесткого излучения, и жизнь вышла из моря на сушу. Как только это случилось, резко возросла интенсивность реакций фотосинтеза, а следовательно, и поступление кислорода в атмосферу. Всего за 100 млн. лет концентрация кислорода достигла современного значения в 21%. После этого состав атмосферы практически не менялся до наших дней.

Выход жизни на сушу обусловил резкое увеличение массы живого вещества. (Масса живого вещества суши в 800 раз больше биомассы океана.) Одновременно жизнь проникала все глубже в океан, осваивая все большие глубины. Наземные растения, отмирая, положили начало образованию угля, нефти, газа, горючих сланцев. Стал меняться биогеохимический круговорот элементов. При этом снижалась роль основных пород, и в земной коре вместо магния, кальция, железа большую роль стали играть кремний, натрий, алюминий, калий. Также благодаря деятельности живых организмов резко возрос круговорот кислорода и углекислого газа. Эти процессы, а также постепенное снижение уровня радиации стимулировали и ускоряли усложнение живого вещества, вели к появлению новых, более высокоорганизованных видов.

Так, на суше появились папоротники, хвощи, семенные папоротники. Развитие наземной растительности и образование почв создали предпосылки для выхода на поверхность континента животных. В результате эволюции растительного мира в мезозойской эре (около 200 млн. лет назад) возникли леса хвойных и цветковых растений.

Формирование и развитие биосферы предстает как чередование этапов эволюции, прерываемых скачкообразными переходами в качественно новые состояния, в результате чего образовывались все более сложные и упорядоченные формы живого вещества. В истории биосферы бывали временные остановки прогрессивного развития, но они никогда не переходили в стадию деградации, поворота развития вспять. Чтобы убедиться в этом, достаточно посмотреть на основные вехи в истории развития биосферы:

· появление простейших клеток-прокариотов;

· появление значительно более организованных клеток-эукариотов;

· объединение клеток-эукариотов с образованием многоклеточных организмов, функциональная дифференциация клеток в организме;

· появление организмов с твердыми скелетами и формирование высших животных;

· возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга как органа сбора, систематизации, хранения информации и управления на ее основе поведением организмов;

· формирование разума как высшей формы деятельности мозга;

· образование социальной общности людей - носителей разума.

Вершиной направленного развития биосферы стало появление в ней человека. В ходе эволюции Земли на смену геолого-биологической эволюции пришел период социальной эволюции, который принес самые крупные изменения в биосфере Земли, во всем облике нашей планеты.

5. Появление царств растений и животных. В процессе формирования биосферы эукариоты еще в протерозое разделились на растительные и животные клетки. Как считает большинство биологов, их следует различать: 1) по структуре клеток и их способности к росту, 2) способу питания, 3) способности к движению. При этом отнесение живого существа к тому или иному царству следует проводить не по каждому отдельному основанию, а по совокупности всех трех признаков, поскольку между растениями и животными существуют переходные типы, обладающие свойствами как растений, так и животных. Так, например, кораллы, моллюски, речные губки всю жизнь остаются неподвижными, как растения, но по двум другим признакам их относят к животным. Существуют насекомоядные растения, которые по способу питания относятся к животным. Есть также живые организмы, которые питаются, как растения, а двигаются - как животные. В настоящее время на Земле существует 500 тыс. видов растений и 1,5 млн. видов животных, в том числе позвоночных - 70 тыс., птиц - 16 тыс., Млекопитающих - 12 540 видов.

Образование и развитие растений. Растительные клетки покрыты жесткой целлюлозной оболочкой, которая, с одной стороны, защищает их от неблагоприятных воздействий окружающей среды, но с другой стороны, не дает им свободно перемещаться в поисках пищи. Эволюция растительных клеток была связана с совершенствованием процесса фотосинтеза,, дававшего им все необходимые питательные вещества. Тем не менее, среди растений существовали не только автотрофы, но и гетеротрофы, взаимно дополнявшие друг друга.

Самыми первыми растениями на планете были одноклеточные водоросли разных типов. Они пришли на смену безраздельно господствовавшим прокариотам: сине-зеленым водорослям и бактериям. На водорослях природа впервые опробовала половое размножение, т.е. слияние ДНК двух индивидов с последующим перераспределением генетического материала, вследствие чего потомство получается похожим на своих родителей, но не идентичным им. Это событие произошло около 900 млн. лет назад.

Затем, 700-800 млн. лет назад, появились первые многоклеточные организмы, также относящиеся к водорослям - обширной группе низших водных растений, содержащих хлорофилл и вырабатывающих органические вещества путем фотосинтеза. Именно на эти водоросли приходится наиболее длительный этап в развитии зеленых растений. Они же сыграли роль гигантского генератора свободного кислорода в атмосферу Земли.

Событием огромной важности стал выход растений на сушу, совершившийся в силуре, около 400 млн. лет назад. Этот факт стал, в свою очередь, предпосылкой для выхода на сушу животных. Считается, что еще до массового выхода растений на сушу в отдельных местах появлялись локальные участки жизни. Такими «островками» жизни могли стать побережья мелководных заливов и лагун, места, где вода периодически отступала, оставляя растения. Именно так появились растения, нижняя часть которых находилась в воде, а верхняя - в воздухе, под прямыми лучами Солнца. Затем растения смогли развить корневую систему, которая позволяла им использовать грунтовые воды.

В новых условиях фотосинтез становился более совершенным, так как солнечная энергия не поглощалась водой. Чтобы защититься от высыхания, растениям пришлось сформировать восковидную водонепроницаемую оболочку. Кроме того, произошла перестройка организмов, в них появились новые органы и ткани, изменились способы размножения, распространения и т.д. Таким образом, в растительных организмах появились корень, стебель, лист, проводящие системы, покровные ткани.

Первыми на сушу вышли псилофиты - споровые растения, похожие на плауны. У них еще не было корней и почти не было листьев.

Псилофиты состояли из длинных ветвящихся зеленых стеблей и покрывали влажную почву суши настоящими зелеными коврами.

С появлением мхов и папоротников количество кислорода в атмосфере значительно увеличилось. Кроме того, в период своего расцвета мхи и папоротники создали большое количество пищевых веществ, необходимых для возникновения и развития сухопутных позвоночных животных. В это же время (девон, карбон и пермский периоды – 400-230 млн. лет назад) накапливается огромное количество каменного угля, появляются голосеменные растения. С этого момента поверхность материков стала приобретать современный облик.

В мезозое (около 200 млн. лет назад) широко распространяются хвойные, цикадовые, а в меловой период (около 100 млн. лет назад) появляются цветковые растения. Появление цветковых растений стимулировало расцвет насекомых, играющих значительную роль в их опылении.

После этого лиственные леса стали сосуществовать с появившимися ранее хвойными лесами, давшими, в свою очередь, приют папоротникам, боящимся открытого солнца. Таким образом, в современном растительном мире наряду с высокоорганизованными растениями сохранились представители более ранних эпох, которых можно назвать «живыми ископаемыми».

Образование и развитие животных. Животная клетка в отличие от растительной имеет эластичную оболочку и поэтому не теряет способности к передвижению. Таким образом, животные клетки имеют возможность активно искать себе пищу. Эволюция животных клеток шла в направлении совершенствования способов их передвижения и способов поглощения и выделения крупных частиц через оболочку. Сначала пищей служили крупные органические фрагменты, затем куски мертвой ткани и, наконец, поглощение и переваривание целых организмов, свойственное хищникам. Их появление резко интенсифицировало естественный отбор.

Первые примитивные представители животного царства ведут свое начало от одноклеточных простейших организмов, отделившихся от общего ствола с растениями. К сожалению, мы почти ничего не можем сказать о них, так как их ископаемые остатки практически не сохранились. Судя по всему, первые представители животного мира имели общие признаки с одноклеточными зелеными водорослями. Подобные организмы (радиолярии) и сегодня составляют значительную часть планктона морей и океанов.

Возникновение животной клетки было связано с переходом к гетеротрофному способу питания. Но он шел постепенно, поэтому существовали и продолжают существовать переходные формы между растениями и животными. Среди них - жгутиконосцы, которые как животные, обладают жгутиками - органами передвижения, _а как растения - автотрофным или смешанным способом питания. Так, например, и в наши дни существует эвглена зеленая, которая при хорошем освещении и наличии минеральных веществ в воде ведет себя как типичное растение. Но в темноте или при неблаго­приятных условиях она теряет хлорофилл и подобно животному начинает усваивать из раствора органические вещества.

Как и у растений, важнейшим этапом в эволюции животных стало появление многоклеточных организмов. Скорее всего, переход к многоклеточности был осуществлен через колонии, в которые объединялись некоторые одноклеточные организмы. Вначале все клетки в таких колониях были одинаковыми, но затем началась их дифференциация в соответствии с выполняемыми функциями. Массовое появление многоклеточных животных произошло в позднем кембрии. Судя по всему, это были многочисленные морские беспозвоночные организмы - медузоподобные плавающие формы, кишечнополостные, морские черви.

Дальнейшая эволюция многоклеточных организмов шла в направлении совершенствования способов их передвижения, дыхания, лучшей координации деятельности клеток и т.д.

На следующую ступень в своем развитии животное царство поднялось с появлением твердых частей тела - раковин и внутреннего скелета. В кембрийских морях были ракообразные, губки, кораллы, иглокожие, моллюски, трилобиты. Твердый скелет служил опорой этим организмам, способствовал увеличению их размеров, делал их более прочными, защищал от физических повреждений. Кроме того, твердый скелет мог служить защитой от хищников, которые появились около 450 млн. лет назад.

Около 500 млн. лет появились первые позвоночные животные. Это наиболее высокоорганизованная, обширная и разнообразная группа животных, включающая рыб, земноводных, пресмыкающихся и млекопитающих. Первые позвоночные появились в воде - ими были рыбы. Современные рыбы делятся на два больших класса - хрящевых и костистых. К хрящевым относятся акулы и скаты. Некоторые виды акул появились еще в девоне, около 400 млн. лет назад, и с тех пор не менялись. Костистых рыб сегодня большинство, они преобладают в современных водоемах. Для костистых рыб характерно наличие плавательного пузыря, регулирующего глубину их погружения.

Следующий шаг в эволюции животных связан с появлением двоякодышащих рыб, живших в периодически высыхавших водоемах. Легкие помогали им выжить в периоды засухи. В наши дни сохранилось лишь три вида таких рыб. Некоторые пресноводные двоякодышашие рыбы дали начало земноводным, которые могут далеко уходить от природных водоемов, но для размножения должны возвращаться в воду. Это произошло в девоне.

Тогда же, очевидно, появились первые насекомые. У них роль каркаса играл не внутренний скелет, а наружная хитиновая оболочка. Кроме того, насекомые обладают сложной нервной системой, с большим количеством относительно самостоятельных нервных центров. В их жизни большую роль играют врожденные реакции (у позвоночных - идет развитие головного мозга, что дает возможность преобладания условных рефлексов над безусловными). Предки насекомых, пауков и скорпионов вышли на сушу сразу вслед за растениями.

Выход животных на сушу был связан с серьезнейшими изменениями их форм. Ведь на суше вес тел больше, чем в воде, в воздухе не содержится питательных веществ, которые есть в воде в растворенном виде. Кроме того, воздух обладает иной свето- и звукопроводностью, а концентрация кислорода в нем выше, чем в воде. Таким образом, жизнь должна была адаптироваться к новым условиям, выработав соответствующие приспособления. Первыми, полностью приспособившимися к условиям суши позвоночными, стали рептилии. Их яйца были покрыты твердой скорлупой, предотвращающей высыхание, и снабжены необходимыми запасами пищи и кислорода для развития эмбриона. Первые рептилии были похожи на небольших ящериц. Они начали активное завоевание суши в карбоне (350-285 млн. лет назад). В пермском периоде (285-230 млн. лет назад) они полностью преобладали на суше.

Мезозойская эра (230-67 млн. лет назад) также проходит под властью рептилий, среди которых были как хищники, так и травоядные. В триасовом периоде (230-195 млн. лет назад) появились динозавры, размеры которых сильно варьировались - от мелких животных, величиной с кошку, до 30-метровых гигантов, весящих 40-50 т. Динозавры жили на суше (тиранозавры, игуанодоны, стегозавры, трицератопсы и др.), в воде (бронтозавры, диплодоки, ихтиозавры, плезиозавры), в воздухе (птерозавры, птеродактили).

В юрском периоде (195-137 млн. лет назад) от одной из ветвей рептилий появились птицы, которых Т. Гексли, в силу их родства с рептилиями, назвал «взлетевшими рептилиями». Птицы, как и рептилии, несут яйца, но в меньших количествах, они заботятся о своем потомстве и имеют постоянную высокую температуру тела. Переходной формой между рептилиями и птицами стал археоптерикс.

В конце мелового периода (67 млн. лет назад) произошло массовое вымирание мезозойских рептилий. Причина этого до сих пор не ясна, хотя существуют многочисленные версии, среди которых возможное падение гигантского метеорита, вызвавшее глобальное похолодание и изменение климата. В новых условиях преимущество в естественном отборе получили птицы, а также млекопитающие возникшие в триасовом периоде. Но в те времена они были не-' большими, преимущественно насекомоядными животными. Лишь в кайнозойскую эру начался период их господства на Земле. Это было связано с тем, что в условиях похолодания важнейшим условие выживания стала теплокровность, обеспечившая постоянную высокую температуру тела и постоянство внутренней среды организма Поскольку млекопитающие являются живородящими животными и вскармливают своих детенышей молоком, это обеспечивает лучшую сохранность молодняка и дает возможность размножения в разнообразных условиях. Кроме того, у них развитая нервная система способная обеспечить разнообразные формы активного приспособления к окружающей среде.

Первые насекомоядные млекопитающие дали начало плацентарным и сумчатым млекопитающим, которые развивались одновременно. В первой половине кайнозоя господствовали сумчатые. Но позже, в неогеновом периоде (27-3 млн. лет назад), они были вытеснены более высокоорганизованными плацентарными млекопитающими. Поэтому в наши дни сумчатые сохранились лишь в Австралии, Новой Гвинее и Южной Америке. Среди плацентарных млекопитающих были китообразные и грызуны, летучие мыши, приматы и т.д. Существовавшие в то время хищнокопытные разделились, дав начало хищникам и копытным животным. Во второй половине кайнозоя плацентарные млекопитающие стали господствующей группой животных.

Эволюция млекопитающих проходила в течение всей кайнозойской эры. Большую роль в этом сыграло разделение континентов, что привело к обособлению животных и формированию частично изолированных зоогеографических областей, в которых до сих пор сохранились некоторые реликтовые животные. Так, в эпоху господства сумчатых отделилась Австралия, сохранившая представителей этих животных до наших дней. Отделившаяся позже Южная Аме­рика сохранила реликты начала кайнозойской эры, среди которых опоссумы, броненосцы и ленивцы.

Важнейшим этапом в эволюции жизни на Земле стало появление отряда приматов, предки которых были известны с мелового периода. Они походили на современных лемуров. Около 80 млн. лет назад появились приматы, обитавшие на деревьях. В палеогене (67-27 млн. лет назад) приматы разделились на низших и человекообразных обезьян т.е., в свою очередь, дали начало непосредственным предкам человека.

Таким образом, постепенно в кайнозое сформировались предпосылки, необходимые для появления человека, в частности, такой предпосылкой явился стадный образ жизни, который вели некоторые млекопитающие. Стадный образ жизни сформировал привычку Идущего социального общения, проходившего без потери индивидуальности его членов. Это был значительный шаг вперед по сравнению с насекомыми, которые тоже жили большими коллективами, но при этом полностью теряли свою индивидуальность. Следующий шаг Жизнь на Земле сделала уже с появлением человека разумного - существа, обладающего способностью к целенаправленному изменению окружающего мира, созданию собственного искусственного мира культуры.

Тема 11: Растения и животные

1.    Таксономическая характеристика живых существ.

2.    Систематика растений.

3.    Систематика животных. 

1. Таксономическая характеристика живых существ.  Наука о классификации животных и растений носит название таксономии, она определяет родственные связи между организмами. Основателем научной систематики был шведский ботаник Карл Линней, который ввел (1753) так называемую биномиальную номенклатуру, позволяющую с максимальной точностью определить положение любого животного или растения в системе. Согласно этой номенклатуре каждый вид получает двойное название: родовое и видовое. Все названия пишутся на латинском языке. Родовое имя пишется с большой буквы, видовое - с малой.

Степень сходства между организмами, входящими в одну таксономическую категорию, возрастает по мере перехода к категориям более низкого ранга. Применяются следующие таксономические категории:

а) Надвидовые категории: царство (regnum), ТИП (phylum), подтип (subphylum), класс (classis), подкласс (subclassis), отряд (в ботанике порядок) (оrdo), подотряд (subordo), семейство (familia), подсемейство (subfamilia), Род (genus), подрод (subgenus).

Вид - это популяция особей, обладающих сходными морфологическими и функциональными признаками, и имеющих общее происхождение и в естественных условиях скрещивающихся только между собой.

б) Подвидовые категории: вид (species), подвид (subspecies), разновидность (varietas), форма (forma).

Живая природа делится на следующие таксономические группы: Неклеточные (Acellularia) жизненные формы - Вирусы (Vira). Мельчайшие неклеточные частицы, состоящие из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой оболочки (капсида). Форма палочковидная, сферическая и др. Размер 15 - 350 нм и более. Открыты (вирус табачной мозаики) Д.И. Ивановским в 1892 году. Вирусы – внутриклеточные паразиты: размножаясь только в живых клетках, они используют их ферментативный аппарат и переключают клетку на синтез зрелых вирусных частиц – вирионов. Распространены повсеместно. Вызывают болезни растений, животных и человека. Резко отличаясь от всех других форм жизни, вирусы, подобно другим организмам, способны к эволюции. Иногда их выделяют в особое царство живой природы. Вирусы широко применяются в работах по, генетической инженерии, канцерогенезу. Вирусы бактерий (бактериофаги) - классический объект молекулярной биологии.

Риккетсии (Rickettsiae). Бактерии, размножающиеся подобно вирусам только в клетках хозяина. Аэробы. Некоторые подвижны. Возбудители рик-кетсиозов (брюшного типа, ку-лихорадки и др.) человека и животных.

Первые жизненные формы на имели ядра (прокариоты). Некоторые даже современные формы не имеют клетки (Cellularia). Безъядерные, доядерные организмы, организмы не обладающие оформленным клеточным ядром. Генетический материал в виде кольцевой цени ДНК лежит свободно в нуклеотиде и не образует настоящих хромосом. Типичный половой процесс отсутствует. К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии (синезеленые водоросли). В системе органического мира прокариоты составляют надцарство. Ядерные (эукариоты) (Eukatyota, Nuclearid). Организмы (все, кроме бактерий, включая цианобактерии), обладающие оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал заключен и хромосомах. Клетки эукариотов имеют митохондрии, пластиды и другие органоиды. Характерен половой процесс.

2. Систематика растений. Царство: растения (Plantae). Важнейшее отличие растений от других живых организмов - способность к автотрофному питанию, то есть синтезу всех необходимых органических веществ из неорганических. При этом зеленые растения используют анергию солнечных лучей, то есть осуществляют фотосинтез - процесс, в результате которого создается основная масса органического вещества биосферы и поддерживается газовый состав атмосферы. Таким образом, растения - главный первичный источник пищи и энергии для всех других форм жизни на Земле. У некоторых растений питание гетеротрофное (сапрофиты и паразиты). Известно около 350 тысяч видов ныне живущих растений, которые делятся на низшие и высшие. Изучает растения ботаника.

НИЗШИЕ РАСТЕНИЯ (слоевцовые, или талломные) (Thallophyta). Тело низших растений (таллом, или слоевище) не расчленено на корень, стебель и лист. Включают только водоросли. Ранее к низшим растениям относили бактерии, актиноминеты, слизевики, грибы, водоросли, лишайники, то есть все организмы, кроме высших растений и животных.

типы:

Сине-зеленые водоросли (цианеи). Одноклеточные, многоклеточные (нитчатые) и колониальные организмы, преимущественно сине-зеленой окраски, обусловленный пигментами - хлорофиллом фикоцианином. Размножение главным образом бесполое. Около 2000 видов, чаще в пресных водах, но могут жить в морях, океанах, почве, горячих источниках. Некоторые съедобны. О положении сине-зеленых водорослей в системе органического мира у биологов нет единого мнения. Ботаники относят их к водорослям, микробиологи - к бактериям и называют цианобактериями.

Золотистые водоросли (хризофиты) (Chrysophyta). Имеют золотисто-желтую окраску, обусловленную преимущественно пигментами фикохризи-нами и фукоксантипом. Одноклеточные, колониальные, реже многоклеточные организмы. Автотрофы, реже гетеротрофы. Размножение главным образом делением на двое и зооспорами.

Диатомовые водоросли (диатомеи, кремнистые водоросли) (Bacillariophyta). Одноклеточные одиночные или колониальные организмы. Клетки их имеют твердый кремнёвый панцирь, состоящий из двух половинок - нижней (гипотеки) и верхней (эпитеки). Размножение делением, а через несколько поколений - половое. Свыше 12 тысяч видов, в пресных и морских водах, на сырой почве и т.п. Известны с юрского периода. Скопления створок диатомовых водорослей иногда образуют мощные отложения -диатомиты, а на дне современных морей - диатомовые илы.

Желто-зеленые водоросли (Xanthophyta). Желто-зеленая окраска обус-лошюна пигментами каротиноидами и хлорофиллом. Одноклеточные (некоторые подвижны), многоклеточные и колониальные. Размножение бесполое и половое.

Эвглеповые водоросли (Euglcnophyta). Жгутиковые одноклеточные зеленые водоросли. Длина до 0,1 мм. Содержат хлорофилл, но обладают смешанным типом питания (авто- и гетеротрофным). Около 60 видов, преимущественно в мелких пресных водоемах, часто вызывают "цветение" воды. Зоологи относят эвгленовые. водоросли к простейшим – растительным жгутиконосцам

Зеленные водоросли (Chiorophyta), Зеленая окраска обусловлена хлорофиллом. Одноклеточные, многоклеточные, колониальные организмы. Размножение половое и бесполое. Около 400 родов, включая от 13 до 20 тысяч видов, преимущественно в пресных водах (изредка в морях, немногие на стволах деревьев и в почве). В составе планктона вызывают "цветение" воды. Некоторые (например, ульва) съедобны. Хлореллу, сценедесмус и др. испытывают в качестве источника пиши и для очищения воздуха в замкнутых экологических системах.

Подтипы: собственно зеленые (Euchlorophytina). Конъюгагы (сцеп-лянм:) (Cmjugatophytina). Зеленые водоросли, для которых характерен половой процесс - конъюгация (слияние содержимого двух внешне сходных вегетативных клеток).

Особый тип: (Claucophyta). Объединяет сложные организмы, состоящие сине-зеленых, а именно сине-зеленых и зеленых водорослей. типы:

Харовые водоросли (хоры, лучицы) (Charophyta). Внешне похожи на хвощи. Высота до 1 м. 300 видов (6 родов).

Пирофитовые водоросли (Pyrrophyla). Одноклеточные колониальные организмы. Размножаются главным образом делением и спорами. Свыше 1000 видов (около 130 родов), пресных водах и морях. Вызывают "цветение" воды. Часто пирофитовые водоросли называют динофитовыми водорослями.

Подтипы: криптофиты (Criptophyta). Растения, у которых почки возобновления находятся в почве (геофиты) или под водой (гидрофиты), динофиты (Dinophytina)

типы:

Бурые водоросли (Phaeophyta). Многоклеточные водоросли бурой окраски. Нередко образуют подводные «леса». Размножение бесполое (спорами) и половое. Около 1500 видов (250 родов), главным образом в прибрежной полосе холодных морей. Используются для получения кормовой муки, иода, некоторые - в пищу (морская капуста).

Красные водоросли (багрянки) (Rhodophyta). Одноклеточные и многоклеточные организмы преимущественно красной окраски. Размножение бесполое (неподвиными спорами), и половое (оогамия). Около 3800 видов (600 родов), преимущественно в морях, в прибрежной полосе и на больших глубинах (до 200 м). Используются для получения агора и других студнеобразных веществ (анфельция); некоторые съедобны (например порфира).

Особый тип: лишайники (Lichenomycota, Lichenes). Образованы симбиозом гриба (аскомицета или базидиомицета) и водоросли (зеленой, редко желто-зеленой и бурой). Их взаимоотношения основаны на паразитизме и отчасти сапротрофности, главным образом со стороны гриба. Различают накипные, листоватые и кустистые лишайники. Размножение бесполое. Около 26 тысяч видов (свыше 400 родов). Наиболее разнообразны в тропиках и субтропиках, обильны в тундре на высокогорьях. Растут на почве, деревьях, гнилой древесине, горных породах. Они играют существенную роль для получения антибиотиков, ароматических веществ, лакмуса; многие виды -индикаторы загрязнения окружающей среды; некоторые - пища оленей.

ВЫСШИЕ РАСТЕНИЯ (теломные) (Cmophyia). В отличие от низших растений, тело высших растении разделено на специализированные органы -листья, стебель и корень. С выше 300 тысяч видов.

тип: моховидные (мхи, криофиты). Преимущественно многолетние растения, характеризующиеся групповыми формами роста (терновники, картинки, подушки). Органы полового размножения - архегонии и антеридии бесполого - снорогон (диплоидный), которым у моховидных представлен спорофит. Около 20 тысяч видов (около 1000 родов), по всему земному шару, растут повсеместно. Нередко способствуют заболачиванию почв, ухудшают качество лугов. На торфяных болотах составляют основную массу торфа. Используются в медицине (обладают антибиотическими свойствами), также в качестве подстилки для скота, изготовления плит в строительстве классы: антоцеротовые (anthocerotae, Anthoceropsida), печеночные (Marchantiopsida, Heraticopsida), листостебельные (Musci).

типы:

папоротниковидные (Pteridophyta). Травянистые или древовидные наземные и водные растения. На листьях (большей частью на нижней стороне) расположены группы спорангиев - сорусы. Около 12 тысяч видов (300 родов), по всему земному шару. Многие декоративны, некоторые съедобны (например, молодые побеги кочедыжника, одного из видов орляка), другие лекарственные (например, папоротник мужской), некоторые ядовиты. Современные папоротниковидные известны с карбона голосеменные (Gymnospеrmae). Семенные растения, у которых имеются семяпочки (в отличие от папоротников), но отсутствуют плодолистики (в отличие от цветковых). Произошли в девоне от примитивных папоротниковидных. Около 600 видов, деревья и кустарники, распространены широко. Хозяйственное значение имеют хвойные, особенно сосновые (сосна, лиственница, ель, пихта, кедр), а также представители семейств таксодиевых и кипарисовых.классы: саговниковые, гистовые, хвойные, гнетомые. Семейство папоротники, тип: покрытосемянные (цветковые). Возникли в меловом периоде. Семязачатки погружены в ткани завязи, из которой после оплодотворения развивается плод с заключенными в нем семенами. Характерно также наличие настоящею цветка и двойное оплодотворение. Около 250 тысяч видов, по всему земному шару. Играют большую роль в жизни человека, снабжая продуктами питания, строительными материалами, сырьем для промышленности (текстильной, мебельной, фармацевтической и других).

классы: однодольные, двудольные (Dicotylcdonae), Система грибов. Царство: грибы (Mycophyta, Mycetalia). Сочетают признаки как растений (неподвижность, верхушечный рост, наличие клеточных стенок и другие), так и животных (гетеротрофный тип обмена, наличие хитина, образование мочевины и другие). Свыше 100 тысяч видов, наибольшее число в Европе и Северной Америке. Вегетативное тело в виде грибницы, или мицелия (за исключением внутриклеточных паразитов). Размножаются вегетативным, бесполым (спорами) и половым путем. Грибы минерализуют растительные остатки в почве, патогенные грибы вызывают болезни растений, животных и человека. Многие виды плесневых грибов используют микробиологической промышленности для получения витаминов, антибиотиков, ферментов, стероидных гормонов. Многие грибы съедобны, дрожи применяют в хлебопечении и пивоварении. Ряд видов культивируются (шампиньоны, трюфели). Наука о грибах - микология.

настоящие грибы (Eumycota). хитридиомицеты (архимицеты) (Chytridiomycetes). Главным образом одноклеточные формы микроскопических размеров. Около 500 видов. Паразитируют на пресноводных и морских водорослях, водных грибах, простейших, редко на высших наземных растениях и в почве.

зигомицегы (Zygomycetes). Половой процесс но типу зигогамии (сливаются две клетки, внешне не дифференцированные на мужскую и женскую). К зигомицетам относятся, например, мукоровые грибы, а также энтомофтороные, паразитирующие на насекомых. Свыше 500 видов.

аскомицегы (сумчатые грибы) (Ascomycetes). Имеют многоклеточный мицелий и органы спороношения - сумки (аски). Известно 30 тысяч видов. Сапрофиты (в почве на растительных остатках, пищевых продуктах и т.п.) и паразиты растений (возбудители мучнистой росы, плесеней), животных и человека (например, возбудители микозов). Многие аскомицеты в симбиозе с водорослями образуют лишайники. Некоторые аскомицеты съедобны (сморчки, трюфели), бесполые стадии других (например, пеннцйлл) используют в сыроварении, производстве ферментов, антибиотиков и др.

базидиомицеты (базидиальные грибы) (Basidiotnycetes). Обладают особым-; органами размножения – базидиями. Свыше 30 тысяч видов. Многие базидиомицеты съедобны (белый гриб, груздь), другие ядовиты (красный мухомор, бледная поганка), некоторые вызывают болезни сельскохозяйственных и лесных пород.

несовершенные грибы (дейтеромицеты) (Deuteromycetes), Имеют многоклеточный мицелий. Размножение бесполое. В цикле развития несовершенных грибов

отсутствуют половые (совершенные) формы спороношения. Около 30 тысяч видов, на пищевых продуктах, в почве и др. Многие несовершенные грибы - паразиты растений. Некоторые виды вырабатывают антибиотики.

типы:

оомицеты (oomycota). Половой процесс по типу оогамии (в оплодотворении участвуют сперматозоид и яйцеклетка). Многие паразитируют на водорослях, червях, икре, мальках, рыбах, а также на высших растениях, вызывая фитофтороз картофеля, мильдью винограда и другие болезни.

Слизевики (миксомицеты) (Myxomycota). В определенные циклы развития сходны с амебами. Около 500 видов. Встречаются в виде слизистой массы на Разлагающихся опавших листьях или на гниющих стволах деревьев, передвигаются надобно амебам, выпуская псевдоподии. Многие слизевики сапрофиты; некоторые - паразиты, вызывающие болезни растении.

3. Система животных. Царство: животные (Animalia, Zoo). Животные имеют общие свойства с растениями (клеточное строение, обмен веществ), что обусловлено единством их происхождения. Однако в отличие от растений животные - гетеротрофы, то есть питаются готовыми органическими соединениями, так как не способны синтезировать питательные вещества из неорганических соединений; как правило, активно подвижны. По разным оценкам, ныне существует от 2, 5 до 3 млн. видов животных (большинство - насекомые). Численность многих видов сокращается.

подцарство одноклеточные (Protozoa), тип: простейшие (Protozoa). Организм простейших состоит из одной клетки или колонии клеток. Размеры от 2-4 микрометра до 1 см. Размножение половое и бесполое. Свободноживущие и паразитические формы. Свыше 30 тысяч видов, распространены широко. Наука о простейших - протозоология.

Подцарство многоклеточные (Metazoan).

типы:

мезозой (Mesozoa). Эндопаразиты морских беспозвоночных ранее считались промежуточной группой между одно- и многоклеточными животными. Свыше 30 видов. Тело длиной до 1 см, покрыто ресничным эпителием, внутри заполнено генеративными клетками.

губки (Porifera, Spongia). Имеют скелетные образования в виде известковых, кремнеземных игл (спикул) или волокон белка спонгина. Почкуясь, образуют колонии. Одиночные губки высотой от нескольких мм до 3 см, колонии - до 1,5 м. Три класса: известковые, шестилучевые и обыкновенные губки; до 3 тысяч видов. Распространены широко: от прибрежной зоны до глубины 8500 м. кишечнополостные (киндарии) (Coelenterata). Наиболее древние и низкоорганизованные многоклеточные. Три современных класса: гидроидные, сцифоидные и коралловые полипы. Около 9 тысяч видов; главным образом морские организмы - одиночные плавающие (медузы) и прикрепленные, обычно колониальные (полипы).

плоские черви (Plathelminthes). Тело уплощенное, длиной от 0, 1мм до 25-30 м. Морские, пресноводные и наземные формы; свободноживущие и паразиты. Классы: ресничные черви, моногенеи, трематоды, ленточные черни и др. Около 12500 видов.

немертины (Nemertini). Черви, обычно длиной не более 20 см, шириной до 1 - 5 мм (гигантские немертины длиной до 30 м, шириной до'1 см). Около 1000 видов. Большинство немертин - свободноживущие хищники, реже паразиты. Главным образом придонные; в океанах и морях, некоторые - в пресных водах; свыше 10 видов - на суше.

нематгельменты (первичнополостные черви) (Aschelminthes, или Netnathelminthes). Между стенкой тела и внутренними органами - первичная полость тела. Дыхательная и кровеносная системы отсутствуют. Классы: волосатики, гастротрихи, камптозои, киноринхи, коловратки, нематоды, приапулиды и скребни. Около 18 тысяч видов; свободноживущие нематгельминты заселили морские и пресные водоемы всех материков, паразитические - всех многоклеточных животных и растении.

кольчатые черви (кольчецы, аннелиды) (Annelidа). Тело поделено внутренними перегородками на сегменты, которым соответствует наружная кольчатость. Длиной от долей мм до 3 м. Развитие прямое (без метаморфоза) или с личинкой-трохофорой. Повсеместно в морях, пресных водах, почве. Хищники, растительноядные, редко паразиты. Служит пищей рыб. Основные классы: многощетинковые, малощетинковые, пиявки. Всего около 8 тысяч видов.

членистоногие (артроподы) (Arthropodа). Самый многочисленный тип животных. По различным оценкам - от 1 до 3 млн. видов. Наиболее процветающая в биологическом отношении группа. Тело сегментировано, с хитиновым покровом; конечности членистые. Органы чувств развиты хорошо. Обитают в воде, в воздухе, на поверхности земли и в почве. Свободноживущие и паразитические формы. Среди членистоногих много полезных есть и вредные формы. Четыре подтипа: трилобитообразные (ископаемые), жабродышащие, хелицеровые и трахейнодышащие (включая насекомых).

моллюски (Mollusca). Тело у большинства моллюсков покрыто раковиной. На брюшной стороне мускулистый вырост - нога (орган движения). Два подтипа: боконервные и раковинные; свыше 110 тысяч видов. Обитают в морях (большинство), пресных водоемах и на суше. Многие моллюски - пища рыб, птиц и млекопитающих; некоторые употребляются человеком в пище (устрицы, мидии, кальмары, гребешки и другие); объект аквакультуры. Раковины используются для изготовления поделок, из жемчужниц добывают жемчуг. Ряд наземных моллюсков повреждает культурные растения, некоторые портят подводные части судов и гидротехнических сооружений (например, корабельный червь). Многие моллюски - промежуточные хозяева паразитических червей.

Щупальцевые (Tentaculata). Морские и пресноводные животные, у которых ротовое отверстие окружено щупальцами. Ведут сидячий образ жизни. Классы: форониды, мшанки и плеченогие.

иглокожие (Echinodermata). Возникли в докембрии. Длина от нескольких мм до 1 м, редко более (некоторые ископаемые до 20 м). У иглокожих вторично - симметричное строение тела, скелет известковый, имеется отсутствующая у всех других животных амбулакральная (водно-сосудистое) система, служащая для выделения, осязания. Тело обычно разделено на 10 чередующихся частей – 5 радиусов, или амбулакров, с ножками и 5 интеррадиусов. Пять современных классов: морские лилии, морские звезды, офиуры, морские ежи и голотурии. Около 6 тысяч современных видов (около 16 тысяч вымерших), распространены широко. Свободноподвижные и прикрепленные формы. Размножение чаще половое со свободноплавающей личинкой и метаморфозом. Некоторые (морские ежи, голотурии) - объект промысла.

Погонофоры (Pogonophora). Морские нитевидные животные длиной от нескольких см до 1,5 м. Около 150 видов, во всех морях и океанах, донные животные, обычно на глубинах от 3 до 10 км. Живут в хитиновых трубках. Открыты в XX веке.

щетинкочелюстные (Chaetognatha). Небольшая группа морских червеобразных животных. Тело подразделено на три сегмента.

Тип: Хордовые (Chordata). Животные, для которых характерно наличие хорды, спинной нервной трубки и жаберных щелей. До 45 тысяч современных видов.

подтип: оболочники (туникаты) (Tunikata). Тело заключено в оболочку - тупику. Хорда имеется лишь в личиночном состоянии, а у аппендикулярий - и у взрослых форм. классы:

асцидии (Ascidiacea), Морские животные с мешковидным телом, дли­на до 30 см. Около 2000 видов, распространены широко. Донные оди­ночные или колониальные формы.

аппендикулярии (Appendicularia). Морские животные с прозрачным телом (обычно менее 1 см), состоящим из туловища и хвоста (в котором проходит хорда). Из выделений образуют периодически сменяемый прозрачный "домик", Около 100 видов, распространены широко.

пиросомы (огнетелки) (Pyrosontida). Свободноплавающие морские колониальные формы, длиной обычно 10-20 см, некоторые до 20 м. Около 15 видов. Многие способны ярко светиться благодаря симбиотическим бактериям.

сальны (Thaliacea). Морские животные длиной от нескольких мм до 33 см. Около 25 видов, во всех океанах, кроме Северного Ледовитого. Свободноплавающие формы. Почкованием образуют колонии, иногда до нескольких сотен особей.

бочёночники (Doliolida). Подтип: бесчерепные (головохордовые) (Acrania). Длина до 7,5 см. Головной отдел не обособлен, череп отсутствует. Тело и некоторые другие органы сегментированы. 13 видов, в морях Атлантического и Тихого океанов.

класс: ланцетники (Amphioxi). Прозрачное ланцетовидное тело длиной до 8 см. 7 видов, обитают на песчаном дне на глубине до 30 м в умеренных и теплых морях.

подтип: позвоночные (черепные) (Vertebrata). Наиболее высокоорганизованная группа животных. Первичный осевой скелет - хорда - заменен хрящевым или костным позвоночником, с передним концом которого сочленен череп. Древнейшие позвоночные известны из отложений ордовика; в силуре - девоне найдены уже остатки пресноводных рыбообразных животных - остракодерм. По числу видов (40-45 тысяч) значительно уступают беспозвоночным, но более разнообразны по приспособительным типам и жизненным формам.

классы:

круглоротые (Cyclostomata). Тело угреобразное, рот в виде воронки. Два отряда - миноги и миксины.

рыбы (Pisces). Особенности анатомии, физиологии, экологии и поведе-ния рыб определяются обитанием в воде. Температура тела непостоянна, дышат жабрами (есть двоякодышащие формы). У многих рыб есть плавательный пузырь. Конечности в виде плавников (иногда отсутствуют) служат рулями и стабилизаторами при поступательном движении. Свыше, 20 тысяч видов. Распространены в Мировом океане и в пресных водах. Появились, очевидно, в силуре, в пресных водах. Многие - объект промысла и разведения. Численность многих видов промысловых рыб сокращается. Наука о рыбах - ихтиология.

земноводные (амфибии) (Amphibia). Кожа голая, богата железами. Сердце с двумя предсердиями и одним желудочком. Земноводные - первые позвоночные, перешедшие от водного к водно-наземному образу жизни. Личинки дышат жабрами, взрослые - легкими. Икру откладывают в воду, некоторые - живородящие. Развитие с превращением (метаморфоз). Температура тела непостоянная. Три современных отряда: безногие, хвостатые и бесхвостые; около 3400 видов. Большинство земноводных уничтожают вредителей лесного и сельскою хозяйства. Ископаемые земноводные многочисленны, основная ветвь - лабиринтодонти.

пресмыкающиеся (рептилии) (Reptilia). Характерно смешанное кровообращение; дышат, легкими, температура тела непостоянная, кожа у большинства покрыта роговыми чешуями или щитками (защита от высыхания). К современным пресмыкающимся относятся: черепахи, крокодилы, клювоголовые (гаттерия) и чешуйчатые (ящерицы, амфисбены и змеи). Свыше 8000 видов, главным образом в жарких и теплых поясах. Большинство обитает на суше, некоторые в морях. Питаются преимущественно животной пищей. Откладывают яйца, некоторые яйцеживородящие и живородящие. Мясо и яйца некоторых пресмыкающихся употребляют в пищу. Из кожи змей, ящериц и крокодилов изготовляют различные изделия. Численность многих видов (особенно черепах, змей и крокодилов) резко сокращается. Наиболее древние виды пресмыкающихся появились в среднем карбоне. Достигнув в мезозое расцвета и огромного разнообразия (динозавры, птерозавры и др.), многие группы к концу мезозоя полностью вымерли. Изучением пресмы­кающихся занимается герпетология.

птицы (Aves). Наземные, двуногие; передние конечности превращены в крылья, большенство приспособлено к полету. Сердце четырехкамерное, тело покрыто перьями, температура тела постоянная, обмен веществ очень интенсивный. Размножаются откладывая яйца, 28 современных отрядов: пингвины, страусы, нанду, казуары, киви, тинаму, гагары, поганки, буревестники, веслоногие, голенастые, фламинго, гусеобразные, хищные, куриные, журавлеобразные, ржанкообразные, голубеобразные, попугаи, кукушкообразные, совы, козодоеобразные, длиннокрылые, птицы-мыши, трогоны, ракшеобразные, дятлообразные, воробьиные; объединяют около 9 тысяч видов. Многие птицы - объект охоты; некоторые - предки домашних пород птиц: кур, гусей, уток и др. Предки птиц - пресмыкающиеся - псевдозухии. Область зоологии, изучающая птиц – орнитология.

млекопитающие (Mammalia). Первые млекопитающие произойти от зверообразных пресмыкающихся в конце триаса. Для млекопитающих характерны млечные железы, вырабатывающие молоко для вскармливания детенышей, волосяной покров, более или менее постоянная температура тела, легочное дыхание, 4-камерное сердце. Класс млекопитающих объединяет 20 современных отрядов и 12-14 вымерших. К млекопитающим (отряд приматы) относятся и люди, или гоминиды. Млекопитающих около 4000 видов, распространены повсеместно. Многие млекопитающие - объект промысла, некоторые - предки сельскохозяйственных животных. Млекопитающих (иногда только хищных) называют также зверями. Отрасль зоологии, изучающая млекопитающих, называется териологией. Численность и ареал многих млекопитающих сокращаются.

подкласс: первозвери (клоачные) (Prototheria). отряд: однопроходные (яйцекладущие) (Monotremata). .Сохранили ряд архаичных особенностей, унаследованных от пресмыкающихся, - откладка яиц и др. Молочные железы примитивны и аналогичны потовым железам. Кишечник, половые протоки и мочевой пузырь открываются в клоаку. Два семейства: ехидны и утконосы

подкласс: низшие звери (Metatheria). Отряд сумчатые (Marsupialia). Длина тела от нескольких см (сумчатые мыши) до 3 м (кенгуру), у многих хорошо развит хвост. У самок большинства сумчатых имеется выводковая сумка (в виде кожной складки), в которую открываются соски. Детеныш родится недоразвитым, и длительное время развивается в сумке. 15-16 семейств: опоссумы, хищные сумчатые, сумчатые муравьеды, бандикуты, сумчатые кроты, лазающие сумчатые, ценолестовые, вомбаты, прыгающие сумчатые (кенгуру) и др. Около 250 видов, в Австралии, Тасмании, Новой Гвинее, на некоторых из Больших Зондских островов, в Америке. Акклиматизированы в Новой Зеландии.

подкласс: высшие звери (плацентарные) (Eutheria, Placentalia).

Зародыши развиваются в матке с образованием плаценты. К плацентарным относятся все млекопитающие (исключая первозверей и сумчатых).

отряды:

насекомоядные (Insectivora). Длина тела от 3 до 45 см. 7-8 семейств, и том числе ежи, землеройки и кроты; около 300 видов. Распространены широко (отсутствуют в Австралии и почти во всей Южной Америке).

Шерстокрылы (кагуаны) (Dermoptera). Длина тела около 40 см, хвоста около 25 см. Покрытая шерстью перепонка соединяет шею, все конечности и хвост (отсюда название) и позволяет шерстокрылам планировать с дерева на дерево (до 60 м). Активны ночью. Два вида, в лесах Юго-Восточной Азии. Объект охоты (мясо, мех).

рукокрылые (Chiroptera). Передние конечности превращены в крылья. Способны к полету. Два подотряда - крыланы и летучие мыши. Около 950 видов, большинство в тропиках и субтропиках. Активны в сумерках и ночью.

неполнозубые (Edentata). Включают три семейства (муравьеды, ленивцы и броненосцы); 29 видов, в Америке (в Северной Америке только на юге). У муравьедов зубов нет, у броненосцев и ленивцев отсутствуют резцы и клыки.

панголины (ящеры) (Pholidota). Длина 30-88 см, хвост по длине равен телу. Верхняя сторона тела покрыта круглыми роговыми чешуями. Семь ви­дов, в Африке (исключая север) и Юго-Восточной Азии. Питаются главным образом муравьями и термитами. Объект промысла (мясо), поэтому числен­ность ряда видов невысока.

зайцеобразные (Lagontorpha). Два семейства: зайцы и пищухи. Распространены широко. Некоторые - объект промысла (мех и мясо). Иногда наносят ущерб сельскому и лесному хозяйству; распространяют переносчиков некоторых опасных инфекций.

грызуны (Rodentia). Наиболее многочисленный отряд млекопитающих – около 1600 видов (свыше 1/3 всех млекопитающих). Семейства: летяги, беличьи, дикобразы, сони, тушканчики, слепыши, мыши и др. Зубы приспособлены к питанию твердыми растительными кормами. Резцы сильно развиты (по одной паре в каждой челюсти), растут в течение всей жизни животного. Размеры от 5 см (мышовки) до 1,3 м (водосвинка). Многие грызуны - вредители лесною и сельского хозяйства; могут быть переносчиками возбудителей ряда опасных инфекций (туляремии и др.). Ряд видов - объекты пушного промысла (белка, ондатра и др.)-

хищные (Fissipedia, Carnivora). Длина тела от 13 см (ласка) до 3 м (белый медведь). 7 семейств: куньи, енотовые, медведи, волчьи (собачьи, псовые), гиены, кошачьи и виверровые. Всего около 235 видов, распространены широко.

ластоногие (Pinnipedia). Конечности превращены в ласты. Три семейства: моржи, ушастые тюлени, настоящие тюлени; 31 вид. Распространены широко, но преимущественно в холодных и умеренных водах всех океанов; кольчатая нерпа обитает и в некоторых озерах. Многие - объект промысла (мясо, шкура, жир).

киты (китообразные) (Cetacea). Длина от 1, 1 до 33 м, весят от 30 кг до ,150 т. Передние конечности - плавники, задние отсутствуют. Два современных подотряда: беззубые (усатые) киты и зубатые киты. Свыше 80 видов, широко распространены в Мировом океане, некоторые (речные дельфины) - в крупных реках. Численность многих видов сокращается.

трубкозубы (Tubulidentata). Один современный вид - африканский трубкозуб. Длина тела до 1,5 м хвоста до 0,6 м. Внешне напоминает свинью. Зубы состоят из нескольких полых призм. В Африке, к югу от Сахары. Активен ночью. Объект охоты (мясо, кожа), поэтому численность сокращается.

хоботные (Proboscidea). Сросшиеся нос и верхняя губа образуют хобот. Резцы верхней челюсти (бивни) сильно развиты. Появились в среднем эоцене; в настоящее время представлены только слонами.

даманы (жиряки) (Hyracoided). Отряд копытных млекопитающих. Внешне напоминают грызунов. Длина тела 30-60 см, хвоста 1-3 см. 11 видов, в Передней Азии и Африке (исключая северную часть). Одни даманы живут в лесах на деревьях, другие - в горных, скалистых районах.

морские коровы (Sirenia). Туловище торпедообразное, передние конечности - ласты, задние отсутствуют; имеется хвостовой плавник. Два семейства: ламантины (3 вида), дюгони (1 вид). В морях близ побережий и в крупных реках Азии, Африки, Австралии, Америки. Численность сокращается, все виды в Красной книге МСОП.

непарнокопытные (Perissodactyla). Число пальцев на передних и задних конечностях 1 или 3; сильнее других развит 3-й (средний) палец. Три семейства: лошадиные, носороги и тапиры.

парнокопытные (Artiodactyh). На каждой конечности 2 или 4 пальца; лучше других развиты 3-й и 4-й пальцы, несущие основную тяжесть тела животного. Два подотряда: нежвачные и жвачные.

Отряд: приматы (Primates). Свыше 200 видов - от лемуров до человека, что ставит отряд приматов в особое положение. Для приматов характерны пятипалые хватательные конечности, способность большого пальца противопоставляться остальным; волосы, покрывающие тело и образующие у некоторых видов мантии, гривы, бороды и пр. хорошо развитые слух и зрение. Эмоциональное состояние приматов выражается богатым набором звуков и жестов. Обитают главным образом в лесах тропиков и субтропиков. Образ жизни преимущественно дневной, древесный. Живут чаще стадами или семейными группами с достаточно сложной иерархической системой доминирования - подчинения. Размножаются круглый год, у большинства рождается один детеныш. Из-за уничтожения естественных местообитаний, браконьерства, бесконтрольного использования в исследовательских ^:целях численность многих, приматов резко сокращается.

подотряд: полуобезьяны (Prosimiae). Длина тела 13-70 см, хвост у большинства длинный. В отличие от обезьян большие полушария головного мозга гладкие или с небольшим числом борозд и извилин. Около 50 видов, в тропиках Восточного полушария. Численность редко сокращается.

семейства: тупайи (Tupaiidae). Длина тела до 25 см, хвоста до 20 см. 16 видов, и тропических и горных дождевых лесах Юго-Восточной Азии.

долгопяты (Tarsoidea). Длина тела до 16 см, хвоста до 27, 5 см. Пальцы длинные, с расширенными подушечками на концах. Глаза большие, светятся в темноте. Три вида, на островах Миланского архипелага, все в Красной книге МСОП.

лемуры (лемуровые) (Lemuroidea). Длина тела от 13-25 см (мышиные и карликовые лемуры) до 50 см (полумаки), длина хвоста 16-56 см. 6 родов с 14 видами, в тропических лесах острова Мадагаскар. Древесные, полу древесные и наземные животные. Численность сокращается.

руконожки (айе-айе) (Leptodactyla). Длина тела около 40 см, хвоста около 60 см. Обитает в лесах на северо-востоке Мадагаскара. На грани исчезновения, в Красной книге МСОП.

индри (индриевые) (Indriidae). Длина тела от 30 см до 1 м; 4 вида на острове Мадагаскар. По деревьям передвигаются прыжками, по земле - на двух ногах. Все в Красной книге МСОП. В неволе выживают с трудом и не размножаются.

лори (лориевые) (Lorisidae). Длина тела от 22 до 40см. Харктерны очень большие глаза и собственно лори обитают в тропических лесах Экваториальной Африки.

подотряд: Высшие приматые обезьяны (Simiae).

Размеры более крупные чем у предыдущего подотряда, длина тела от 15 до 200 см. Хвост отсутствует или развит в разной степени; у многих южноамериканских видов хвост хватательный. Первый палец явственно противопоставляется остальным пальцам. Все пальцы вооружены ногтями. Головной мозг относительно более крупный, чем у полуобезьян, и полушария переднего мозга у подавляющего большинства видов имеет многочисленные борозды и извилины. Сейчас известно 139 видов.

Семейство цепкохвостых обезьян (Cebidae) включает мелкие и средние виды (длина тела 24-91 см). Хвост у всех видов хорошо развит; у видов четырех родов (из 12) он цепкий. Перегородка между ноздрями широкая. Среди видов этого семейства упомянем паукообразных обезьян (Aletes paniscus).

Семейство мармозеток (Callitrichidae) включает самых мелких представителей высших обезьян. Длина их теле 15-50 см. Хвост длинный, но не хватательный.

Виды обоих семейств - лесные, древесные звери. Пища смешанная, но в большей мере растительная. Держатся чаще семейными группами. Распространены в Центральной и Южной Америке.

Семейство мартышек (Cercopithecidae) – наиболее многочисленная группа узконосых обезьян. Характерно сильное развитие защечных мешков; обычно имеются длинный хвост и развитые седалищные мозоли. Биологически весьма разнообразны.

Собственно мартышки (Cercopithecus) ведут в основном древесный образ жизни. Это преимущественно африканские виды, населяющие тропические леса и держащиеся стадами. Растительноядны.

Павлины (Papio) живут обычно в каменистых горах и гнезда устраивают в пещерах. Питание смешанное Некоторые виды нападают на млекопитающих. Распротранены в Африке. Макаки (Macacus) -преимущественно южноазиатские обезьяны. Ведут как древесный так, и наземный образ жизни; часто живут, как павлины, в горах, придерживаясь каменистых склонов. Ниболее известен макак резус (М. mulatta), рапространенный в Южной Азии в Гималаях (от Непала до Бирмы). Держатся большими стадами. Обычны в зоопарках всего мира.

Семейство человекообразных обезьян (Antropomorphidae) включает высший предстовител отряда. Хвоста, седалищных мозолей и защечных мешков нет (у гибонов есть только зачаточные седалищные мозоли). Мозговая капсула черепа развита особенно сильно. Полушария переднего мозга имеют сложные борозды и извилины. В семействе 5 современных родов с 11 видами.

В роде гиббонов (Hylobatidae) 7 видов, характеризующихся очень длинными передними конечностями: при относительно вертикальном положении они достигают ступней задних конечностей. Распространенны в тропических лесах Северо-Восточной Индии (Ассам), Индокитая, острова Ява, Суматра, Калимантан. Типичные обитатели деревьев. Раскачиваясь на передних лапах, перепрыгивают с дерева на дерево на расстоянии 10м и более. Типичный вид ггибои хулок (Hylobates hoolok).

Орангутан (Pongo pygmaeus) – крупная (высатой 1,5 м) волосатая обезьяна красновато-рыжего цвета, с вытянутыми челюстями, очень длинными передними конечностями и небольшими ушными раковинами. Образ жизни древесный, на землю спускаются крайне редко. Живут орангутаны одиночно или семейными группами. Детенышей рождают в гнезде на дереве. Распространенны на островах Суматра и Килимантан.

Шинпанзе (Pan troglodytes) размером несколько менее 1,5 м. Общая окраска черная; лицо голое; уши сравнительно большие, очень похожие на уши человека. Передние лапы относительно короче, чем у орангутана. Обитают в тропических лесах Африки. Образ жизни в основном древесный, но на землю спускаются регулярно. Пища растительная. Живут семьями, иногда собираясь в небольшие стада.

Горилла (Gorilla gorilla) - самая крупная из человекообразных обезьян (высотой до 2 м). Передние конечности, как и у шимпанзе, не очень длинные. По земле ходят согнувшись, опираясь (как и шимпанзе) на все четыре конечности. Живут в лесах, но с деревьями связаны меньше предыдущих видов, очень часто держатся на земле. Питаются плодами, орехами и корнеплодами. Распространенны в лесах экваториальной Африки.

Тема 12: Теория эволюции органического мира

1. Становление идеи развития в биологии.

2. Теория эволюции Ч. Дарвина.

3. Дальнейшее развитие эволюционной теории.

4. Основы генетики.

5. Синтетическая теория эволюции.

1.                     Становление идеи развития в биологии. Эволюционная теория и ее значение. Понять сущность жизни как специфической формы движения материи невозможно без изучения теорий биологической эволюции. Когда ученый использует термин «эволюция» применительно к биологическим процессам и явлениям, то чаще всего он подразумевает процесс длительных и постепенных изменений, которые приводят к коренным качественным изменениям живых организмов, сопровождающимся возникновением новых биологических систем, форм и видов.

Созданная на основе исторического метода эволюционная теория, в задачу которой входит изучение факторов, движущих сил и закономерностей органической эволюции, по праву занимает центральное место в системе наук о живой природе. Она представляет собой обобщающую биологическую концепцию. Практически нет таких отраслей биологии, для которых эволюционная теория не давала бы методологических принципов исследования. По этой причине эволюционная биология является одним из трех важнейших направлений развития биологической науки.

История развития эволюционных идей. Развитие эволюционных идей в биологии имеет достаточно длительную историю. Начало рассмотрению вопросов эволюции органического мира было положено еще в античной философии и продолжалось более двух тысяч лет, пока не возникли первые само­стоятельные биологические дисциплины в науке Нового времени. Основным содержанием данного периода является сбор сведений об органическом мире, а также формирование двух основных точек зрения, объясняющих разнообразие видов в живой природе.

Первая из них возникла еще на базе античной диалектики, утверждавшей идею развития и изменения окружающего мира. Вторая точка зрения появилась вместе с христианским мировоззрении основанном на идеях креационизма. В то время в умах многих ученых господствовало представление, что Бог создал весь окружающий нас мир, в том числе все виды жизни, существующие с тех пор в неизменном виде.

На протяжении всего начального этапа развития эволюционной идеи между этими двумя точками зрения шла постоянная борьба, причем серьезное преимущество имела креационистская версия, Ведь наивно трансформистские представления о самозарождении живых существ и возникновении сложных организмов путем случайного сочетания отдельных органов, при котором нежизнеспособные сочетания вымирают, а удачные сохраняются (Эмпедокл), знезапном превращении видов (Анаксимен) и т.д. не могут рассматриваться даже как прообраз эволюционного подхода к познанию живой природы.

Тем не менее, в этот период был высказан ряд ценных идей, необходимых для утверждения эволюционного подхода. Среди них особое значение имели выводы Аристотеля, который в своей работе «О частях животных» отмечал, что природа постепенно переходит от предметов неодушевленных к растениям, а затем к животным, причем этот переход идет непрерывно. К сожалению, Аристотель говорил не о развитии природы в его современном понимании, а о том, что одновременно сосуществует целый ряд соположенных живых форм, лишенных генетической связи между собой. Поэтому ценна, прежде всего, его идея «лестницы живых существ», показывающая существование организмов разной степени сложности, - появление эволюционных теорий было бы невозможно без осознания этого факта.

Интерес к биологии заметно усилился в эпоху Великих географических открытий. Интенсивная торговля и открытие новых земель расширяли сведения о животных и растениях. Потребность в упорядочении быстро накапливающихся знаний привела к необходимости их систематизации и появлению первых классификаций видов, среди которых особое место принадлежит классификации К. Линнея. В своих представлениях о живой природе Линней исходил из идеи неизменности видов. Но в том же XVIII в. появились и Другие идеи, связанные с признанием не только градации, но и постепенного усложнения органических форм. Эти представления стали называться трансформизмом, и к этому направлению принадлежали многие известные ученые того времени. Все трансформисты признавали изменяемость видов организмов под действием изменений окружающей среды, но при этом большинство из них еще не имели целостной и последовательной концепции эволюции.

Именно так в работах швейцарского биолога Ш. Бонне впервые использовано понятие эволюции как процесса длительного, постепенного изменения, приводящего к появлению новых видов. Однако в работах большинства ученых того времени идеи градаций живых существ и идеи эволюции существовали раздельно. В единую теорию они оформились только в XIX в., когда появилась эволюционная теория Ж. Б. Ламарка.

Концепция развития Ж.Б. Ламарка. Первая попытка построить целостную концепцию развития органического мира была предпринята французским естествоиспытателем Ж.Б. Ламарком. В своем труде «Философия зоологии» Ламарк обобщил все биологические знания начала XIX в. Им были разработаны основы естественной систематики животных и впервые обоснована целостная теория эволюции органическою мира, поступательного исторического развития растений и животных.

Для создания эволюционной теории нужно было ответить на следующие вопросы: «Что является основной единицей эволюции?», «Что является факторами и движущими силами эволюции?», «Как происходит передача вновь приобретенных признаков следующим поколениям?».

В основу эволюционной теории Ламарком было положено представление о развитии, постепенном и медленном, от простого к сложному, с учетом роли внешней среды в преобразовании организмов. Ламарк считал, что первые самозародившиеся организмы дали начало всему многообразию существующих ныне органических форм. К этому времени в науке уже достаточно прочно утвердилось представление о «лестнице живых существ» как последовательном ряде независимых, неизменных, созданных Творцом форм. Он видел в градации этих форм отражение истории жизни, реального процесса развития одних форм из других. Развитие от простейших до самых совершенных организмов - главное содержание истории органического мира. Человек - тоже часть этой истории, он развился из обезьян.

Главной причиной эволюции Ламарк считал присущее живой природе изначальное (заложенное Творцом) стремление к усложнению и самосовершенствованию своей организации. Оно проявляется во врожденной способности каждого индивида к усложнению организма. Вторым фактором эволюции он называл влияние внешней среды: пока она не изменяется, виды постоянны, как только она становится иной, виды также начинают меняться. При этом Ламарк на более высоком уровне по сравнению с предшественниками разработал проблему неограниченной изменчивости живых форм под влиянием условий существования: питания, климата, особенностей почвы, влаги, температуры и т.д.

Исходя из уровня организации живых существ, Ламарк выделял две формы изменчивости:

1) прямую - непосредственную изменчивость растений и низших животных под влиянием условий внешней среды;

2) косвенную - изменчивость высших животных, которые имеют развитую нервную систему, воспринимающую воздействие условий существования и вырабатывающую привычки, средства самосохранения и защиты.

Показав происхождение изменчивости, Ламарк проанализировал второй фактор эволюции - наследственность. Он отмечал, что индивидуальные изменения, если они повторяются в ряде поколений, при размножении передаются по наследству потомкам и становятся признаками вида. При этом, если одни органы животных развиваются, то другие, не вовлеченные в процесс изменений, атрофируются. Так, например, в результате упражнений у жирафа появилась длинная шея, ведь предки жирафа, питаясь листьями деревьев, тянулись за ними и в каждом поколении шея и ноги росли. Тем самым Ламарк высказал предположение, что изменения, которые растения и животные приобретают в течение жизни, наследственно закрепляются и передаются по наследству потомкам. При этом потомство продолжает развиваться в том же направлении, и один вид превращается в другой.

Ламарк полагал, что историческое развитие организмов имеет не случайный, а закономерный характер и происходит в направлении постепенного и неуклонного совершенствования, повышения общего уровня организации. Кроме того, он подробно проанализировал предпосылки эволюции и сформулировал главные направления эволюционного процесса и причины эволюции. Он также разработал проблему изменчивости видов под влиянием естественных причин, показал значение времени и условий внешней среды в эволюции, которую рассматривал как проявление общего закона развития природы. Заслугой Ламарка является и то, что он первым предложил генеалогическую классификацию животных, построенную на принципах родственности организмов, а не только их сходства.

Сущность теории Ламарка заключается в том, что животные и растения не всегда были такими, какими мы их видим теперь. Он Доказал, что они развивались в силу естественных законов природы, следуя эволюции всего органического мира. Для ламаркизма характерны два основных методологических признака:

•  телеологизм как присущее организмам стремление к совершенствованию;

•  организмоцентризм - признание организма в качестве элементарной единицы эволюции, прямо приспосабливающегося к изменению внешних условий и передающего эти изменения по наследству.

С точки зрения современной науки эти положения принципиально неверны, они опровергаются фактами и законами генетика. К тому же доказательства причин изменяемости видов, приводимые Ламарком, не были достаточно убедительными. Поэтому теория Ламарка не получила признания у современников. Но она не была и опровергнута, ее лишь забыли на некоторое время, чтобы вновь вернуться к ее идеям во второй половине XIX в., положив их в основу всех антидарвинистских концепций.

Теория катастроф Ж. Кювье. Быстрое развитие естествознания и селекционной работы, расширение и углубление исследований в различных отраслях биологии, интенсивное накопление новых научных фактов в XIX в. создали благоприятные условия для новых обобщений в теории эволюции живой природы. Одной из попыток такого рода обобщений стала теория катастроф французского зоолога Ж.Л. Кювье.

Методологической основной теории катастроф стали большие успехи в таких областях биологической науки, как сравнительная анатомия и палеонтология. Кювье систематически проводил сравнение строения и функций одного и того же органа или целой системы органов у самых разных видов животных. Исследуя строение органов позвоночных животных, он установил, что все органы любого живого организма представляют собой части единой целостной системы. Вследствие этого строение каждого органа закономерно соотносится со строением всех других. Ни одна часть тела не может изменяться без соответствующего изменения других частей. Это означает, что каждая часть тела отражает принципы строения всего организма.

Так, у травоядных животных, питающихся малопитательной растительной пищей, обязательно должен быть большой желудок, способный переварить эту пищу в больших количествах. Размер желудка обусловливает размеры других внутренних органов: позвоночника, грудной клетки. Массивное тело должно держаться на мощных ногах, снабженных твердыми копытами, а длина ног обусловливает такую длину шеи, которая дает возможность свободно щипать траву. У хищников пища более питательна, поэтому желудок у них меньше. Кроме того, им нужны мягкие лапы с подвижными когтистыми пальцами, чтобы незаметно подкрадываться к добыче и хватать ее, поэтому шея у хищников должна быть короткой» зубы острыми и т.д.

Такое соответствие органов животных друг другу Кювье назвал принципом корреляций (соотносительности). Руководствуясь принципом корреляций, Кювье успешно применял полученные знания, умея по единственному зубу восстановить облик животного, ведь, по мнению Кювье, в любом фрагменте организма, как в зеркале, сражалось все животное.

Безусловной заслугой Кювье стало применение принципа корреляции в палеонтологии, что позволяло восстанавливать облик  исчезнувших с лица Земли животных. Благодаря работам мы сегодня представляем себе, как выглядели динозавры, и мастодонты - весь мир ископаемых животных. Таким образом, Кювье, который сам исходил из идеи постоянства видов, не видя переходных форм между современными животными и животными, жившими ранее, внес большой вклад в становление эволюционной теории, появившейся полвека спустя.

В процессе своих исследований Кювье заинтересовался историей Земли, земных животных и растений. Он потратил многие годы на ее изучение, сделав при этом множество ценных открытий. В частности, он обнаружил, что останки одних видов приурочены к одним и тем же геологическим напластованиям, а в соседних пластах находятся совершенно другие организмы. На этом основании он делал вывод, что животные, населявшие нашу планету, погибали почти мгновенно от неизвестных причин, а потом на их месте появлялись совершенно иные виды. Кроме того, он выяснил, что многие современные участки суши раньше были морским дном, причем смена моря и суши происходила неоднократно.

В результате исследований Кювье пришел к выводу, что на Земле периодически происходили гигантские катаклизмы, уничтожавшие целые материки, а вместе с ними и их обитателей. Позднее на их месте появлялись новые организмы. Так была сформулирована знаменитая теория катастроф, пользовавшаяся большой популярностью в XIX в.

Последователи и ученики Кювье, развивая его учение, пошли еще дальше, утверждая, что катастрофы охватывали весь земной шар. После каждой катастрофы следовал новый акт божественного творения. Таких катастроф и, следовательно, актов творения они насчитывали двадцать семь.

Позиции теории катастроф пошатнулись лишь в середине XIX в. Немалую роль в этом сыграл новый подход к изучению геологических явлений Ч. Лайеля - принцип актуализма. Он исходил из того, что для познания прошлого Земли нужно изучить ее настоящее. Таким образом, Лайель пришел к выводу, что медленные, ничтожные изменения на Земле, если они будут долго идти в одном направлении, могут привести к поразительным результатам. Так был сделан еще один шаг к эволюционной теории, создателями которой стали Ч. Дарвин и А. Уоллес.

2. Теория эволюции Ч. Дарвина. Идея постепенного и непрерывного изменения всех видов растений и животных высказывалась многими учеными задолго до Дарвина. Поэтому само понятие эволюции - процесса длительных постепенных, медленных изменений, в конечном итоге приводящих к коренным, качественным изменениям - возникновению новых организмов, структур, форм и видов, проникло в науку еще в конце XVIII в. Однако именно Дарвин создал совершенно новое учение о живой природе, обобщив отдельные эволюционные идеи в одну стройную теорию эволюции. Опираясь на огромный фактический материал и практику селекционной работы по выведению новых сортов растений и пород животных, он сформулировал основные положения своей теории, которые изложил в книге «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859).

Основные движущие факторы эволюции в теории Дарвина. Дарвин пришел к выводу, что в природе любой вид животных и растений стремится к размножению в геометрической прогрессии. В то же время число взрослых особей каждого вида остается относительно постоянным. Так, самка трески мечет семь миллионов икринок, из которых выживает лишь 2%. Следовательно, в природе происходит борьба за существование, в результате которой накапливаются признаки, полезные для организма и вида в целом, а также образуются новые виды и разновидности. Остальные организмы гибнут в неблагоприятных условиях среды. Таким образом, борьба за существование - это совокупность многообразных, сложных взаимоотношений, существующих между организмами и условиями среды.

В борьбе за существование выживают и оставляют потомство только те особи, которые обладают комплексом признаков и свойств, позволяющим им наиболее успешно конкурировать с дру­гими особями. Таким образом, в природе происходит процесс избирательного уничтожения одних особей и преимущественного размножения других, т.е. естественный отбор, или выживание наиболее приспособленных.

При изменении условий внешней среды полезными для выживания могут оказаться какие-то иные, чем прежде, признаки. В результате меняется направление отбора, перестраивается структура вида, благодаря размножению широко распространяются новые признаки - появляется новый вид. Полезные признаки сохраняются и передаются последующим поколениям, так как в живой природе действует фактор наследственности, обеспечивающий устойчивость видов.

Однако в природе нельзя обнаружить два одинаковых, совершенно тождественных организма. Все многообразие живой природы является результатом процесса изменчивости, т.е. превращении организмов под влиянием внешней среды.

Итак, концепция Дарвина построена на признании объективно существующих процессов в качестве факторов и причин развития живого. Основными движущими факторами эволюции являются изменчивость, наследственность и естественный отбор.

Изменчивость. Первым звеном эволюции выступает изменчивость (изменение и превращение организмов под действием внешней среды), которая является неотъемлемым свойством живого. Вследствие изменчивости признаков и свойств даже в потомстве одной пары родителей почти никогда не встречается одинаковых особей. Чем тщательнее и глубже изучается природа, тем больше формируется убеждение во всеобщем универсальном характере изменчивости. В природе нельзя обнаружить два совершенно одинаковых, тождественных организма. При благоприятных условиях эти различия могут не оказывать заметного влияния на развитие организмов, но при неблагоприятных каждое мельчайшее различие может стать решающим в том, останется ли этот организм в живых и даст потомство или же погибнет.

Дарвин различал два вида изменчивости: 1) наследственную (неопределенную) и 2) ненаследственную (определенную).

Под определенной (групповой) изменчивостью понимается сходное изменение всех особей потомства в одном направлении вследствие влияния определенных условий (изменение роста в зависимости от количества и качества пищи, изменение толщины кожи и густоты шерстяного покрова при изменении климата и т.д.).

Под неопределенной (индивидуальной) изменчивостью понимается появление разнообразных незначительных отличий у особей одного и того же вида, которыми одна особь отличается от других. В дальнейшем «неопределенные» изменения стали называть мутациями, а «определенные» - модификациями.

Наследственность. Следующим фактором эволюции является наследственность - свойство организмов обеспечивать преемственность признаков и свойств между поколениями, а также определять характер развития организма в специфических условиях внешней среды. Это свойство не абсолютно: дети никогда не бывают точными копиями родителей, но из семян пшеницы всегда вырастает только пшеница и т.п. В процессе размножения от поколения к поколению передаются не признаки, а код наследственной информации, определяющий лишь возможность развития будущих признаков в определенном диапазоне. Наследуется не признак, а норма реакции развивающейся особи на действие внешней среды.

Дарвин подробно проанализировал значение наследственности в эволюционном процессе и показал, что сами по себе изменчивость и наследственность еще не объясняют возникновения новых пород животных, сортов растений, их приспособленности, поскольку изменчивость разных признаков организмов осуществляется в самых разнообразных направлениях. Каждый организм - это результат взаимодействия между генетической программой его развития и условиями ее реализации.

Борьба за существование. Рассматривая вопросы изменчивости и наследственности, Дарвин обратил внимание на сложные взаимоотношения между организмом и окружающей среды, на разные формы зависимости растений и животных от условии жизни, на их приспособление к неблагоприятным условиям. Такие разнообразные формы зависимости организмов от условий окружающей среды и других живых существ он назвал борьбой за существование. Борьба за существование, по Дарвину, - это совокупность взаимоотношений организмов данного вида друг с другом, с другими видами живых организмов и неживыми факторами внешней среды.

Борьба за существование означает все формы проявления активности данного вида организмов, направленные на поддержание жизни своего потомства. Дарвин выделил три основные формы борьбы за существование: 1) межвидовую, 2) внутривидовую и 3) борьбу с неблагоприятными условиями внешней среды-Примеры межвидовой борьбы в природе встречаются часто и всем хорошо известны. Наиболее ярко она проявляется в борьбе хищников и травоядных животных. Травоядные животные смогут выжить и оставить потомство только в том случае, если сумеют избежать хищников и будут обеспечены пищей. Но растительностью питаются также разные виды млекопитающих, а кроме того - насекомые и моллюски. И здесь возникает ситуация: что досталось одному, не досталось другому. Поэтому в межвидовой борьбе успех одного вида означает неуспех другого.

Внутривидовая борьба означает конкуренцию между особями одного вида, у которых потребность в пище, территории и других условиях существования одинакова. Дарвин считал внутривидовую борьбу наиболее напряженной. Поэтому в процессе эволюции у популяций выработались различные приспособления, снижающие остроту конкуренции: разметка границ, угрожающие позы и т.п.

Борьба с неблагоприятными условиями среды выражается в стремлении живых организмов выжить при резких изменениях погодных условий. В этом случае выживают лишь наиболее приспособленные к изменившимся условиям особи. Они образуют новую популяцию, что в целом способствует выживанию вида. В борьбе за существование выживают и оставляют потомство индивиды и особи, обладающие таким комплексом признаков и свойств, которые позволяет успешно противостоять неблагоприятным условиям среды.

Естественный отбор. Однако основная заслуга Дарвина в создании теории эволюции заключается в том, что он разработал учение о естественном отборе как ведущем и направляющем факторе эволюции. Естественный отбор, по Дарвину, - это совокупность происходящих в природе изменений, обеспечивающих выживание наиболее приспособленных особей и преимущественное оставление ими потомства, а также избирательное уничтожение организмов, оказавшихся неприспособленными к существующим или изменившимся условиям окружающей среды.

В процессе естественного отбора организмы адаптируются, т.е. у них развиваются необходимые приспособления к условиям существования. В результате конкуренции разных видов, имеющих сходные жизненные потребности, хуже приспособленные виды вымирают. Совершенствование механизма приспособления организмов приводит к тому, что постепенно усложняется уровень их организации и таким образом осуществляется эволюционный процесс. При этом Дарвин обращал внимание на такие характерные особенности естественного отбора, как постепенность и медленность процесса изменений и способность суммировать эти изменения в крупные, решающие причины, приводящие к формированию новых видов.

Исходя из того, что естественный отбор действует среди разнообразных и неравноценных особей, он рассматривается как совокупное взаимодействие наследственной изменчивости, преимущественного выживания и размножения индивидов и групп особей, лучше приспособленных, чем другие к данным условиям существования. Поэтому учение о естественном отборе как движущем и направляющем факторе исторического развития органического мира является главным в теории эволюции Дарвина.

Значение эволюционной теории Дарвина. Таким образом, Дарвин последовательно решил проблему детерминации органической эволюции в целом, объяснил целесообразность строения живых организмов как результат естественного отбора, а не как результат их стремления к самосовершенствованию. Также он показал, что целесообразность строения носит всегда относительный характер, так как любое приспособление оказывается полезным только в конкретных условиях существования. Этим он нанес серьезный удар по идеям телеологизма в естествознании.

Кроме того, Дарвин подчеркивал, что элементарной единицей эволюции является не отдельная особь, как у Ламарка, а группа особей - вид. Иными словами, под действие естественного отбора могут подпасть как отдельные особи, так и целые группы. Тогда отбор сохраняет признаки и свойства, невыгодные для отдельной особи, но полезные для группы особей или вида в целом. Примером такого приспособления служит жало пчелы - ужалившая пчела оставляет жало в теле врага и погибает, но гибель особи способствует сохранению пчелиной семьи. Такой подход привел к появлению популяционного мышления в биологии, являющегося основой современных представлений об эволюции-Наряду с несомненными достоинствами, в теории Дарвина были и существенные недостатки. Одно из возражений, выдвигавшихся ранее против этой теории, состояло в том, что она не могла объяснить причин появления у организмов многих структур, кажущихся бесполезными. Однако, как выяснилось впоследствии, многие морфологические различия между видами, не имеющие значения для выживания, представляют собой побочные эффекты действия генов, обусловливающих незаметные, но очень важные для выживания физиологические признаки.

Слабым местом в теории Дарвина также были представления о наследственности, которые подвергались серьезной критике его противниками. Действительно, если эволюция связана со случайным появлением изменений и наследственной передачей приобретенных признаков потомству, то каким образом они могут сохраниться и даже усилиться в дальнейшем? Ведь в результате скрещивания особей, обладающих полезными признаками, с другими особями, которые ими не обладают, они передадут эти признаки в ослабленном виде. В конце концов, в течение ряда поколений эти случайно возникшие изменения должны будут ослабнуть, а затем и вовсе исчезнуть. Так стакан молока растворится в бочке воды почти без следа. Этот вывод был получен с помощью элементарных арифметических подсчетов британским инженером и физиком Ф. Дженкиным в 1867 г. Сам Дарвин был вынужден признать эти доводы убедительными, при тогдашних представлениях о наследственности их было невозможно опровергнуть. Вот почему в последние годы жизни он стал все больше подчеркивать воздействие на процесс эволюции направленных изменений, происходящих под влиянием определенных факторов внешней среды.

В дальнейшем были выявлены и некоторые другие недостатки теории Дарвина, касающиеся основных причин и факторов органической эволюции. Было ясно, что его теория нуждалась в дальнейшей разработке и обосновании с учетом последующих достижений биологической науки.

3. Дальнейшее развитие эволюционной теории. Антидарвинизм. С возникновением дарвинизма на первый план биологических исследований выдвинулось несколько задач:

•  сбор доказательств самого факта эволюции;

•  накопление данных об адаптивном характере эволюции;

•  экспериментальное изучение взаимодействия наследственной изменчивости, борьбы за существование и естественного отбора как движущей силы эволюции;

•  изучение закономерностей видообразования и макроэволюции.

Комплекс доказательств теории эволюции. Сведения, подтверждающие дарвиновскую теорию эволюции, были получены из самых разных источников, среди которых важнейшее место занимают палеонтология, биогеография, систематика, селекция растений и животных, морфология, сравнительная эмбриология и сравнительная биохимия.

Палеонтология занимается изучением ископаемых остатков, т.е. любых сохранившихся в земной коре следов прежде живших организмов. Среди них - целые организмы, твердые скелетные структуры, окаменелости, отпечатки.

Такие следы были хорошо известны ученым задолго до появления палеонтологии в качестве самостоятельной науки. Их считали либо останками существ, сотворенных раньше других, либо артефактами, помещенными в горные породы Богом.

В XIX в. эти находки были истолкованы с точки зрения теории эволюции. Дело в том, что в самых древних породах встречаются следы очень немногих простых организмов. В молодых породах находят разнообразные организмы, имеющие более сложное строение. Кроме того, достаточно много примеров существования видов лишь на одном из этапов геологической истории Земли, после чего они исчезают. Это понимается как возникновение и вымирание видов с течением времени.

Постепенно ученые стали находить следы все большего количества «недостающих звеньев» в эволюции жизни - либо в виде окаменелостей (например, археоптерикс - переходная форма между рептилиями и птицами), либо в виде ныне живущих организмов, близких по своему строению к ископаемым формам (например, латимерия, относящаяся к давно вымершим кистеперым рыбам). Конечно, ученым удалось найти далеко не все переходные формы, поэтому палеонтологическая летопись нашей планеты не является Непрерывной, и этим аргументом пользуются противники эволюционной теории. Тем не менее, ученые находят убедительные объяснения этого факта. В частности, считается, что далеко не все умершие организмы оказываются в условиях, благоприятных для их сохранения. Большая часть погибших особей съедается падальщиками, разлагается, не оставляя никаких следов, возвращается в круговорот веществ в природе.

Палеонтологам удалось открыть некоторые закономерности эволюции. В частности, с ростом сложности организма продолжительность существования вида сокращается, а темпы эволюции возрастают. Так, виды птиц в среднем существуют 2 млн. лет, млекопитающие - по 800 тыс. лет, предки человека - около 200 тыс. лет. Также удалось выяснить, что продолжительность жизни вида зависит от размера его представителей.

Географическое распространение (биография). Все организмы приспособлены к среде своего обитания. Поэтому все виды возникли в каком-то определенном ареале, а оттуда они могли распространиться в области со схожими природными условиями. Степень расселения зависит от того, насколько успешно могут данные организмы обосноваться в новых местах, насколько сложны естественные преграды, стоящие на пути расселения этого вида (океаны, горы, пустыни). Поэтому обычно распространение видов идет лишь в том случае, если подходящие территории расположены близко друг от друга. Так, в далеком прошлом массивы суши располагались ближе друг к другу, чем сейчас, и это способствовало широкому расселению многих видов. Если же в какой-то области нет более развитых видов, то это указывает на раннее отделение данной территории от места первоначального происхождения видов. Именно поэтому в Австралии сохранилось большое число сумчатых, отсутствующих в Европе, Африке и Азии.

Данные факты не объясняют механизма возникновения новых видов, но указывают на то, что разные группы возникали в разное время и в разных областях, подтверждая, таким образом, теорию эволюции.

Систематика. Первую таксономическую классификацию, в которую вошли выделенные единицы-таксоны, находящиеся в отношениях иерархического соподчинения создал К. Линней. В качестве единиц-таксонов Линней выделял: вид, род, семейство, отряд, класс, тип и царство. В основу своей классификации он положил структурное сходство между организмами, которое можно представить как результат их адаптации к определенным условиям среды на протяжении некоторого периода. Таким образом, эта классификация хорошо вписывается в эволюционную теорию, иллюстрируя процесс эволюции на Земле.

Селекция растений и животных. Помимо естественного отбору существует искусственный отбор, связанный с целенаправленной деятельностью человека по сохранению и созданию нужных видов. Именно так, путем селекции, из диких предков были выведены все культурные сорта растений и породы домашних животных. Ссылка на искусственный отбор дала Дарвину возможность провести аналогию с естественным отбором, идущим в природе.

С созданием генетики стало ясно, что в ходе искусственного отбора сохраняются гены, полезные с точки зрения человека, и убираются гены, не устраивающие его.

Сравнительная анатомия занимается сопоставлением различных групп растений и животных друг с другом. При этом выявляются общие структурные черты, присущие им. Так, у всех цветковых растений есть чашелистики, лепестки, тычинки, рыльце, столбик и завязь, хотя у разных видов они могут иметь разные размеры, окраску, число составляющих их частей и некоторые особенности их строения. То же самое можно сказать и о животных.

Таким образом, сравнительная анатомия выявляет гомологичные органы, построенные по одному плану, занимающие сходное положение и развивающиеся из одних и тех же зачатков. Существование таких органов, как и появление рудиментарных органов, сохраняющихся у организмов, но не выполняющих никакой функции, можно объяснить только с позиций теории эволюции.

Сравнительная эмбриология. Одним из основоположников этой науки стал К. Бэр, который изучал эмбриональное развитие у представителей разных групп позвоночных. При этом он обнаружил поразительное сходство в развитии зародышей всех групп, особенно на ранних этапах их развития.

После этого Э. Геккель высказал мысль о том, что ранние стадии развития зародыша повторяют эволюционную историю своей группы. Он сформулировал закон рекапитуляции, согласно которому онтогенез повторяет филогенез. Иными словами, индивидуальное развитие организма повторяет развитие всего вида. Так, зародыш позвоночных на разных этапах своего развития имеет признаки рыбы, амфибии, рептилии, птицы и млекопитающего. Поэтому на ранних стадиях развития зародыша бывает очень сложно определить, к какому виду он принадлежит. Лишь на поздних этапах эмбрион приобретает сходство с взрослой формой.

Закон рекапитуляции может быть объяснен только наличием общих предков у всех живых организмов, что подтверждает эволюционную теорию.

Сравнительная биохимия. С ее появлением у эволюционной теории появились строго научные доказательства. Именно сравнительная биохимия показала наличие одинаковых веществ у всех организмов, подтверждающее их очевидное биохимическое родство. Вначале было доказано родство всех белков, а позднее – нуклеиновых кислот.

Иммунные реакции также подтверждают наличие эволюцион­ных связей. Если белки, содержащиеся в сыворотке крови, ввести в кровь животным, у которых этих белков нет, то они действуют как антигены, побуждая организмы животных вырабатывать антитела.

Открытие законов и механизмов эволюции. Исследователями было выявлено два класса механизмов эволюции: адаптационные и катастрофические, или пороговые.

Адаптационные механизмы связаны с приспособлением организмов к окружающей среде. При этом происходит самонастройка системы, обеспечивающая ее стабильность в определенных условиях. Таким образом, изучая особенности среды, можно предвидеть, в каком направлении будут действовать механизмы адаптации. Этим пользуются селекционеры, проводя искусственный отбор.

Можно сказать, что никакие внутренние или внешние возмущения не способны вывести изучаемую систему за пределы того канала эволюции, который предусмотрен для нее природой. Поэтому все возможные изменения системы, ее развитие можно предсказать с большой точностью. Таким образом, с точки зрения неравновесной термодинамики адаптационный механизм относится к одному из эволюционных этапов в развитии систем.

Катастрофические механизмы эволюции имеют другую природу. Они связаны со скачком в развитии систем, происходящим при переходе через точку бифуркации. Обычно это связано с резким изменением условий окружающей среды. При этом старая структу­ра системы разрушается и образуется качественно новая структура. Переход через точку бифуркации всегда идет случайно. Заранее предсказать, как пойдет развитие, невозможно. Поэтому периодически в биосфере Земли происходят катастрофические события, стимулирующие вымирание старых видов растений и животных и появление новых.

Законы эволюции. Тем не менее, общим правилом является непрерывное усложнение и рост разнообразия органического мира после каждого перехода через критические точки в развитии биосферы. Это правило носит название закона дивергенции, который объясняет, почему первоначально близкие группы организмов разошлись в процессе эволюции, создав огромное разнообразие видов.

К началу XX в. были открыты и другие законы эволюции. Так, в 1876 г. Ш. Делере установил правило прогрессирующей специализации, в соответствии с которым группа, вступившая на путь специализации, как правило, в своем дальнейшем развитии будет идти по пути все более глубокой специализации.

И.И. Шмальгаузен открыл процесс автономизации онтогенеза, который говорит о сохранении определяющего значения физико-химических факторов внешней среды, что ведет к возникновению относительной устойчивости развития.

К. Уолдингтон сформулировал принцип гомеостаза, показывающий способность организмов к саморегуляции и поддержанию стабильности внутренней среды организма.

Наконец, Л. Долло открыл правило необратимости, согласно которому эволюция является необратимым процессом, и организм не может вернуться к прежнему состоянию, в котором находились его предки.

Антидарвинизм. Критика дарвинизма велась практически со времени его возникновения и имела объективные основания, поскольку из поля зрения дарвинистов изначально выпадал ряд важных вопросов. К их числу относятся вопросы о причинах сохранения в историческом развитии системного единства организмов, механизмах включения в эволюционный процесс онтогенетических перестроек, неравномерности темпов эволюции, причинах прогрессивной макроэволюции, причинах и механизмах биотических кризисов и др.

Антидарвинизм второй половины XIX - начала XX вв. был представлен двумя главными течениями - неоламаркизмом и концепциями телеогенеза. Борьба с ними, а также поиск экспериментальных доказательств отдельных факторов естественного отбора составили основное содержание биологии этого времени.

Неоламаркизм. Первым крупным антидарвинистским учением стал неоламаркизм, возникший в конце XIX в. Это учение основывалось на признании адекватной изменчивости, возникающей под непосредственным или косвенным влиянием факторов окружающей среды, вызывающих прямое приспособление организма к ним. Также неоламаркисты говорили о наследовании приобретенных таким образом признаков, отрицали созидательную роль естественного отбора.

Как видно из названия этого направления, основу неоламаркизма составили идеи Ламарка, о которых ученые забыли в начале века, но вспомнили о них после появления дарвиновской теории эволюции. Неоламаркизм не был единым течением, а объединял в себе несколько направлений, каждое из которых пыталось развить ту или иную сторону учения Ламарка. В неоламаркизме выделяются:

• механоламаркизм - концепция эволюции, согласно которой целесообразная организация создается путем приспособления, или согласно Ламарку, упражнения органов. Эта концепция объясняла эволюционные преобразования организмов их изначальной способностью целесообразно реагировать на изменения внешней среды, изменяя при этом свои структуры и функции. Вся сложность эволюционного процесса, таким образом, сводилась к простой теории равновесия сил, заимствованной, по существу, из ньютоновской механики. Сторонниками этого направления были Г. Спенсер и Т. Эймер;

• психоламаркизм - основу этого направления составила идея Ламарка о значении в эволюции животных таких факторов, как привычки, усилия воли, сознание. Считалось, что эти факторы присущи не только организму животного в целом, но и составляющим его клеткам. Таким образом,  эволюция представлялась как постепенное усиление роли сознания в движении от примитивных существ до разумных форм жизни. Это развивало учение о панпсихизме, всеобщей одушевленности. Сторонниками этого направления были А. Паули и А. Вагнер;

• ортоламаркизм - совокупность гипотез, развивающих идею Ламарка о стремлении организмов к совершенствованию как внутренне присущей всему живому движущей силе эволюции. Сторонниками ортоламаркизма были К. Нэгели, Э. Коп, Г. Осборн, которые полагали, что направленность эволюции обусловлена внутренними изначальными свойствами организмов. Эти взгляды родственны идеям автогенезиса, рассматривающего эволюцию как процесс развертывания предсуществующих задатков, носящий целенаправленный характер и происходящий на основе изначальных внутренних потенциальных возможностей.

Телеологическая концепция эволюции, или телеогенез, идейно была близко связана с ортоламаркизмом, так как исходила из все той же идеи Ламарка о внутреннем стремлении всех живых организмов к прогрессу. Наиболее видным представителем этого направления стал русский естествоиспытатель, основатель эмбриологии К. Бэр.

Своеобразную модификацию телеогенеза представляли взгляды сторонников сальтационизма, заложенного в 60-70-е гг. XIX в. А. Зюссом и А. Келликером. По их мнению, уже на заре появления жизни возник весь план будущего развития природы, а влияние внешней среды определяло лишь частные моменты эволюции. Все крупнейшие эволюционные события - от возникновения новых видов до смены биот в геологической истории Земли - происходят в результате скачкообразных изменений, сальтаций, или макромутаций. По сути дела, это был катастрофизм, усиленный дополнительными аргументами. Эти взгляды существуют до сегодняшнего дня.

Генетический антидарвинизм. В начале XX в. возникла генетика - учение о наследственности и изменчивости. Казалось бы, ее появление должно было решить многие вопросы эволюционной теории, до сих пор остававшиеся без ответа. Но первые генетики противопоставили данные своих исследований дарвинизму, в результате чего в эволюционной теории возник глубокий кризис. Выступление генетиков против учения Дарвина вылилось в широкий фронт, объединяющий несколько течений: мутационизм, гибридогенез, пре-адаптационизм и др. Все они объединились под общим названием генетического антидарвинизма.

Так, открытие устойчивости генов трактовалось как их неизменность. Это способствовало распространению антиэволюционизма (У. Бетсон). Мутационная изменчивость отождествлялась с эволюционными преобразованиями, что исключало необходимость отбора как главной причины эволюции.

Венцом этих построений стала теория номогенеза Л.С. Берга, созданная в 1922 г. Основу ее составила идея, что эволюция есть запрограммированный процесс реализации внутренних, присущих всему живому закономерностей. Он считал, что организмы обладают внутренней силой неизвестной природы, действующей целенаправленно, независимо от внешней среды, в сторону усложнения организации. В доказательство этого Берг приводил множество данных по конвергентной и параллельной эволюции разных групп растений и животных.

Из всех этих споров со всей очевидностью следовало, что генетика и дарвинизм должны были найти общий язык. Но прежде чем приступать к рассмотрению дальнейшего развития теории эволюции, следует подробнее остановиться на основных положениях генетики, без которой современный дарвинизм был бы невозможен.

4. Основы генетики. Генетика возникла в начале XX в., хотя первые шаги в изучении наследственности были сделаны во второй половине XIX в. чешским естествоиспытателем Г. Менделем, который своими опытами заложил основы современной генетики. В 1868 г. он поставил опыты по скрещиванию гороха, в которых доказал, что наследственность не имеет промежуточного характера, а передается дискретными частицами. Сегодня мы называем эти частицы генами. Результаты своих наблюдений Мендель отразил в опубликованной им научной статье, которая, к сожалению, осталась незамеченной.

Те же самые выводы были вновь получены в 1900 г., когда три исследователя - X. Де Фриз, К. Корренс и Э. Чермак - провели свои эксперименты, в которых повторно открыли правила наследования признаков. Поэтому основателями новой науки считаются вышеназванные ученые, а свое название эта наука получила в 1906 г., Дал его английский биолог У. Бетсон.

Огромную роль в становлении генетики сыграл датский исследователь В. Иогансен, который ввел в широкий обиход основные термины и определения, используемые в этой науке. Среди них важнейшим понятием является «ген» - элементарная единица наследственности. Он представляет собой внутриклеточную молекулярную структуру. Как мы знаем сегодня, ген - это участок молекулы ДНК, находящийся в хромосоме, в ядре клетки, а также в ее цитоплазме и органоидах. Ген определяет возможность развития одного элементарного признака или синтез одной белковой молекулы. Как было отмечено ранее, число генов в крупном организме может достигать многих миллиардов. В организме гены являются своего рода «мозговым центром». В них фиксируются признаки и свойства организма, передающиеся по наследству.

Совокупность всех генов одного организма называется генотипом.

Совокупность всех вариантов каждого из генов, входящих в состав генотипов определенной группы особей или вида в целом, называется генофондом. Например, у мухи дрозофилы известна целая серия из 12 генов окраски глаза (красная, коралловая, вишневая, абрикосовая и т.д. до белого цвета). Генофонд является видовым, а не индивидуальным признаком.

Совокупность всех признаков одного организма называется фенотипом. Фенотип представляет собой результат взаимодействия генотипа и окружающей среды.

Генетика изучает два фундаментальных свойства живых систем - наследственность и изменчивость, т.е. способность живых организмов передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение, а также приобретать новые качества. Наследственность создает непрерывную преемственность признаков, свойств и особенностей развития в ряду поколений. Изменчивость обеспечивает материал для естественного отбора, создавая как новые варианты признаков, так и бесчисленное множество комбинаций прежде существовавших и новых признаков живых организмов.

Генетика о наследственности. В основу генетики легли законы наследственности, обнаруженные Менделем при проведении им серии опытов по скрещиванию различных сортов гороха. В ходе этих исследований им были открыты количественные закономерности наследования признаков, позже названные в честь первооткрывателя законами Менделя. Эти три закона известны как закон единообразия первого поколения гибридов, закон расщепления и закон независимого комбинирования признаков.

Первый закон Менделя - закон единообразия первого поколения гибридов - устанавливает, что при скрещивании двух особей, различающихся по одной паре альтернативных признаков, гибриды первого поколения оказываются единообразными, проявляя лишь один признак. Например, при скрещивании двух сортов гороха с желтыми и зелеными семенами в первом поколении гибридов все семена имеют желтую окраску. Этот признак, проявляющийся в первом поколении гибридов, называется доминантным. Второй признак (зеленая окраска), называется рецессивным и в первом поколении гибридов подавляется.

Второй закон Менделя - закон расщепления - гласит, что при скрещивании гибридов первого поколения их потомство (второе поколение гибридов) дает расщепление по анализируемому признаку в отношении 3:1 по фенотипу, 1:2:1 по генотипу, или Аа + Аа = АА + 2Аа + аа. В этом же примере скрещивания двух сортов гороха с желтыми и зелеными семенами во втором поколении гибридов произойдет расщепление: появятся растения с зелеными семенами (рецессивный признак), однако количество зеленых семян будет в три раза меньше количества желтых (доминантный признак).

Третий закон Менделя - закон независимого комбинирования признаков - утверждает, что при скрещивании организмов, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях. Так, при дигибридном скрещивании двух сортов гороха с желтыми гладкими и зелеными морщинистыми семенами во втором поколении гибридов по внешним признакам выявляются четыре группы особей (желтые гладкие семена, желтые морщинистые, зеленые гладкие, зеленые морщинистые) в количественном соотношении - 9:3:3:1.

Хромосомная теория наследственности. Третий закон Менделя действует не во всех случаях. Поэтому важным этапом в развитии генетики явилось создание в начале XX в. американским ученым Г. Морганом хромосомной теории наследственности. Наблюдая деление клеток, Морган пришел к выводу, что основная роль в передаче наследственной информации принадлежит хромосомам клеточного ядра. Американскому ученому удалось выявить закономерности наследования признаков, гены которых находятся в одной хромосоме, - они наследуются совместно. Это называется сцеплением генов, или законом Моргана. Морган логично заключил, что у любого организма признаков много, а число хромосом невелико. Следовательно, в каждой хромосоме должно находиться много генов.

Каждая хромосома состоит их центральной нити, именуемой хромонемой, вдоль которой расположены структуры - хромомеры. Хромосомы приобретают такой вид только во время деления клетки, в другое же время они имеют вид тонких темноокрашенных нитей. В каждой клетке любого организма данного вида содержится определенное число хромосом, но их количество у каждого вида различно. Например, у плодовой мушки дрозофилы их 8, у садового гороха - 14, у жабы - 22, у крысы - 42, у утки - 80, а у микроскопического морского животного радиолярии - 1600. Геном человека состоит из 46 хромосом. У других видов животных количество хромосом может быть различным, но определенным и постоянным для данного вида. Хромосомы всегда парны, т.е. в клетке всегда имеется по две хромосомы каждого вида. Так, у человека имеется 23 пары хромосом. Пары отличаются друг от друга по длине, форме и наличию утолщений и перетяжек.

Ответила генетика также и на вопрос о происхождении половых различий. Так, у человека из 23 пар хромосом 22 пары одинаковы как у мужского, так и у женского организмов, а одна пара - различна. Именно благодаря этой паре обусловлены половые различия, поэтому ее называют половыми хромосомами, в отличие от одинаковых хромосом, названных аутосомами. Половые хромосомы у женщин одинаковы, их называют Х-хромосомами. У мужчин половые хромосомы разные - одна Х-хромосома и одна У-хромосома. Для каждого человека решающую роль в определении пола играет У-хромосома. Если яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом, несущим Х-хромосому, развивается женский организм, если же в яйцеклетку проникает сперматозоид, содержащий У-хромосому, развивается мужской организм.

Следующий важный этап в развитии генетики начался в 1930-е гг. и связан с открытием роли ДНК в передаче наследственной информации. Началось раскрытие генетических закономерностей на молекулярном уровне, зародилась новая дисциплина - молекулярная генетика. Тогда же в ходе исследований было установлено, что основная функция генов состоит в кодировании синтеза белков. Затем, в 1950 г. С. Бензером была установлена тонкая структура генов, был открыт молекулярный механизм функционирования генетического кода, понят язык, на котором записана генетическая информация. Для этого используются четыре азотистых основания (аденин, тимин, гуанин и цитозин), пятиатомный сахар и остаток фосфорной кислоты. И, наконец, был расшифрован механизм репликации (передачи наследственной информации) ДНК. Известно, что последовательность оснований в одной нити в точности предопределяет последовательность оснований в другой - это так называемый принцип комплиментарности, действующий по типу матрицы.

При размножении две спирали старой молекулы ДНК расходятся, и каждая становится матрицей для воспроизводства новых нитей ДНК. Каждая из двух дочерних молекул обязательно включает в себя одну старую полинуклеотидную цепь и одну новую. Удвоение молекул ДНК происходит с удивительной точностью, чему способствует двухцепочное строение молекулы - новая молекула абсолютно идентична старой. В этом заключается глубокий смысл, потому что нарушение структуры ДНК, приводящее к искажению генетического кода, сделало бы невозможным сохранение и передачу по наследству генетической информации, обеспечивающей развитие присущих организму признаков. Спусковым механизмом репликации является наличие особого фермента - ДНК-полимеразы.

Генетика об изменчивости. Генетические механизмы наследственности тесно связаны с генетическими механизмами изменчивости, т.е. со способностью живых организмов приобретать новые признаки и свойства в процессе взаимодействия организма с окружающей средой. Изменчивость является основой для естественного отбора и эволюции организмов.

По механизмам возникновения и характеру изменений признаков генетика различает две основные формы изменчивости: 1) наследственную (генотип ич ее кую) и 2) ненаследственную (фенотипическую), или модификационную изменчивость. Модификационная изменчивость зависит от конкретных условий среды, в которой существует отдельный организм, и дает возможность приспособиться к этим условиям, но в пределах нормы реакции. Так, европеец, долго живущий в Африке, приобретет сильный загар, но цвет его кожи все-таки не будет таким, как у коренных обитателей этого континента. Данные изменения не наследуются.

Изменчивость, связанная с изменением генотипа, называется генотипической изменчивостью.

Генетическая изменчивость передается по наследству и подразделяется на комбинативную и мутационную.

Наиболее ярко наследственная изменчивость проявляется в мутациях - перестройках наследственного основания, генотипа организма. Мутационная изменчивость - это скачкообразное и устойчивое изменение генетического материала, передающееся по наследству. Хотя процесс репликации ДНК и деления клеток обычно идет чрезвычайно точно, иногда, примерно один раз на тысячу или миллион случаев, этот процесс нарушается, и тогда хромосомы новой Клетки отличаются от тех, которые были в старой. Таким образом, мутация возникает вследствие изменения структуры генов или xpoмосомы и служит единственным источником генетического разнообразия. Существуют разные типы генных и хромосомных мутаций.

Факторы, способные вызывать мутации, называются мутагенами. Они подразделяются на физические (различные виды излучений, высокие или низкие температуры), химические (некоторые лекарства и др.) и биологические (вирусы, бактерии). По значимости для организма мутации подразделяются на отрицательные - летальные (несовместимые с жизнью), полулетальные (снижающие жизнеспособность организма), нейтральные и положительные (повышающие приспособляемость и жизнестойкость организма). Положительные мутации встречаются крайне редко, но именно они лежат в основе прогрессивной эволюции.

Комбинативная изменчивость связана с получением новых комбинаций генов, имеющихся в генотипе. Сами гены при этом не изменяются, но возникают их новые сочетания, что приводит к появлению организмов с другим генотипом и, следовательно, фенотипом. Опыты Менделя по дигибридному скрещиванию являются примером проявления изменчивости, обусловленной пере комбинацией генов, т.е. комбинативной изменчивости. Еще одним примером такой изменчивости является генетическая рекомбинация, которая происходит при половом размножении. Именно поэтому дети похожи на своих родителей, но не являются их точной копией. Кроме того, рекомбинация может происходить за счет включения в геном клетки новых, привнесенных извне генетических элементов - мигрирующих генетических элементов. В последнее время было установлено, что даже само их внедрение в клетку дает мощный толчок к множественным мутациям.

Такой толчок могут давать вирусы - одни из наиболее опасных мутагенов. Вирусы - это мельчайшие из живых существ. Они не имеют клеточного строения, не способны сами синтезировать белок, поэтому получают необходимые для их жизнедеятельности вещества, проникая в живую клетку и используя чужие органические вещества и энергию. У человека, как и у растений, и у животных, вирусы вызывают множество заболеваний.

Хотя мутации - главные поставщики эволюционного материала, однако они относятся к изменениям случайным, подчиняющимся вероятностным, или статистическим, законам. Поэтому они не могут служить определяющим фактором эволюционного процесса. Правда, некоторые ученые рассматривают мутации в качестве основного эволюционного фактора, забывая при этом, что в таком случае необходимо признать изначальную полезность и пригодность абсолютно всех возникающих случайных изменений. А это противоречит наблюдениям в природе и экспериментам в селекции.

В действительности, кроме отбора - естественного или искусственного, не существует никакого другого средства регулирования наследственной изменчивости. Только отбор со стороны природы или человека может сохранить случайно появившиеся изменения, оказавшиеся полезными в определенных условиях, и использовать их для дальнейшей эволюции.

Тем не менее, идея о ведущей роли мутаций в эволюционном процессе легла в основу теории нейтральных мутаций, созданной в 70-80-е гг. XX в. японскими учеными М. Кимурой и Т. Ота. Согласно этой теории изменения в функциях белоксинтезирующего аппарата являются результатом случайных, нейтральных по своим эволюционным последствиям мутаций. Их истинная роль - провоцировать генетический дрейф - изменение частоты генов в популяции под действием совершенно случайных факторов. На этой основе была провозглашена нейтралистская концепция недарвиновской эволюции, сущность которой заключается в идее, что на молекулярно-генетическом уровне естественный отбор не работает. И хотя эти представления не являются общепринятыми среди биологов, очевидно, что непосредственной ареной действия естественного отбора является фенотип, т.е. живой организм, онтогенетический уровень организации жизни.

5. Синтетическая теория эволюции. Рассматривая основные факторы эволюции, нетрудно убедиться, что исходные идеи теории эволюции Дарвина в дальнейшем подверглись значительным уточнениям, дополнениям и исправлениям. Особую роль в становлении новых представлений о развитии сыграла генетика, которая составила основу неодарвинизма - теории органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически. Другое общепринятое название неодарвинизма - синтетическая (основанная на данных многих областей естествознания), или общая, теория эволюции (СТЭ). Синтетическая теория эволюции представляет собой синтез основных эволюционных идей Дарвина и, прежде всего, естественного отбора с новыми результатами исследований в области наследственности и изменчивости.

Началом разработки синтетической теории эволюции принято считать работы русского генетика С.С. Четверикова по популяционной генетике, затем к этой работе подключились около 50 ученых из восьми стран. В их работах было показано, что отбору подвергаются не отдельные признаки или особи, а генотип всей популяции, однако осуществляется он через фенотипические признаки отдельных особей. Это приводит к распространению полезных изменений во всей популяции. Полезность изменчивости будет определяться естественным отбором группы особей, наиболее приспособленных к жизни в определенных условиях. Таким образом, элементарной единицей эволюции считается уже не особь (как считал Ламарк), не вид (как считал Дарвин), а совокупность особей одного вида, способных скрещиваться между собой, т.е. популяция.

Мутировавший ген создает у особи новый признак, который в случае полезности для популяции закрепляется в ней. Эффективность процесса определяется частотой возникновения в популяции признака и состоянием особей в популяции.

Существенный вклад в становление СТЭ внес российский ученый Н.В. Тимофеев-Ресовский. Он сформулировал положение об элементарных явлениях и факторах эволюции. По его мнению:

• элементарной эволюционной структурой является популяция;

• элементарным эволюционным явлением является изменение генотипического состава популяции;

• элементарным наследственным материалом является генофонд популяции;

• элементарными эволюционными факторами являются мутационный процесс, «волны жизни», изоляция и естественный отбор.

Основные факторы эволюции СТЭ. Дарвин и его последователи к основным факторам эволюции относили изменчивость, наследственность и естественный отбор. В настоящее время к ним добавляют множество других дополнительных, неосновных факторов, которые, тем не менее, оказывают влияние на эволюционный процесс, а сами основные факторы по­нимаются теперь по-новому.

Ведущие факторы эволюции. К ведущим факторам эволюции в настоящее время относят мутационные процессы, популяционные волны численности, изоляцию и естественный отбор.

Поскольку мутации возникают случайно, постольку их результат становится неопределенным, однако случайное изменение становится необходимым, когда оно оказывается полезным для организма, помогает ему выжить в борьбе за существование. Закрепляясь и повторяясь в ряде поколений, случайные изменения вызывают перестройку в структуре живых организмов и их популяций и таким образом приводят к возникновению новых видов. Популяции, насыщенные мутациями, обладают широкими возможностями для совершенствования существующих и выработки новых приспособлений в изменяющихся условиях среды. Однако сам мутационный процесс без участия других факторов эволюции не может направлять изменение природной популяции. Он является лишь поставщиком элементарного эволюционного материала.

Популяционными волнами называют колебания численности особей в популяции. Причины этих колебаний могут быть различными. Например, резкое сокращение численности популяции может произойти вследствие истощения кормовых ресурсов. Среди оставшихся в живых немногочисленных особей могут оказаться редкие генотипы. Если в дальнейшем численность восстановится за счет этих особей, то это приведет к случайному изменению частот генов в генофонде данной популяции. Таким образом, популяционные волны являются поставщиком эволюционного материала.

В качестве третьего основного фактора эволюции СТЭ признает обособленность (изоляцию) группы организмов. На эту особенность указывал еще Дарвин, который считал, что для образования нового вида определенная группа старого вида должна обособиться, но он не мог объяснить необходимость этого требования с точки зрения наследственности. В настоящее время установлено, что обособление и изоляция определенной группы организмов необходимы для того, чтобы она не могла скрещиваться с другими видами и тем самым передавать им и получать от них генетическую информацию. Изоляция разных групп организмов в природе, а также в практике селекционной работы осуществляется разными способами, но цель их одна - исключить обмен генетической информацией с другими видами.

Направляющий фактор СТЭ - естественный отбор. Однако в настоящее время представления о естественном отборе дополнились новыми фактами, значительно расширились и углубились. Естественный отбор следует понимать как избирательное выживание и возможность оставления потомства отдельными особями. Биологическое значение особи, давшей потомство, определяется ее вкла­дом в генофонд популяции. Отбор действует в популяции, его объектами являются фенотипы отдельных особей. Фенотип организма формируется на основе реализации информации генотипа в определенных условиях среды. Таким образом, отбор из поколения в поколение по фенотипам ведет к отбору генотипов, так как потомкам передаются не признаки, а генные комплексы.

В СТЭ различают три основные формы естественного отбора: 1) стабилизирующий, 2) движущий и 3) дизруптивный.

Стабилизирующий отбор способствует сохранению признаков вида в относительно постоянных условиях среды. Он поддерживает средние значения, выбраковывая мутационные отклонения от ранее сформировавшейся нормы. Стабилизирующая форма отбора действует до тех пор, пока сохраняются условия, повлекшие образование того или иного признака или свойства. Примером стабилизирующего отбора является избирательная гибель домовых воробьев при благоприятных погодных условиях. У выживших птиц различные признаки оказываются близкими к средним значением. Среди погибших эти признаки сильно варьировались. Примером действия этой формы отбора в популяциях людей служит большая выживаемость детей со средней массой.

Движущий отбор благоприятствует изменению среднего значения признака в измененных условиях среды. Он обусловливает постоянное преобразование приспособлений видов соответственно изменениям условий существования. Особи популяции имеют некоторые отличия по генотипу и фенотипу. При длительном изменении внешней среды, преимущественно в жизнедеятельности и размножении, может появиться часть особей вида с некоторыми отклонениями от средней нормы. Это приведет к изменению генетической структуры, возникновению эволюционно новых приспособлений и перестройке организации вида. Одним из примеров этой формы отбора является потемнение окраски бабочки березовой пяденицы в развитых индустриальных районах Англии. В сельскохозяйственных районах распространены светлоокрашенные формы, а вблизи промышленных центров кора деревьев становится темной из-за исчезновения лишайников, поэтому там преобладает форма темноокрашенньгх бабочек.

Дизруптивный отбор действует в разнообразных условиях среды, встречающихся на одной территории, и поддерживает несколько фенотипически различных форм за счет особей со средней нормой. Если условия среды настолько изменились, что основная масса вида утрачивает приспособленность, то преимущество приобретают особи с крайними отклонениями от средней нормы. Такие формы быстро размножаются, и на основе одной группы формируется несколько новых. Основной результат этого отбора заключается в наличии нескольких, различающихся по какому-либо признаку групп, как бы разрывающих популяцию.

Следует отметить, что перечисленные типы отбора очень редко встречаются в чистом виде. Как правило, в живой природе наблюдаются сложные, комплексные типы отбора, и необходимы особые усилия, чтобы выделить из них более простые типы.

Концепции микро- и макроэволюции. Важной составной частью синтетической теории эволюции являются концепции микро- и макроэволюции.

Под микроэволюцией понимают совокупность эволюционных процессов, протекающих в популяциях, приводящих к изменениям генофонда этих популяций и образованию новых видов.

Считается, что микроэволюция протекает на основе мутационной изменчивости под контролем естественного отбора. Мутации служат единственным источником появления качественно новых признаков, а естественный отбор - единственным творческим фактором микроэволюции, направляющим элементарные эволюционные изменения по пути формирования адаптации организмов к изменяющимся условиям внешней среды. На характер процессов микроэволюции оказывают влияние колебания численности популяций («волны жизни»), обмен генетической информацией между ними, их изоляция и дрейф генов. Микроэволюция ведет либо к изменению всего генофонда биологического вида как целого, либо к их обособлению от родительского вида в качестве новых форм.

Под макроэволюцией понимают эволюционные преобразования, ведущие к формированию таксонов более высокого ранга, чем вид (родов, отрядов, классов).

Считается, что макроэволюция не имеет специфических механизмов и осуществляется только посредством процессов микроэволюции, будучи их интегрированным выражением. Накапливаясь, микроэволюционные процессы выражаются внешне в макроэволюционных явлениях, т.е. макроэволюция представляет собой обобщенную картину эволюционных изменений. Поэтому на уровне макроэволюции обнаруживаются общие тенденции, направления и закономерности эволюции живой природы, которые не поддаются наблюдению на уровне микроэволюции.

Основные положения СТЭ. Исходя из сказанного выше, основные положения синтетической теории эволюции сводятся к четырем утверждениям:

1) главным фактором эволюции является естественный отбор, интегрирующий и регулирующий действие всех остальных факторов (мутагенеза, гибридизации, миграции, изоляции и др.);

2) эволюция протекает дивергентно, постепенно, посредством отбора случайных мутаций, а новые формы образуются через наследственные изменения;

3) эволюционные изменения случайны и ненаправленны; исходным материалом для них являются мутации; исходные организации популяции и изменения внешних условий ограничивают и направляют наследственные изменения;

4) макроэволюция, ведущая к образованию надвидовых групп, осуществляется только посредством процессов микроэволюции, и каких-либо специфических механизмов возникновения новых форм жизни не существует.

Синтетическая теория эволюции не является застывшей и завершенной концепцией. У нее есть ряд трудностей, на которых основываются недарвиновские концепции эволюции, как уже упоминавшиеся выше, так и недавно возникшие. Так, она допускает возможность изменения геномов организмов в результате мутаций. Но геном любого организма содержит огромное количество нуклеотидов, поэтому мутации не могут повлиять на него так, чтобы получился другой геном. Скорее всего, изменение генома одной клетки или нескольких клеток приведет к рассогласованию в поведении клеток, и популяции клеток не сформируется.

По мнению ряда ученых, приспособленность организмов, естественный отбор и мутации действуют в живой природе, но они не работают в тех масштабах, которые необходимы для образования новых форм.

Так, недавно возникла еще одна концепция недарвиновской эволюции - пунктуализм. Его сторонники считают, что процесс эволюции идет путем редких и быстрых скачков, а в 99% своего времени вид пребывает в стабильном состоянии - стазисе. В предельных случаях скачок к новому виду может совершиться в популяции, состоящей всего из десятка особей, в течение одного или нескольких поколений. Эта гипотеза опирается на широкую генетическую базу, заложенную рядом фундаментальных открытий в молекулярной генетике и биохимии. Пунктуализм отверг генетико-популяционную модель видообразования, идею Дарвина о разновидностях и подвидах как зарождающихся видах и сфокусировал свое внимание на молекулярной генетике особи как носителе всех свойств вида. Ценность этой концепции заключается в идее разобщенности микро- и макроэволюции и независимости управляемых ими факторов.

Возможно, в будущем СТЭ и недарвиновские концепции эволюции, дополняя друг друга, объединятся в новую единую теорию жизни и развития живой природы.

Тема 13: Человек как предмет естествознания.

1. Концепции происхождения человека.

2. Сходство и отличия человека и животных.

3. Сущность человека.

4. Этология о поведении человека.

1. Концепции происхождения человека. Вопрос о собственном происхождении постоянно привлекал к себе внимание людей, поскольку для человека познание самого себя не менее важно, чем познание окружающего мира. Попытки понять и объяснить свое происхождение предпринимались философами, теологами, учеными - представителями естественных (антропология, биология, физиология), гуманитарных (история, психология, социология) и технических (кибернетика, бионика, генная инженерия) наук. В связи с этим существует довольно большое количество концепций, объясняющих природу и сущность человека. Большинство из них рассматривает человека как сложную целостную систему, объединяющую в себе биологические и социальные компоненты.

Центральное место в комплексе естественно-научных дисциплин, изучающих человека, занимает антропология - общее учение о происхождении и эволюции человека, образовании человеческих рас и вариациях физического' строения человека. Современная антропология рассматривает антропогенез - процесс происхождения человека - как продолжение биогенеза. Основными вопросами антропологии являются вопросы о месте и времени появления человека, основных этапах его эволюции, движущих силах и детерминирующих факторах развития, соотношении антропогенеза и социогенеза. По мере становления и развития антропологической науки на все эти вопросы пытались дать ответы пять основных концепций антропогенеза:

1) креационистская концепция - человек сотворен Богом или мировым разумом;

2) биологическая концепция - человек произошел от общих с обезьянами предков путем накопления биологических изменений;

3) трудовая концепция - в появлении человека решающую роль сыграл труд, превративший обезьяноподобных предков в людей;

4) мутационная концепция - приматы превратились в человека вследствие мутаций и иных аномалий в природе;

5) космическая концепция - человек как потомок или творение инопланетян, в силу каких-то причин попавших на Землю.

Креационистская концепция. Первоначальные представления о происхождении человека в результате сотворения Богом или Мировым Разумом нашли свое отражение в древних мифах. Позже появились различные версии религиозного характера. В зависимости от уровня развития религии можно выделить несколько вариантов ответов на этот вопрос.

Так, у бесписьменных народов, обычно обладающих развитыми тотемистическими мифами, рассказывается о том, как тотемный предок (им обычно является какое-то животное или реже - растение либо неодушевленный предмет) превратился в первого человека и дал начало их роду. Например, у австралийцев, считающих себя потомками ящерицы, говорится, как их тотемный предок пришел с севера и нашел там самозародившиеся беспомощные человеческие зародыши со склеенными пальцами и зубами, закрытыми ушами и глазами. Он каменным ножом отделил эти зародыши друг от друга, открыл им глаза и уши, научил добывать огонь, готовить пищу, дал им оружие, обряды и обычаи.

В языческих религиях, которые основаны на вере во множество богов, олицетворяющих силы природы, человек считается творением этих богов. Так, древние шумеры считали, что первые люди были созданы богами из глины, чтобы те служили им. Иногда люди могли быть прямыми потомками богов. Так, древние греки возводили родословную многих своих героев к олимпийским богам, чаще всего к Зевсу и низшим женским богосуществам (наядам, дриадам и т.д.).

В монотеистических религиях, таких, как христианство или ислам, существует лишь единый Бог, который считается творцом мира и человека.

Так, в Библии, священной книге христиан, рассказывается, что на шестой день творения Бог сотворил человека по своему образу и подобию, чтобы тот владел всей Землей. Он сделал Адама из праха земного и вдохнул в него дыхание жизни. Затем из ребра Адама он создал Еву.

Коран повествует о том, как Аллах создал человека из эссенции глины, превратил ее в каплю, создал из нее сгусток крови, затем кусок мяса и кости, после этого он облек кости мясом и вырастил человека в другом творении. Независимо от конкретной версии (христианство, иудаизм, ислам и др.) сущность религиозного ответа на вопрос о происхождении человека остается единой: человек есть творение Бога, а конкретные процессы, сопровождавшие и составляющие божественный акт творения, - тайна. Подобные утверждения могут являться лишь предметом веры, но не научного доказательства.

Креационизм как концепция антропогенеза оставлял нерешенным множество вопросов. Некоторые ставшие известными факты не укладывались в религиозную картину мира, в частности обнаружение останков существ, имеющих сходство с человеком, но не являющихся людьми. Кроме того, были найдены древнейшие каменные орудия труда, изготовленные тогда, когда с точки зрения священных книг человека еще не было, так что оказалось неясно, кто их создал. И, наконец, создание теории эволюции поставило вопрос о правомерности утверждения о том, что человек не должен подчиняться общим закономерностям развития живой природы.

Поэтому с момента возникновения науки ученые и философы начали искать иные объяснения происхождению человека. И далеко не все из них согласны с эволюционной теорией. Так, Аристотель говорил о целевых причинах, заложенных во все предметы и явления мира, в том числе и в живые организмы. Наличие таких изначально заложенных целей заставляет их развиваться и усложняться. В ходе этого процесса и появился человек.

В Новое время появилась идея о Мировом Разуме, вызвавшем появление человека. В наши дни такая точка зрения получила некоторые основания для своего существования. Ученый Ж. Моно подсчитал, что появление генома человека, сложность которого оценивается числом 10¹⁰⁰⁰, требовало бы в эволюции живого случайного перебора вариантов, равного 10⁹⁰⁰ на одну особь. Такие числа просто не реальны, поэтому Моно заявил об уникальности как жизни, так и человека, об их возникновении вопреки ходу природы. Концепция номогенеза, о которой мы говорили выше, тоже подчеркивает целенаправленность как изначальное свойство жизни. Берг, автор концепции номогенеза, считал, что появление человека было предопределено этой целесообразностью. Поэтому довольно большая часть людей в мире продолжает придерживаться креационистской точки зрения на происхождение человека, хотя как научная концепция она сегодня не пользуется популярностью.

Космическая концепция. На основе анализа исторических документов и изучения необычных природных объектов выдвигается тезис о возможном посещении Земли представителями внеземных цивилизаций (палеовизит). Сторонники космической концепции исходят из того, что появление человека на Земле - результат вмешательства инопланетян. Это могло быть или осуществлением заранее намеченной пели - распространение разума на подходящих планетах, или результатом несчастного случая - аварии космического корабля инопланетян, заставившей их остаться на Земле, и их последующего одичания. Предполагается, что «космические пришельцы» способствовали созданию как мужской, так и женской особей и тем самым дали толчок становлению и развитию человечества.

По степени доказательности данная точка зрения ближе всего стоит к концепции креационизма. Возникла она в 60-е гг. XX в. под влиянием успехов космонавтики и растущей популярности научно-фантастической литературы. Наиболее подробно космическая концепция была изложена Э. фон Дэникеном в книге «Воспоминания о будущем». По его мнению, несколько миллионов лет назад посланцы внеземной цивилизации посетили нашу планету и, руководствуясь своими целями, внесли изменения в генетический аппарат гоминид, вызвав таким образом появление человека. Позже они еще несколько раз посещали нашу планету, чтобы проконтролировать и помочь своим питомцам. Для доказательства этой точки зрения в книге приводится множество свидетельств палеоконтактов.

Эти идеи пользуются большой популярностью у авторов научно-фантастического жанра. Но, к сожалению, аргументы, используемые для доказательства космической концепции, очень зыбки и легко опровергаемы, поэтому серьезных доказательств в пользу данной концепции нет.

Биологическая концепция. Предпосылки к формированию биологической концепции появились в эпоху Великих географических открытий, сделавших доступными для наблюдений и исследований практически весь мир. Начиная с XV в., европейцы узнали о существовании множества разных стран и народов, совсем не похожих на них, имевших совершенно другие традиции и обычаи. Многие из этих народов находились на уровне каменного века. Вначале господствовало убеждение, что народы отличаются по уровню своего развития, потому что такими их создал Бог.

Но с начала XIX в. в естествознание начинает проникать идея всеобщей связи и развития, которая в антропологии трансформировалась в представление о том, что народы могут находиться на разных ступенях общественного прогресса. Основная заслуга в этом принадлежит Э. Тайлору, который в середине XIX в. разработал основные положения классического эволюционизма - теории, утверждающей единство человеческого рода, развивающегося по единым законам. Тогда же были высказаны предположения о том, что разные народы движутся по ступеням общественного развития с разной скоростью, но путь, который им предстоит пройти, у всех один. Так в науке была сформулирована принципиальная возможность изучения древней истории современных народов через исследование сохранившихся бесписьменных народов.

Параллельно с этими исследованиями появились и первые научные представления о происхождении человека как закономерном результате эволюции животного мира Земли. Подтверждениями длительного эволюционного развития человека, свидетельством того, что он далеко не всегда был цивилизованным, стали находки каменных орудий труда, созданных первобытными людьми. Впервые эти идеи были высказаны К. Линнеем, который в своей «Системе природы» отнес человека к животному миру и отвел ему место рядом с человекообразными обезьянами. Во второй половине XVIII в. естествоиспытатели Ж. Бюффон и П. Кампер показали глубокое сходство в строении основных органов человека и животных, прежде всего высших обезьян, заложив таким образом основы научной приматологии. Это позволило поставить на новый, более высокий уровень вопрос о границах между человеком и высшими приматами. В первой половине XIX в. ученые накопили материал, достаточный для разработки научной теории антропосоциогенеза. Среди сделанных открытий особое место занимают исследования французского археолога Буше де Перта, который собрал множество каменных орудий труда, принадлежавших первобытному человеку. Его открытия отодвинули время появления человека с библейских шести тысяч лет далеко в прошлое. Несмотря на развернутую консервативными кругами обструкцию этих открытий, в середине XIX в. они были признаны, а археологи стали использовать термины «палеолит» и «неолит».

К этому времени в науке сложились теоретические предпосылки появления теории антропосоциогенеза. В частности, этому способствовало проникновение идей эволюционизма в биологию. Но, признавая эволюцию органического мира, даже самые смелые естествоиспытатели не решались поставить человека в один ряд с животными и растениями. Так, Ламарк, автор первой эволюционной концепции, опубликованной в 1809 г., высказал предположение о возможном происхождении человека от шимпанзе, но не счел возможным развить его дальше. Он предпочел ограничиться замечанием, что человек происходит не только от животных.

Семиальная концепция антропогенеза. Решающий, подлинно революционный шаг был сделан  Ч. Дарвином,  который в  1871 г. опубликовал свою книгу «Происхождение человека и половой отбор». В ней на громадном фактическом материале Дарвин обосновал два очень важных положения:

• человек произошел от животных предков;

• человек состоит в родстве с современными человекообразными обезьянами, которые вместе с человеком произошли более древней исходной формы.

Так возникла симиальная (обезьянья) концепция антропогенеза, согласно которой человек и современные антропоиды произошли от общего предка, жившего в отдаленную геологическую эпоху и представлявшего собой ископаемое африканское обезьяноподобное существо. С этого момента место божественного творения в науке заняла эволюция живой природы, протекающая на основе наследственной изменчивости, естественного отбора и борьбы за существование.

Книга Дарвина вызвала широкий резонанс, на нее обрушилась критика со стороны церкви и консервативно настроенных ученых. Но его идеи проникли в науку и заняли в ней господствующее место, утвердив материалистический взгляд на проблему происхождения человека.

В последарвиновский период развития биологии его взгляды были подтверждены многочисленными открытиями, прежде всего, в области палеонтологии. Так, сам Дарвин делал выводы о родстве человека и высших обезьян только на основании косвенных выводов, исходя из сходства строения современного человека и современных антропоидов. Палеонтологам удалось найти некоторые промежуточные формы между современным человеком и обезьяноподобными предками (питекантропы, синантропы, неандертальцы и, наконец, ископаемые люди современного типа - кроманьонцы).

Во второй половине XX в. с помощью биохимии, физиологии, иммунологии и генетики удалось получить и другие доказательства, подтверждающие родство человека с животным миром нашей планеты. Прямым доказательством родства человека и обезьян стали останки ископаемых существ - как общих предков человека и человекообразных обезьян, так и промежуточных форм между обезьяньим предком и современным человеком. Первые открытия такого рода произошли в 1924 г. в Южной Африке, а затем в 1959 г. - в Восточной Африке. Современные антропоиды, к которым относятся ныне существующие человекообразные обезьяны: шимпанзе, горилла, орангутанг и гиббон - представляют собой боковые ветви «родственников» человека, они тоже произошли от вымерших обезьян. Из современных приматов ближе всего к человеку стоит шимпанзе.

Согласно последним палеонтологическим данным процесс формирования современного человека начался, когда от примитивной группы древних насекомоядных млекопитающих около 35 млн. лет назад обособилась группа животных, давшая впоследствии начало приматам. Из ныне живущих форм к ним наиболее близки тупайи - низшие из современных приматов. От предков современных тупай отделилась ветвь, давшая предков современных человекообразных обезьян - парапитеков (небольших животных, ведших древесный образ жизни и питавшихся растениями и насекомыми). Их челюсти и зубы были подобны челюстям и зубам человекообразных обезьян. В дальнейшем парапитеки дали начало современным гиббонам и орангутангам, а также вымершей ветви древнейших обезьян - дриопитекам, которые появились 17-18 млн. лет назад и вымерли около 8 млн. лет назад.

Антропологи предполагают, что популяции дриопитеков расселились по разным местам обитания: предковые формы современных человекообразных обезьян - в дождевые тропические леса, где они передвигались, главным образом, цепляясь руками за ветки и раскачиваясь, а другие - на открытые пространства, где они были вынуждены вставать на задние конечности, чтобы лучше рассмотреть местность. Со временем, попав под влияние естественного отбора, такое положение из случайного, вынужденного перешло в необходимое. За более чем 10 млн. лет обитания в тропических лесах у дриопитеков сформировались передние конечности, приспособленные к добыванию пищи, большой головной мозг с высоким развитием двигательных отделов, бинокулярное зрение и др.

В результате того, что 7-8 млн. лет назад климат в Южной Африке стал суше и холоднее, дриопитеки вынуждены были перейти к наземному образу жизни. В отличие от узконосых обезьян, передвигавшихся по земле на четырех конечностях, дриопитеки освоили прямохождение и дали начало австралопитекам (буквально «южным обезьянам», поскольку их останкм найдены в Южной Африке).

Итак, появление высших обезьян, давших начало обезьяньим предкам человека, произошло около 20 млн. лет назад. Судя по всему, в то время существовало около 20 родов и 30 видов антропоидов. Большинство из них вымерло, а переход к человеку осуществил лишь один вид. Древнейший предок человека и высших обезьян, известный науке, - рамапитек - жил на территории от Индии до Африки примерно 14 млн. лет назад. Около 10 млн. лет назад от него отделился предок орангутанга - сивапитек. Он остался в Азии, где и сейчас живут его потомки. А общий предок гориллы, шимпанзе и человека, по-видимому, укоренился на Африканском континенте. Там же найдены останки австралопитека, возраст древнейших из них оценивается в 5,5 млн. лет. Появление австралопитека стало первой стадией эволюции человека.

Антропологи считают, что австралопитеки занимали промежуточное положение между современными человекообразными обезьянами и человеком. Их мнение основывается на том, что общая масса австралопитека не превышала 50 кг, а средняя масса головного мозга - 500 г. Выжить в борьбе с более мощными хищниками австралопитекам помогали стадный образ жизни, использование в качестве орудий труда естественных предметов (камней, палок, костей), сочетание растительной пищи с животной, которая постепенно в их рационе становилась основной. Исходя из этих особенностей их жизни, австралопитеков называют обезьянолюдьми, и в качестве таковых они выделились около 5 млн. лет назад.

Около 2 млн. лет назад среди австралопитеков появился зинджантроп - человек умелый, который обладал такими признаками, как прямохождение, заметная развитость кистей рук, а также умением применять и изготавливать каменные орудия труда. У людей этого вида объем мозга достигал 650 см³. Они применяли при добывании пищи грубо обработанные камни, сооружали простейшие жилища, но еще не умели пользоваться огнем. Тем не менее эти преимущества позволяли древнейшим людям вытеснять более примитивных австралопитеков, охотиться на них и даже поедать.

Примерно 1,5 млн. лет назад на смену человеку умелому пришел человек прямоходящий (Homo erectus), который расселился довольно широко на планете. Местами его обитания стали Африка, Средиземноморье, Южная, Центральная и Юго-Восточная Азия. Масса мозга человека прямоходящего составляла примерно 750 г, что, по современным данным, является критерием отделения человекообразных обезьян от людей и появления зачатков речи.

Стадиальная концепция антропогенеза. Дальнейшее развитие человека являло собой ряд последовательно сменявших друг Друга типов, отличавшихся специфичными морфологическими чертами, уровнем материальной культуры, особенностями поведения, сознания, речи и т.д. Оно описывается стадиальной концепцией.

В разработку стадиальной концепции большой вклад внесли российские антропологи, выделившие четыре стадии антропогенеза:

1) австралопитеки - предшественники человека;

2) прогрессивные австралопитеки, архантропы, среди которых были питекантропы, синантропы и т.д. - древнейшие люди;

3) палеоантропы (неандертальцы) - древние люди;

4) неоантропы (кроманьонцы) - ископаемые люди современного анатомического типа.

Считается, что древнейшие люди появились около 1 млн. лет назад. Их было несколько типов - питекантропы, синантропы, гейдельбергский человек (названия даны по месту находок их останков). Они занимались охотой, использовали каменные ножи и жили в пещерах. Масса мозга древнейших людей составляла 800-1000 г, а рост - 170 см. Люди этого типа ходили прямо, не опираясь руками о землю. Вероятно, они умели искусственно получать огонь для приготовления пищи и обогрева.

В 1856 г. в долине реки Неандерталь (около современного Дюссельдорфа) были найдены останки людей, названных неандертальцами. По мнению палеонтологов, люди этого типа появились около 200 тыс. лет назад и по своим физическим и умственным данным представляли весьма неоднородную группу. Они обладали зачатками членораздельной речи, имели рост от 155 до 165 см и массу мозга до 1500 г. Неандертальцы изготовляли одежду из шкур животных, жили в пещерах или строили жилища. Около 40-50 тыс. лет назад от более развитых неандертальцев появился человек разумный, длительное время сосуществовавший с ними. Однако неандертальцы оказались тупиковой ветвью в эволюции человека, поскольку примерно 28 тыс. лет назад были вытеснены первыми современными людьми - кроманьонцами.

Кости ископаемых людей современного типа, названных кроманьонцами, впервые были найдены в 1868 г. в пещере Кроманьон во Франции. Их рост достигал 180 см, а объем черепа - 1590 см³. Современных людей и кроманьонцев относят к одному виду - человеку разумному. Обычно считается, что кроманьонцы жили 30-40 тыс. лет назад, но сейчас появляется все больше оснований считать, что они могли жить и на 40 тыс. лет раньше, т.е. возраст современного вида человека удваивается.

Хорошо развитый мозг, общественный характер труда привели к резкому уменьшению зависимости кроманьонца от внешней среды, к появлению абстрактного мышления и попыткам отражения окружающей действительности в художественных образах. Так появились зачатки искусства (наскальные рисунки, резьба по дереву и кости) и первичные формы религии. После этого эволюция человека вышла из-под определяющего влияния биологических факторов и приобрела социальный характер.

Трудовая концепция. Если симиальная концепция отвечает на вопрос о том, кто был предшественником человека, от кого он произошел, то на вопрос о причинах превращения обезьяноподобных предков в человека пытается дать трудовая концепция, суть которой изложена в работе Ф. Энгельса «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека». По словам Энгельса, труд создал человека.

Переломный момент в процессе перехода от обезьяны к человеку был связан с формированием условий, при которых человек мог начать трудиться, развивая при этом свои руки и мозг. Важнейшими шагами в ходе эволюции человека стали прямохождение, а также развитие руки и мозга[40]. Они вызвали перестройку телесной организации ископаемого предка, привели к его очеловечиванию.

Переход к прямохождению был обусловлен сменой древесного образа жизни на наземный в связи с наступлением ледникового периода. Очевидно, что гоминидные предки человека не ушли к экватору, а стали приспосабливаться к новым суровым условиям. При этом предки австралопитеков передвигались по земле в полувертикальном положении, что освобождало их верхние конечности для защиты и охоты.

Поскольку перемещение на двух конечностях сложнее, чем на четырех, и требует быстрого ориентирования, координации тела и работы конечностей, это, в свою очередь, повлекло изменение анатомического строения мозга. Средний объем мозга австралопитека составлял 552 см³, т.е. был таким же, как у современных человекообразных обезьян, но по сложности значительно превосходил их.

Прямохождение высвобождало передние конечности и создавало предпосылки для превращения их в руку - орган трудовой деятельности. Кроме того, изменение положения головы и глаз привело к возрастанию воспринимаемой зрительной информации, что создавало предпосылки для совершенствования форм восприятия действительности в конкретных образах. Эти преимущества обеспечили победу обезьянолюдей в борьбе за существование и позволили им 1,5-2 млн. лет назад широко расселиться по территории Африки, Средиземноморья и Азии.

Эволюция австралопитека протекала в сложных условиях. Спустившись на землю, они не могли быстро бегать, у них не было острых когтей и зубов, а малая плодовитость могла привести к вымиранию всего вида. Поэтому естественный отбор шел в направлении закрепления тех качеств, которые помогали приспособиться к новым условиям жизни. Так, совершенствовалось прямохождение, устойчивость тела и, конечно, развивались верхние конечности. Вначале рука была слабо развита и могла осуществлять лишь самые простые действия. Постепенно в ходе естественного отбора древнейший человек с помощью рук научился использовать камни и дубины, а также кости и зубы убитых животных для защиты и нападения, выкапывания корней и клубней, сдирания шкур со своей добычи и т.д.

Поначалу наши предки применяли названные предметы в качестве орудий труда и оружия необработанными. Но при многократном использовании на камнях и костях могли образоваться сколы, оставляя режущую поверхность, после чего их можно было использовать более эффективно. Поэтому австралопитеки начали обрабатывать орудия труда, сначала спорадически, а затем - постоянно.

Так человеческие предки стали не просто использовать, но и производить орудия труда. В свою очередь, труд обусловил зарождение и развитие социальных отношений,  сознания,  мышления, языка, т.е. окончательно превратил животное в человека. С этого момента можно говорить о величайшем качественном скачке в развитии органического мира, приведшем к появлению человека. Он стал единственным существом на Земле, способным к сознательной целенаправленной деятельности по преобразованию окружающего мира.

Накапливавшийся жизненный опыт в познании природы совершенствовался от поколения к поколению. При этом прежде существовавшие инстинкты - генетически заложенные программы поведения в определенных ситуациях - постепенно отмирали. Поэтому возникла настоятельная необходимость в ином, небиологическом способе хранения и передачи информации, способствующей выживанию вида. Так появилась символическая деятельность - речь, связанная со способностью замещать природные процессы и явления их образами и символами. Это, в свою очередь, повлекло за собой дальнейшее развитие мозга, процесса мышления, легло в основу абстрактного мышления, присущего только человеку.

Однако не следует считать, что с появлением зачаточных форм труда человек перестал подчиняться биологическим факторам эволюции - изменчивости, наследственности и естественному отбору. Еще долго они оставались ведущими в эволюции человека, лишь постепенно уступая свое место социальным факторам - трудовой деятельности, общественному образу жизни, речи и мышлению. Их черед настал лишь после появления человека современного вида, которое произошло совсем недавно - около 40 тыс. лет назад.

Мутационная концепция. Человек выделился из окружающего мира благодаря появлению способности к труду, к сознательной деятельности. Как считает современная наука, возникновение таких необычных способностей у предчеловека должно было опираться на какие-то биологические предпосылки, создавшие возможность качественного скачка. На этой основе возникли предположения о роли полезных мутаций в наследственном аппарате предчеловека, впоследствии закрепленных биологической и социальной эволюцией. Причины появления мутаций такого рода могли быть самыми разными. Рассмотрим наиболее вероятные из них.

Одной из возможных причин могло быть влияние ближнего космоса и солнечной активности. Воздействие ближнего космоса шло по двум направлениям: через изменение среды обитания древних обезьян, прежде всего, ландшафта и климата, и через трансформацию самой жизни, проявлявшуюся через мутации, естественный отбор и борьбу за существование. Влияние солнечной активности на земные процессы и явления было доказано российским ученым Д.Л. Чижевским в 30-е гг. XX в. Современная наука согласна с ним е том, что периодические колебания магнитного поля Солнца влияют на нервную систему и сердечную деятельность и в прошлом могли привести к мутациям у древних обезьян.

В качестве еще одной причины мутаций ученые называют периодическую смену магнитных полюсов Земли. На протяжении последних четырех миллионов лет Северный и Южный магнитные полюса менялись четырежды. Но в период смены полюсов магнитосфера Земли, защищающая биосферу от космических лучей, намного ослабевает. Это приводит к увеличению ионизирующей радиации на 60% и в два раза увеличивает частоту мутаций в зародышевых клетках гоминид. Автор этой гипотезы, отечественный антрополог Г.Н. Матюшкин, выявил совпадение датировки многочисленных находок останков гоминид в Африке с периодами смены полярности геомагнитного поля.

Дополнительным фактором, вызвавшим появление непосредственных предков человека, стала геологическая активность Земли и радиация снизу. Так, в Восточной Африке, признанном месте появления человека, около 20 млн. лет назад образовались трещины в земной коре, в результате чего на поверхности обнажились залежи урановых руд. Этот естественный атомный реактор, появившийся миллионы лет назад, существует и в наши дни. Он интенсивно влиял на приматов, которые жили в пещерах, расположенных вблизи от него, вызывая мутации разного рода. Кроме повышенной радиации в Восточной Африке наблюдалась интенсивная вулканическая деятельность, часто случались землетрясения. При этом на поверхность Земли всегда выбрасывается огромное количество веществ, являющихся мутагенами. Все это также создавало условия как для повышения частоты мутаций, так и для более активного естественного отбора.

В 1960-е гг. ученым удалось выяснить, что источником генетических мутаций может быть не только радиация, но и стресс, запредельные нервные нагрузки. Стресс - это острая гормональная реакция организма на ситуацию резкого расхождения между нужным результатом и наличными условиями. При этом возникают резко отрицательные эмоции, вспышки страха, гнева и т.д. По мнению антропологов и палеопсихологов, в ситуации резкого изменения климата, вызвавшего сокращение жизненных ресурсов, стресс вызывался частым голодом. Результатом было расшатывание иммунной системы и наследственного аппарата.

Но естественная радиация и другие мутагенные факторы могли быть только спусковым крючком начавшегося процесса превращения обезьяны в человека. Считается, что при этом наблюдался синдром Бьюси-Клювера, приведший к кризису чисто животного способа существования. Он проявлялся в том, что радиация повреждала некоторые участки мозга - миндалевидное ядро, поясную извилину или мозговой свод. Это приводило к огрублению и сокращению хватательных функций задних конечностей, которые отныне должны были служить лишь средством передвижения по земле. Кроме того, у высших приматов начинали размываться половые циклы, и появлялась способность к деторождению в течение всего года. Власть инстинктов ослабевала, вместо них формировались символические способы хранения и передачи необходимой для выживания информации, поэтому правила жизни начали преобразовываться.

Влияние радиации на изменчивость организма несомненно. Любая доза радиации может вызвать изменения в наследственном аппарате и привести к рождению детей, сильно отклоняющихся от нормы. Родителям такие дети могут казаться уродами. Тем не менее, они могут быть способны к дальнейшему воспроизводству, при котором появившиеся у них изменения будут сохранены.

Так, скорее всего, и обстояло дело с человеческими предками. Произошедшие мутации сократили число хромосом. Известно, что у низших обезьян число хромосом колеблется от 54 до 78, а у высших - их 48. Число хромосом у человека равно 46, т.е. у человека всегда на две хромосомы меньше, чем у высших обезьян. Поэтому итальянский генетик Б. Кларелли высказал гипотезу о слиянии у далекого предка двух пар хромосом, в результате чего их число сократилось, при этом укрепились те хромосомы, которые отвечали за развитие мозга и нервной системы. Это предположение косвенно подтверждается тем, что в соматических клетках некоторых людей встречается аномальный набор хромосом (XXY - у женщин и XYY - у мужчин). Он обычно сопровождается умственной отсталостью и повышенной агрессивностью. Появление лишней хромосомы считают генетическим атавизмом.

Таким образом, с точки зрения данной концепции, человек - это обезьяний урод. Поэтому высшие обезьяны имеют высокое морфологическое и биохимическое сходство с человеком - состав белков крови и тканей, а также структура ДНК не совпадают лишь на1%.

Мутанта, ставшего предком человека, в обычных условиях ждала неминуемая гибель. Но он сумел этого избежать, поскольку стал использовать искусственные орудия труда, жить в обществе, творить культуру. Иными словами, он стал человеком.

Итак, современная наука активно развивает биологическую, трудовую и мутационную концепции антропогенеза. Сегодня антропогенез рассматривается как продолжение биогенеза, поэтому антропология изучает абиотические, биотические и социальные факторы возникновения человека. Абиотические предпосылки антропогенеза - геологические процессы, географические и физико-химические факторы. Биотические предпосылки включают в себя мутации, волны численности, изоляцию, естественный отбор и другие факторы микро- и макроэволюции, в результате которых формируются новые виды животных, возникли древние обезьяны, а от них произошли люди.

Современная антропология основывается на многочисленных археологических и палеонтологических данных, но общая картина все же остается неполной, поскольку многие промежуточные звенья между человеком и древними обезьянами пока не обнаружены. Сложности возникают еще и потому, что сам процесс антропогенеза не носил линейного характера. Эволюция не только человека, но и всего живого осуществлялась путем постоянной генерации боковых ответвлений, многие из которых почти сразу же исчезают, другие отходили в сторону от основного направления, и только одна линия в конце концов привела к появлению человека разумного. Графически процесс антропогенеза можно представить в виде дерева со множеством ветвей; некоторые из них давно мертвы, другие до сих пор живы. Несомненно, что в будущем естественно-научные представления об антропогенезе будут не только пополняться, но и, возможно, существенно меняться.

2. Сходство и отличия человека и животных. Появление жизни на Земле - это грандиозный скачок в эволюции Вселенной. Жизнь, появившаяся на нашей планете в форме примитивной биосферы, поступательно развивалась и скачкообразно переходила в качественно новые состояния, характеризующиеся образованием все более сложных и упорядоченных форм живого вещества. В истории биосферы бывали зигзаги, временные остановки прогрессивного развития, но они никогда не переходили в стадию деградации, поворота движения вспять. Достаточно взглянуть на перечень важнейших вех в истории биосферы, чтобы убедиться в этом.

После первой глобальной бифуркации в истории биосферы, каковой явилось само зарождение жизни, возникли простейшие прокариоты. Затем настал черед значительно более высокоорганизованных эукариотов, в том числе аэробных организмов. Их появление было связано с большим локальным снижением энтропии, но ценой этому стало уменьшение стабильности отдельного организма и появление индивидуальной смертности, закодированной в генетическом аппарате, которая отсутствовала ранее. Это стало еще одной точкой бифуркации в развитии биосферы Земли, равно как и появление гетеротрофных организмов, обладающих способностью к максимальному усвоению энергии, что привело к увеличению эффективности в использовании внешней энергии и материи, а также резко интенсифицировало естественный отбор. Следующими точками бифуркации стали:

1) появление многоклеточных организмов и функциональная дифференциация клеток внутри организмов;

2) появление организмов с твердыми скелетами, открывших путь к образованию высших животных;

3) возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга как центра сбора, переработки, хранения информации и управления на ее основе функционированием и поведением организмов.

Появление разума стало второй фундаментальной бифуркацией в истории биосферы. После этого проявилась способность материи познавать себя, что стало возможным с рождением человека и человечества. Таким образом, человек своими корнями прочно уходит в биосферу Земли, являясь одним из ее многочисленных естественных созданий. Об этом говорит множество фактов, открытых наукой как в прошлом, так и сравнительно недавно.

Сходство человека с животными.

Подтверждением родства человека и животных являются следующие факты.

1. Для человека и животных характерны одинаковые вещественный состав, строение и поведение. Человек состоит из тех же белков и нуклеиновых кислот, что и животные, многие структуры и функции нашего организма аналогичны структуре и функциям животных. Чем выше на эволюционной шкале стоит животное, тем больше его сходство с человеком. В последнее время наукой разработан метод определения эволюционного родства организмов путем сравнения их хромосом и белков. Белки синтезируются на основе наследственной информации, заключенной в генах. Родство между видами тем больше, чем больше сходство между белками. Сравнительный анализ показал, что белки человека и шимпанзе сходны на 99%.

2. Человеческий зародыш проходит в своем развитии те же стадии, которые прошла эволюция живого, поэтому на разных стадиях эмбриогенеза у него появляются жабры, хвост и т.д. Это так называемый биогенетический закон.

3. О родстве человека с животными свидетельствует также наличие у человека атавизмов и рудиментарных органов. Атавизмы - появление у отдельных организмов данного вида признаков, которые существовали у отдаленных предков, но были утрачены в процессе эволюции. Атавистические признаки, встречающиеся иногда у человека (наружный хвост, обильный волосяной покров на лице, сильно развитые клыки и др.), свидетельствуют о том, что гены, ответственные за данный признак, в процессе эволюции сохраняются в генофонде.

Рудименты - недоразвитые органы, практически утратившие в процессе эволюции свои функции по сравнению с аналогичными органами предковых форм. Ранее эти органы выполняли важные функции у животных, но человеку они не нужны, хотя и сохранились. В отличие от атавизмов, рудименты встречаются практически у всех особей данного вида. Так, некоторые люди умеют шевелить ушами, хотя никакого практического эффекта это умение человеку не дает, а для животных - это один из факторов, способствующих лучшему восприятию звуков, что важно в борьбе за существование. В организме современного человека насчитывается около 90 рудиментов.

4. Данные генетики также подтверждают преемственность между низкоорганизованными и высокоорганизованными формами жизни. Так, установлено, что в генотипе человека примерно 95% генов унаследовано от наших обезьяноподобных предков, 60-70% генов принадлежат примитивным насекомоядным млекопитающим, послужившим исходной группой для эволюции всех приматов. В генотипе человека также есть гены, унаследованные через длинный ряд промежуточных форм от рыбообразных предков, и т.п.

Перечисленные выше доказательства родства человека с животным миром нашей планеты считаются достаточными для того, чтобы перестать обсуждать вопрос об инопланетянах - предках человека или каких-то иных возможностях появления разума на Земле.

Таким образом, основные черты строения и эмбрионального развития человека четко определяют его как вид «человек разумный» в типе хордовых, подтипе позвоночных, классе млекопитающих, отряде приматов, подотряде человекообразных обезьян.

Фундаментальные отличия человека от животных. Отличия человека от животных также носят фундаментальный характер.

Способность к понятийному мышлению. В отличие от человека, даже высшие животные не обладают способностью к понятийному мышлению, т.е. к формированию отвлеченных, абстрактных представлений о предметах, в которых обобщены основные свойства конкретных вещей. Мышление животных, если о таковом вообще можно говорить, всегда конкретно, а мышление человека может быть абстрактным, отвлеченным, обобщающим, понятийным, логическим. Поэтому, хотя многие животные могут совершать очень сложные действия (например, пчелы строят соты, бобры - плотины и т.д.), в их основе лежат генетически заложенные программы поведения - инстинкты. И только человек вначале составляет план действий, а потом претворяет его в жизнь, так как никаких наследственных программ поведения он не имеет. Человек сознает, что он делает, и понимает мир.

Поэтому важной стороной антропосоциогенеза является развитие сознания - высшей формы отражения мира. Именно сознание позволяет человеку познавать окружающий мир, переживать свое отношение к этому миру, регулировать свою деятельность. В сознании человека складывается картина мира, состоящая из понятий и образов. Так происходит удвоение мира, и появляется идеальный мир, замещающий реальный мир в нашем сознании. Он позволяет человеку планировать свои действия, а также рассуждать и строить умозаключения. Стержнем, благодаря которому формируется идеальный мир нашего сознания, является мышление.

Сознание складывается на базе высокоразвитой психики высших приматов. Это стало возможным после структурных изменений в мозге, развития трудовой деятельности и социальных отношений, в свою очередь, вызвавших развитие коммуникативной деятельности - языка. Без развития сознания было бы невозможно выделить и передать другим особям те свойства предметов, которые необходимы для производства из них орудий труда. Они выявляются при взаимодействии предметов, в ходе которого только и можно создать орудие труда. Так, ударяя камнем о камень, наши предки получали результат, отличный от удара камнем о дерево. Сравнивая их между собой, можно было выявить объективные свойства предметов, а также объективные связи между ними. Животные к выявлению таких свойств предметов не способны, они выделяют лишь те свойства среды, которые определяются механизмом инстинктов. Поэтому фиксация объективных связей и свойств предметов представляет собой не что иное, как обобщение. Оно фиксируется в определенном знаке, после чего может передаваться другим членам коллектива и сохраняться в коллективной памяти.

Обобщение, фиксированное в знаке, представляет собой процесс познания мира в самом широком смысле. Ведь результатом познания является получение знаний, выраженных в системе знаков обобщенных элементов сознания, позволяющих различать вещи объективного мира. Однако человек не только познает мир, но и оценивает его с точки зрения значимости предметов и явлений мира для себя. Поэтому сознание - это еще и переживание действительности, связанное с эмоционально-волевой сферой, которая формируется на базе эмоциональной сферы гоминид.

На начальных этапах развития сознание первобытного человека было предметным, оно не могло происходить в отрыве от орудий труда. Необходимый опыт передавался в процессе коллективного подражания. Примитивные орудия труда изготавливались с помощью однотипных действий (например, скалывание заготовки отбойником), поэтому устойчивое идеальное целеполагание еще не было развито. Оно стало развиваться с переходом к многозвенному трудовому процессу, в ходе которого производились составные и специализированные орудия труда. При этом происходила интериоризация сознания, когда предметное действие человека уходит во внутренний план, а непосредственным носителем мысли становится язык. После этого предметно-действенное сознание сменяется мифологическим, отражающим мир в форме идеальных чувственных образов.

Речь. Второе фундаментальное отличие человека от животных - речь. У животных может быть очень развитой система общения с помощью сигналов (например, дельфины общаются с помощью звуков и ультразвуков, муравьи - с помощью запахов). Тем не менее общение между ними идет на основе первой сигнальной системы - через запахи, касания, видимые позы, мимику, жесты, слышимые звуковые сигналы. Но только у человека есть то, что И.П. Павлов назвал второй сигнальной системой, - общение с помощью слов. Этим человеческое общество отличается от других общественных животных. Таким образом, слово становится видовым признаком человека.

Скорее всего, речь появилась из звуков, произносимых при совместной охоте и других коллективных действиях. Такие звуковые сигналы хорошо распространялись на большие расстояния, были эффективны в темноте, в тумане, в лесу, в горах и пещерах. Кроме того, они могут быть дифференцированными и выражать широкий спектр эмоциональных состояний.

Вероятно, у человекообразных обезьян и первобытных людей в зачаточной форме сосуществовали два типа языка - первичный и вторичный. Первичный язык развивался на основе зрительно-двигательной коммуникации, он был языком жестов. Современные человекообразные обезьяны способны использовать его. Вторичный язык формировался на базе звуковой коммуникации, основу которой составляли эмоционально окрашенные крики обезьян и нейтральные шумы, не сопровождавшиеся видимым возбуждением.

Очевидно, австралопитеки преимущественно общались с помощью жестов, сопровождая их звуковыми восклицаниями. Но в некоторых ситуациях, когда по каким-либо причинам руки оказывались заняты, жестикуляция была невозможна. Кроме того, жесты как средство коммуникации были весьма неэффективны в ночное время, в условиях плохой видимости и т.д. Но главное, что жесты плохо подразделяются на составные элементы, из-за чего с их помощью трудно выражать сложные ситуации. Поэтому параллельно шло непрерывное совершенствование звуковой коммуникации. Если у человекообразных обезьян насчитывалось 20-30 сигналов, то у австралопитеков, вероятно, их было уже около сотни.

Собственно примитивная речь возникла уже у питекантропов, которые использовали слова для обозначения отдельных предметов и некоторых действий. Они были общими для всех людей одной группы. Считается, то вначале появились корни глаголов, называющие определенные виды деятельности, а затем другие части слова и речи. В речи питекантропов преобладали щелкающие и носовые звуки. У неандертальцев совершенствовалась артикуляция, формировалась простейшая грамматика и синтаксис, расширялась лексика. Если питекантропы использовали речь только в диалоге, то неандертальцы использовали монолог, сложные формы высказываний и сложные предложения.

Способность к труду. Третье важнейшее отличие человека от животных - способность к труду. Конечно, все животные что-то делают, а высшие животные, кроме того, способны к сложным видам деятельности. Обезьяны, например, используют палки как орудия для доставания плодов. Но только человек способен создавать орудия труда. Именно это отличие позволяет утверждать, что животные приспосабливаются к окружающей среде, а человек преобразует ее, что труд создал человека.

Возможно, причиной создания орудий труда человеческими предками была резко обедненная природная среда, в которой они оказались. Как показывают современные опыты с обезьянами, при небольшом количестве предметов они способны надолго концентрировать свое внимание. Предположительно, именно так гоминидам удалось переключить свое внимание с интересующего их объекта на обрабатываемое орудие труда.

Скорее всего, первыми орудиями труда были кости и зубы убитых австралопитеками животных, а также камни и палки. Естественные сколы с острыми режущими краями, которые образовывались при ударе, делали орудия более эффективными в использовании, что подтолкнуло наших далеких предков самостоятельно производить соответствующую обработку орудий, вначале спорадически, а затем постоянно. Возраст древнейших каменных орудий труда оценивается в 2-3 млн. лет.

После этого эволюция человека сопровождалась совершенствованием техники обработки орудий труда. На каждой новой ступени предки современных людей отличались все более совершенным строением тела, большим объемом и более развитой структурой мозга, более гибкой рукой. Постепенно нарабатывались стабильные приемы изготовления орудий. Их нужно было передавать другим людям, поэтому появилась необходимость в небиологической форме хранения и передачи информации.

Огромную роль в развитии человека сыграло овладение огнем. С помощью огня люди обрабатывали пищу, которая стала лучше усваиваться. Кроме того, огонь согревал их, позволял изготовить более совершенные орудия труда. Благодаря целенаправленному использованию огня человек сделал гигантский шаг вперед, уходя из-под абсолютной власти природы к сознательному контролю над своей жизнью.

Важнейшим занятием предков людей была стадная охота - коллективная деятельность, в ходе которой складывались орудийное, практическое отношение к природе, социальные отношения в первобытном стаде, что требовало развития высшего уровня психики - сознания. Также шло укрепление связей вокруг производства орудий труда, передачи социального опыта, развивалась сплоченность. Ведь и при производстве орудий труда, и при совместной охоте на крупных животных нужно было научиться организовывать и координировать свои действия. При этом заранее вырабатывалась стратегия поведения и коллективная организация для решения поставленной задачи. Параллельно с этим происходил процесс естественного разделения труда, который вначале шел по половозрастному признаку - мужчины охотились, женщины занимались собирательством, приготовлением пищи и воспитанием детей, старики делали орудия труда и обучали молодежь. Это привело к росту производительности труда, развитию примитивных отношений обмена.

Постепенно начинают регулироваться и брачные отношения. Долгое время в первобытных стадах существовала эндогамия, но со временем стали возникать первые ограничения, установился запрет на брачные отношения внутри своего коллектива. Так появилась первая форма семьи - дуально-родовой брак, в котором все мужчины одного рода считались мужьями всех женщин другого рода, и наоборот. После этого можно было говорить о рождении человеческого общества, об окончательном выделении человека из животного мира.

Все перечисленные фундаментальные отличия человека от животных стали теми путями, по которым шло обособление человека от природы.

Специфические особенности человека. Вместе с тем, человек имеет специфические, присущие только ему особенности строения организма. Часть из них связана с происхождением человека от приматов, но большинство специфических признаков появилось в связи с его трудовой деятельностью. Это прямохождение, мощно развитая мускулатура нижних конечностей, сводчатая стопа с сильно развитым первым пальцем, подвижная кисть руки, позвоночник с четырьмя изгибами, расположение таза под углом 60° к горизонтали, очень большой по массе и объему мозг, крупные размеры мозгового и малые размеры лицевого черепа, бинокулярное зрение, ограниченная плодовитость и др.

Решающим шагом на пути от обезьяны к человеку стало прямохождение. После наступления ледникового периода обезьянам, ведшим ранее древесный образ жизни и не отступившим к экватору, пришлось перейти к жизни на открытых пространствах. Высокая и густая трава африканской саванны в дождливый период заставляла их часто подниматься на задние конечности, чтобы ориентироваться на местности. Кроме того, передние конечности часто использовались ими для бросания камней, палок, переноса пищи, что смещало центр тяжести тела на задние конечности.

Переход к прямохождению привел к изменению морфологии нижних конечностей, ставших опорным органом. Нижняя конечность приобрела уплощенную стопу с продольной сводчатостью, что смягчило нагрузки на позвоночный столб.

Огромные изменения претерпела рука, главной функцией которой стала хватательная, причем это не потребовало никаких серьезных анатомических преобразований. Происходило все большее противопоставление большого пальца относительно ладони, что позволяло зажимать камень или палку и с силой ударять ими. Кроме того, несколько увеличилась длина и подвижность пальцев.

После того, как предок человека встал на ноги и поднялся над поверхностью земли, его глаза переместились во фронтально-параллельную плоскость, поля зрения обоих глаз стали перекрываться. Это обеспечило бинокулярное восприятие глубины и привело к развитию зрительных структур мозга, однако платой за новые способности зрения стало ухудшившееся обоняние.

Но главные отличия человека от животных закрепились в материальном носителе разума - мозге. Не случайно признаком, отделяющим человекообразных обезьян от людей, считается масса мозга, равная 750 г. Именно при такой массе мозга овладевает речью ребенок. Конечно, речь древних людей была очень примитивной, но она выражала качественное отличие высшей нервной деятельности человека от высшей нервной деятельности животных.

Мозг наших предков постоянно увеличивался в ходе биологической эволюции. Так, у австралопитеков объем мозга составлял 500-600 см³, у питекантропа - до 900 см³, у синантропов - до 1000 см³. Объем мозга неандертальца в среднем был больше, чем у современного человека[41]. При этом нет прямой зависимости между объемом мозга и способностями человека. Так, довольно маленький по объему мозг не более 1000 см³ имел французский писатель Д. Франс, а мозг И.С. Тургенева был очень велик - 2012 см³.

Разумеется, масса и объем мозга человека - далеко не все, чем наш мозг отличается от мозга животных. Ведь и у кита, и у слона мозг по массе больше, чем у человека. Определяющую роль играет не масса мозгового вещества, а его структура. Чем же мозг человека отличается, например, от мозга его ближайших родственников - приматов? Как это не покажется странным, но обнаружить принципиальные отличия в строении мозга человека и шимпанзе удалось лишь во второй половине XX в.

Было обнаружено, что в ходе эволюции стала существенно увеличиваться степень наполнения черепа мозговым веществом. Этот показатель достигает 94% у человека против 50% у рептилий. Изменилась в сторону округления и роста в высоту форма черепа, исчезли надбровные дуги и черепной гребень. Стал развиваться новый тип складчатости головного мозга с преобладанием радиального направления главных борозд, что способствовало укрупнению полушарий. Из-за того, что увеличение головы плода новорожденного дошло до предела ширины родовых путей, ребенок стал рождаться как бы с эволюционно недоношенным мозгом. В период внутриутробного развития человеческий мозг достигает менее 25% своего будущего объема, в то время как у шимпанзе - 65%.

Выяснено, что простейшей структурной единицей мозга служит не нервная клетка (нейрон), как считалось раньше, а структурный ансамбль нейронов со сложными, но фиксированными разветвле­ниями взаимосвязей. Один ансамбль обычно управляет или одним процессом, или одной функцией организма. Эволюция мозга, его усложнение идет за счет растущей организованности, упорядоченности функционирования структурных ансамблей, объединяющих отдельные функции в сложные поведенческие реакции.

Структурные единицы мозга развиваются в форме вертикальных колонок, которые включают как клетки древних отделов мозга, расположенные в нижних пластах, так и клетки более молодых образований, располагающихся над этими пластами. Таким образом, в строении мозга можно выделить древние отделы, которые формируются на эмбриональной стадии, и молодые отделы (кора головного мозга), которые в основном развиваются на постэмбриональной стадии, или после рождения ребенка.

Новая мозговая кора состоит из 600 млн. вертикальных колонок, образуемых примерно 50 млрд. нейронов. У взрослого человека новая кора занимает 95-96% общей площади, а на долю старой коры остается лишь 4%. В ходе эволюции шло изменение удельного соотношения древних и молодых отделов мозга. У низших обезьян лобные доли занимают 10% коры, у высших обезьян - 15%, а у человека - 25%, что является рекордом для животного мира. Именно лобные доли управляют социальным поведением.

Количественное увеличение ансамблей нервных клеток происходит главным образом за счет перестройки старых отделов и использования освобождающихся нейронов, а качественные изменения инициируются усложнением связей, увеличением их числа и широтой охвата связями клеток всего структурного ансамбля.

Структурные ансамбли мозга человека и приматов, ведающие такими функциями, как зрение, слух, двигательные реакции ног и тела, практически не различаются между собой. Существенные отличия выявлены в размерах и связях структурных ансамблей, ведающих у человека речью и двигательными реакциями рук, особенно кистей, чем определяется способность человека к трудовой деятельности.

В конце 1950-х гг. начались исследования асимметрии мозга, и в 1970-х гг. П. Линдсей и Д. Норман создали вполне обоснованную теорию. Оказалось, что при разрушении левого полушария теряется целенаправленность действий, меняется содержание представлений о прошлом и будущем. Так, будущее начинается с того события, которое давно прошло, но случайно всплыло в памяти. Нарушение целостности правого полушария приводит к расстройствам чувственной и эмоциональной сфер человеческой деятельности, теряется способность к выполнению практических действий. Нарушение связи между полушариями мозга (подобную операцию иногда делают для лечения эпилепсии) приводит к возникновению двух потоков сознания. Каждое полушарие независимо хранит информацию и перерабатывает внешние впечатления, что приводит к «раздвоению» личности.

Таким образом, было выяснено, что целостный мозг функционирует иначе, чем рассеченный. Между полушариями мозга идет непрерывный обмен информацией, так как каждое полушарие имеет определенную специализацию. Правое полушарие связано с яркой эмоциональной образностью, доминированием чувственности над словесными формами. Окружающий мир воспринимается им интуитивно, с мгновенным отражением множества признаков. Левое полушарие дает человеку возможность заниматься абстрактными схемами, словесными понятиями, оно обеспечивает логическое мышление.

На этом основании был сделан вывод, что в ходе эволюции сформировалась функциональная асимметрия мозга, которая привела к тому, что левое полушарие оказалось связанным с логическим мышлением, а правое - с интуицией. Их взаимодействие идет по правилу дополнительности: логика корректируется чувственным восприятием, а эмоции - абстрактными схемами. Такое функционирование мозга дало человеку огромные преимущества.

Асимметрия мозга человека формируется сразу после его рождения. После появления на свет мозг ребенка функционирует по принципу дублирования полушарий, как это бывает и у других млекопитающих. При этом получение и обработка информации идет в зеркально-перекрестном режиме: левое полушарие воспринимает мир справа, а правое - слева. Оба полушария однородны по своей структуре и функционально взаимозаменяемы. Именно поэтому у маленького ребенка твердо не фиксированы речевые области, которые начинают развиваться сразу в двух полушариях. Но позднее речевые центры мигрируют из правого полушария в левое, которое становится доминантным. Так, постепенно левое полушарие берет на себя функции речи и логического мышления, а правое - управление координацией движения и фиксацию геометрических связей объектов.

Важно отметить еще одно характерное обстоятельство. Строение ансамблей нервных клеток, их связи и все прочие особенности человеческого мозга программируются генетическим аппаратом. Развитость речевых и двигательно-трудовых структурных ансамблей мозга человека наследуется детьми от родителей. Но наследуется не речь и не трудовые навыки как таковые, а лишь потенциальная возможность их последующего приобретения. Генетические возможности реализуются лишь при условии, что с раннего детства ребенок воспитывается и обучается в сообществе людей, в постоянном общении с ними. Редкие случаи, когда дети бывают воспитаны животными (науке известно порядка 30 подобных примеров), после чего их находят и возвращают к людям, показывают, что они никогда в полной мере не могут овладеть речью, приобрести достаточно сложные трудовые навыки, необходимые для сознательной деятельности. Поэтому история про Маугли - не более, чем красивая сказка. Реализация генетического потенциала ограничена во времени жесткими возрастными рамками. Если сроки пропущены, потенциал гаснет, и человек остается на уровне развития примата. По той же причине дети, вырастающие в домах ребенка и не получающие достаточного количества внимания от взрослых, часто отстают в развитии, хотя никаких органических нарушений у них нет.

Таким образом, на протяжении длительного времени в процессе антропогенеза действовали преимущественно эволюционные факторы генетической изменчивости и отбора. Изменение условий существования предков человека создавало сильное давление отбора в пользу выживания особей и групп с признаками, содействовавшими прогрессивному развитию прямохождения, способности к трудовой деятельности, совершенствованию верхних конечностей и познавательной активности головного мозга. Естественный отбор сохранил признаки, стимулировавшие совместный поиск пищи, защиту от хищных зверей, заботу о потомстве и т.д., что в свою очередь способствовало развитию стадности как начальной ступени развития социальности.

3. Сущность человека. Биологическое и социальное в человеке. Современное естествознание стремится обойти крайности «биологизации» и «социологизации» в понимании природы человека. Тем не менее, в истории науки существуют крайние точки зрения по вопросу соотношения биологического и социального в человеке. Панбиологизм выводит все особенности человека из его биологической природы и настаивает на полной зависимости индивидуального развития человека от генетических факторов. Пансоциологизм, напротив, утверждает, что генетические задатки у всех людей одинаковы, а личность и характер человека формируются только под влиянием общества и являются результатом воспитания и образования.

В современной науке наиболее распространенной является точка зрения, согласно которой генетически наследуются не способности человека, а только их задатки, развитие же способностей во многом зависит от условий жизни и общения. Понятно, что в этом случае особую роль приобретают первые годы жизни индивида, первоначальный этап социализации, который активизирует или, напротив, тормозит генетические механизмы. Данной точки зрения придерживается социобиология - научная дисциплина, изучающая генетические основы социального поведения животных и человека, их эволюцию под действием естественного отбора. Иными словами, социобиология представляет собой синтез популяционной генетики, этологии и экологии.

Возникновение социобиологии связывается с выходом в 1975 г. книги американского ученого Э. Уилсона «Социобиология: новый синтез». По мнению автора, социобиология призвана выявлять сходство между социальным поведением животных и человека, прояснять механизмы генетической детерминации поведения человека. В частности, одной из главных проблем данной дисциплины является проблема генетических, биологических основ морального поведения. Все свои рассуждения Уилсон строит на убеждении, что сознание вообще, а не только моральное сознание является устройством для выживания и воспроизводства, а разум - всего лишь один из инструментов биологического воспроизводства.

В методологическом плане социобиология экстраполирует выводы, полученные при изучении поведения животных, на человека, утверждая ведущую роль биологических факторов в развитии личности. При этом роль культурных влияний не отрицается, однако им отводится второстепенная роль. Социобиология выступает с идеей синтеза биологического и социального знания, но на основе биологии. В этой ситуации возникает вопрос о правомерности пол­ной аналогии между поведением животных и человека, и тем более сомнительно выглядит тотальная экстраполяция данных биологии на человеческое общество. Здесь не вызывает сомнений тот факт, что человек - часть живой природы, и поэтому он подчиняется биологическим законам, однако объяснение поведения человека только в биологическом аспекте вряд ли правомерно.

Анализ процесса антропогенеза позволяет сделать вывод о том, что биологическая эволюция завершилась 30-40 тыс. лет назад после возникновения человека разумного. С тех пор человек выделился из животного мира, и биологическая эволюция перестала играть решающую роль в его развитии. Определяющим фактором в развитии стала социальная эволюция, от которой сегодня зависит биологическая природа, физический облик и умственные способности человека.

С завершением процесса антропогенеза закончилось и действие группового отбора как ведущего фактора эволюции. Отныне все развитие человека обусловлено социальными условиями жизни, определяющими развитие его интеллекта и целесообразной деятельности. Необходимо отметить также, что с появлением человека разумного генетическая информация утрачивает свое главенствующее значение, она замещается социальной информацией. Хотя в настоящее время продолжает сохранять свое значение мутационный процесс как источник генотипической изменчивости, а также, в известной мере, действует стабилизирующая форма естественного отбора, устраняя резко выраженные отклонения от средней нормы. Примером действия стабилизирующего отбора служит повышенная смертность недоношенных детей вследствие снижения их жизнеспособности, а также повышенная смертность мальчиков в первые годы после рождения вследствие фенотипического проявления неблагоприятных аллелей, локализованных в одной из хромосом.

Будучи продуктом биологической эволюции, человек никогда не выйдет за границы своей биологической природы. Однако замечательной особенностью биологической природы человека является его способность к усвоению социальных явлений. Биологическое и социальное начала выступают генетически и функционально связанными уровнями целостной организации человека. Биологическое начало, будучи первичным во времени, детерминирует социальное начало, становится предпосылкой его воспроизведения. Поэтому биологическое есть необходимое, но не достаточное условие становления и функционирования социального. И действительно, человек не может возникнуть без биологического основания, ибо его наличие - непременное условие и обязательная предпосылка выделения человека из животного мира. Однако обезьяна не может превратиться в человека только по законам развития органического, мира. Здесь нужно нечто большее. Человек приобретает свою социальную сущность не в силу биологических законов, а в силу законов общественного развития. Таким образом, социальное приобретает относительную независимость от биологического и само становится необходимым условием своего дальнейшего существования.

Однако выход человека из природы вовсе не означает, что теперь для него устанавливается абсолютное противостояние природе. Более того, человек должен, как и все живое, приспосабливаться к ней. Но в отличие от животных, которые непосредственно приспосабливаются к изменениям окружающей среды, человек достигает поставленной цели за счет изменения природы, преобразования ее. В ходе этого создается мир искусственных предметов и явлений, рядом с естественным миром природы возникает искусственный мир человеческой культуры. Именно таким образом человек удерживает свою родовую сущность и превращается в общественное существо.

Общество всегда вынуждено в той или иной мере считаться с биологической основой людей, заботиться об удовлетворении возникающих на этой основе потребностей. Хотя общественный прогресс детерминируется социальными факторами, он не может игнорировать возможности человеческой биологии. Конечно, роль биологических факторов в истории является не постоянной, а переменной величиной. Видимо, в антропогенезе она имела доминирующее значение, но в процессе перехода от антропогенеза к социогенезу определяющим стал социальный фактор. С возникновением же общества происходит окончательное подчинение биологического социальному, что ни в коей мере не означает вытеснения и отмены биологического. Оно просто перестает быть ведущим. Но оно существует, и его присутствие напоминает о себе многообразными проявлениями. Ведь жизнедеятельность каждого отдельного человека подчинена биологическим законам. Другое дело, что потребность нашего организма мы удовлетворяем в рамках тех возможностей, которые нам предоставляются обществом.

Да и в индивидуальном развитии человека соотношение биологического и социального начал меняется. В эмбриональном периоде, который продолжается от момента оплодотворения женской яйцеклетки мужским сперматозоидом до рождения ребенка, развитие организма происходит по жестко закрепленной генетической программе при сравнительно слабом влиянии окружающей социальной среды. Это влияние осуществляется опосредованно, через организм матери. На этапе эмбрионального развития важнейшей задачей является реализация генетической программы, полученной от родителей и закрепленной в ДНК. При этом каждый человек является носителем уникального набора генов[42], которым обусловливаются все внешние признаки человека - цвет волос, кожи и глаз, телосложение, рост. Кроме того, генотип определяет способности человека, его склонности к тем или иным занятиям. Разумеется, наследуются не сами способности, а лишь их задатки, для проявления которых необходимы благоприятные условия социальной среды. Так, ребенок может обладать великолепными музыкальными задатками, но если у него не было возможности заниматься музыкой, то они так и останутся неразвитыми.

Также не следует забывать, что не наследуется умение говорить, мыслить, трудиться. Это тоже задатки, которые проявятся лишь при постоянном общении ребенка с другими людьми. Если они не востребованы вовремя, то генетический потенциал гаснет, и ребенок никогда не сможет стать полноценным человеком.

Итак, наследственность определяет то, каким может стать организм, но развивается человек под воздействием социальной среды. Поэтому каждый человек есть одновременно и часть природы, и продукт общественного развития. Очевидно, это касается также умственных и творческих способностей человека.

Объективный поход к решению вопроса о соотношении биологического и социального, вероятно, заключается в необходимости взглянуть на человека с трех позиций: биологической, психологической и социальной. Человека можно рассматривать как физическое тело, принадлежащее биологическому миру и подчиняющееся его законам. Такой взгляд выражается в понятии «индивид», обозначающий конкретного представителя человеческого рода как носителя психофизиологических качеств. В этом понятии собственные индивидуальные особенности человека не принимаются во внимание, речь идет только об общих с другими людьми свойствах, т.е. человек рассматривается как один из многих представителей вида Homo sapiens.

При рождении у человека еще не сформированы до конца анатомо-морфологические системы, они завершают свое формирование в условиях социума. В отличие от других видов животных человек слабее «привязан» к природе. Животное от рождения имеет большой набор инстинктивных форм поведения, наделено всеми свойствами, необходимыми для выживания. Человек же, если только рассматривать его как биологический организм, в момент своего рождения является существом недостаточно развитым. В природном царстве он был бы обречен на гибель. Однако процесс антропогенеза выработал гибкую систему в неинстинктивных ориентиров, выражающихся в биологической готовности усваивать культурно-исторические достижения общества.

Социокультурный взгляд на человека выражается в понятии «личность», которое означает понимающее и мыслящее существо, способное к саморефлексии. Индивид становится личностью в процессе социализации и инкультурации, через общение с другими людьми и усвоение в процессе этого общения культурных достижений человечества и его родной культуры, поэтому личность иногда определяется как социальная индивидуальность. Таким образом, личность - это субъект общественных отношений, деятельности и общения людей. Только в деятельности человек выступает и самоутверждается как личность, играя разнообразные социальные роли. Именно через деятельность осуществляются процессы социализации и инкультурации, в ходе которых человек становится личностью.

Понятие «личность» следует отличать от понятия «характер» - совокупности психологических особенностей человека, его психологической индивидуальности. Уникальность личности выражается в понятии «индивидуальность». Основа уникальности человека заложена на биологическом уровне: каждый человек, обладая общими видовыми характеристиками, всегда остается неповторимым.

Важнейшей характеристикой личности является свобода выбора, на которой строится ответственность человека за свои поступки. Свободный выбор человек делает на основе воспитанных у него и развитых им самим нравственных и волевых качеств, усвоенных им норм поведения, фиксирующих ценности той или иной культуры.

Поэтому вопрос о соотношении свободы и необходимости в поведении человека, о нормах морали, регулирующих его, всегда привлекал самое пристальное внимание теологов, философов, а в последнее время и ученых.

4. Этология о поведении человека. Интересные данные о поведении человека и естественных корнях его морали приводят этологи - ученые, изучающие поведение животных в природе. Основоположники этологии К. Лоренц, Н. Тинберген и К. фон Фриш задумались о том, рождается ли человек безморальным и усваивает нормы, необходимые для выживания в обществе, только в процессе воспитания, или же есть какие-то врожденные чувства и представления о хорошем и плохом поведении, лишь развиваемые в процессе воспитания. Для этого они попытались доказать, что зачатки морали и культуры присутствуют уже у животных.

С точки зрения этолога, поведение животных во многом определяется инстинктами - генетически заложенными в них программами поведения, не требующими специальной практики по своему формированию и развитию. Питанию, росту, размножению и самосохранению соответствуют четыре рода инстинктов: голод, половой инстинкт, агрессия и страх.

Подлинно первичным инстинктом, по мнению Лоренца, является агрессия, направленная на сохранение вида. Жестче всего она проявляется в конкуренции внутри вида, так как наиболее приспособленные особи могут захватывать большую территорию, приносить большее потомство и передавать свои гены следующему поколению.

Но проявление агрессии, как и других инстинктов, не всегда бывает полезным. Поэтому природа вводит большой набор специ­ально созданных механизмов торможения, действующих в общении животных со своими сородичами. Таким образом, во время охоты агрессия заставляет хищника загонять и убивать свою добычу, но в боях самцов за самку или за лидерство превалируют механизмы торможения.

Механизмы торможения включают в себя позы покорности, напоминающие детское поведение и поведение самки при спаривании. Так, у волков и собак побежденный соперник ложится на спину или подставляет победителю свое горло. Кроме того, перед боем животные совершают различные ритуальные движения - мимическое утрирование, ритмическое повторение; за счет этого увеличивается время до начала атаки и тормозятся наиболее опасные движения. В результате этого более слабые животные выживают, так как механизмы торможения накладывают строгий запрет на убийство сородичей.

По мнению этологов, сходным образом шло развитие человеческого общества. Поэтому все важнейшие требования и нормы культуры формулируются в виде запретов. Как врожденные механизмы и ритуалы препятствуют асоциальному поведению животных, так и человеческие табу определяют человеческое поведение в обществе. И то и другое возникает под жестким давлением отбора ради сохранения вида. У многих видов существуют следующие запреты:

• запрет на убийство представителей своего вида. Животные узнают друг друга либо персонально (обезьяны), либо по запаху (крысы и пчелы). У человека также есть отчетливое ощущение «своих» и «чужих», проявляющееся еще в раннем детстве;

• запрет на неожиданное нападение сзади, без предупреждения, у человека этот запрет воплощается в разнообразных ритуальных действиях, приветствиях, самопрезентации и т.д.;

• у хищников действует запрет на применение смертоносного оружия в драке со своими, поэтому в их среде - самые жесткие механизмы торможения, запрещающие убийство или серьезное ранение сородича.  К сожалению, у человека - по природе сравнительно безобидного всеядного существа - нет естественного оружия, а значит, нет и соответствующих механизмов торможения, запрещающих применять его против «своих». Долгое время небольшие возможности к убийству себе подобных уравновешивались сравнительно слабыми запретами агрессии. Но после изобретения оружия это равновесие было нарушено;

• запрет на убийство того, кто принял позу покорности. Поза покорности  включает механизмы торможения агрессии. После этого победитель уже не может убить своего соперника. У человека подобные ограничения есть (например, правило «Лежачего не бьют»), но они также не носят обязательного характера.

Из приведенных выше фактов исследователи сделали диаметрально противоположные выводы. Так, социобиология, возникшая в 80-е гг. XX в., заявляет, что в основе всех форм социального поведения человека лежат врожденные структуры, присущие нам так же, как и другим представителям животного мира. В свою очередь, последователи марксизма отрицают такую тесную связь человека и животных, считая, что человек далеко ушел от животного мира, поэтому распространять его закономерности на человеческое поведение не имеет смысла.

Очевидно, что оценивать данные факты следует, исходя из двойственной природы человека, о которой мы уже говорили выше. Скорее всего, социальное поведение людей диктуется не только разумом и усвоенной в процессе инкультурации и социализации культурной традицией, но и подчиняется биологическим закономерностям, присущим поведению любых живых существ.

Данные зоопсихологии также показали, что поведение животных, живущих в коллективе, подчиняется одновременно эгоистическим и альтруистическим формам поведения. Если есть возможность сохранить и передать свои гены, то преобладают эгоистические формы поведения. Но если такое поведение ставит под угрозу выживание всей группы, срабатывают альтруистические поведенческие реакции. Поэтому пчела жалит своего противника, спасая пчелиную семью, но погибая при этом сама; шимпанзе нападает на тигра, чтобы дать возможность скрыться оставшимся членам группы. Схожее альтруистическое поведение нередко демонстрирует человек, спасая «своих» и обеспечивая сохранение генотипа своей популяции. Такое поведение было закреплено в соответствующих нормах морали и правилах поведения.

На основании своих исследований Лоренц сформулировал биологический вариант категорического императива И. Канта: «Поступай так, чтобы твое поведение как разумного существа соответствовало законам природы».

Однако полной аналогии между поведением человека и поведением животных все же нет. Ведь человек - это, прежде всего, социальное существо, имеющее помимо биологических и другие потребности. По мнению американского психолога А. Маслоу, это физиологические потребности, потребность в безопасности и защищенности, социальные потребности, потребность в уважении и потребность в самореализации как личности.

Названные потребности иерархичны, они удовлетворяются последовательно. Если человек голоден, он будет заботиться о добывании хлеба насущного, а не о самореализации. Но если человек в реализации своих потребностей дошел до уровня самоактуализации, то у него высшие потребности начинают доминировать над низшими. Такой человек может ограничиться минимумом в плане удовлетворения физиологических потребностей, но будет настойчиво добиваться поставленных перед собой целей. На этом уровне люди понимают, что смысл человеческой жизни - в максимально полном развитии заложенных в них способностей, а это возможно только в творческой работе.

Тема 14: Феномен человека в современной науке

1. Сущность и истоки человеческого сознания.

2. Эмоции человека.

3. Здоровье, работоспособность и творчество человека.

4. Биоэтика.

1. Сущность и истоки человеческого сознания. На протяжении веков феномен человека притягивает к себе внимание многих поколений ученых и является предметом изучения естественных, социальных и гуманитарных наук. Между естественным и гуманитарным знанием ведется непрерывный диалог по проблеме человека, происходит обмен информацией, теоретическими моделями, методами изучения и т.д. При этом каждая из сторон акцентирует внимание на конкретных сторонах жизнедеятельности человека, что само по себе важно, но явно недостаточно для адекватного изучения такого целостного явления, как человек. В данной ситуации большое значение имеет философское изучение феномена человека, поскольку именно философия ориентирована на создание целостного представления о нем.

Таким образом, проблема человека имеет междисциплинарный характер, а современный естественно-научный взгляд на человека представляет собой комплексное и многоаспектное знание, получаемое в рамках различных дисциплин. Целостный взгляд на человека, его сущность и природу невозможен без привлечения данных гуманитарного и социального познания.

Материальная основа человеческого сознания. В процессе эволюции живых организмов у них с необходимостью формируются управляющие подсистемы. У высших животных и человека органом управления является нервная система, прежде всего большие полушария головного мозга. Именно нервная система управляет функционированием высших организмов, способствуя удовлетворению их потребностей. Кроме того, нервная система осуществляет саморегуляцию организма, обеспечивает поддержание постоянства его характеристик, оптимизацию жизнедеятельности и динамическое равновесие организма с естественной средой. Нервная система - это тот орган, куда поступает разнообразная информация об изменениях окружающей среды и внутреннего состояния организма. Поступающие импульсы обобщаются нервной системой, что позволяет оптимизировать как внутренние, так и внешние процессы организма. Деятельность нервной системы направлена, с одной стороны, на объединение всех элементов организма, а с другой - на адаптацию организма к внешней среде.

Вместе с тем, нервная система обеспечивает не только пространственный, но и временной порядок функционирования различных компонентов организма, согласованность и последовательность их действий. С ее помощью регулируется работа каждого компонента организма (продолжительность, интенсивность, степень загрузки и др.). Подобного рода регулятивная деятельность осуществляется посредством возбуждения и торможения различных подсистем организма, обусловливающих определенные формы психической деятельности, которые обеспечивают в конечном счете целостность, самосохранение и совершенствование организма.

Центральное место в нервной системе любого живого организма занимает мозг, который непосредственно влияет на обмен веществ, регуляцию газообмена и термообмена организма, функционирование сердечно-сосудистой, дыхательной, пищеварительной и других систем. Стимулирующее и регулирующее воздействие мозга испытывают не только органы, но и ткани, а также отдельные клетки организма. Работу мозга обусловливают тончайшие физико-химические, биофизические и биохимические процессы, протекающие в нервных тканях и клетках. При этом психические процессы взаимосвязаны с физиологическими, поскольку основу физиологических процессов также составляют разнообразные физико-химические, биофизические и биохимические процессы.

При этом, чем выше степень организации объекта управления, тем значительнее роль нервной системы как органа управления. Соответственно, чем совершеннее нервная система, тем больше степень ее воздействия на деятельность организма. Именно у человека нервная система достигла своего наивысшего развития. Нервная система человека и ее высший отдел - головной мозг - являются результатом не только биологической, но и социокультурной эволюции.

Основными элементами нервной системы живых организмов являются нервные клетки, или нейроны. Головной мозг человека состоит из 40-50 млрд. нейронов, каждый из которых имеет до 10 тыс. соединений с соседними клетками. По нейронным цепям осуществляются передача и переработка информации. Поверхность головного мозга (серое вещество) - кора головного мозга - состоит из нервных клеток и имеет глубину 2-6 мм. Головной мозг человека имеет мозговые извилины, благодаря которым поверхность мозга оказывается примерно в три раза больше, чем поверхность мозга без извилин.

По своей структуре мозг человека состоит из трех функциональных блоков:

1)блока, обеспечивающего тонус, т.е. нормальную физическую жизнедеятельность организма;

2)блока, осуществляющего прием, переработку и хранение информации,  т.е. являющегося главным аппаратом познавательных процессов;

3)блока, программирующего поведение человека, его регуляцию и контроль всех поступков и действий.

В своей совокупности три перечисленных функциональных блока обеспечивают регуляцию взаимодействия человека с окружающей средой. Основными из этих процессов являются:

• гомеостаз, т.е. поддержание необходимого для жизнедеятельности человека внутреннего состояния организма: дыхания, кровообращения, терморегуляции, пищеварения, сна, бодрствования и т.д.;

• эмоции, через которые проявляются тревога, боль, стресс, болезни, удовольствие, радость, т.е. все положительные и отрицательные реакции человека на события и явления окружающего мира;

• обучение и память, связанные с реакцией отражения, которые формируют внимание человека, его волю, оказывают воздействие на его интересы и потребности.

Таким образом, все важнейшие отличия человека от животных закреплены в строении мозга. Поэтому человеческий мозг изучается как естественными, так и общественными и гуманитарными науками. Среди них ведущее место принадлежит психологии, которая в последнее время широко пользуется новыми методами исследования мозга, пришедшими из нейрофизиологии и психофизиологии, которые, в свою очередь, базируются на физических и химических методах исследования. Например, с помощью электрического раздражения разных отделов мозга можно вызывать и изучать мысли и эмоции, создавать иллюзии и галлюцинации.

С помощью этих исследований удалось добиться многого: открыть химические и электрические изменения, происходящие на клеточном уровне и сопровождающие каждый поведенческий акт; открыть функциональную асимметрию мозга; выяснить природу стресса как неспецифического защитного механизма сопротивления внешним факторам и многое другое.

Но по-прежнему множество вопросов остается без ответов: отсутствует убедительная физико-химическая модель сознания, поэтому до сих пор неясно, что такое мысль; спорен вопрос о начале сознания, ведь мышление не развивается само по себе, поэтому требуется определенное время после рождения ребенка для его формирования. В современной психологии можно выделить три основные точки зрения на сознание:

1)отрицание самоценности психики и сознания в бихевиоризме;

2)классическое понимание сознания как особого свойства высокоорганизованной материи;

3)модель «расширяющегося сознания» в трансперсональной психологии С. Грофа, в соответствии с которой психика и сознание существуют еще до рождения человека.

Структура психики. Результатом деятельности нервной системы человека является сознание, сущность которого состоит в отражении объективных свойств различных предметов и явлений окружающего мира, предварительном мысленном планировании действий и оценке их результатов, в регулировании взаимоотношений человека с окружающей природной и социальной средой. Сознание - высшая способность психического отражения, присущая только человеку; целенаправленное отображение действительности, на основе которого осуществляется регулирование его поведения. Сознание - это часть психики, которая может произвольно направляться на определенный реальный или идеальный объект и возбуждаться или тормозиться самим субъектом.

Из теории психоанализа пришло представление, что психика включает в себя собственно сознание, бессознательное и сверхсознание. На основе многочисленных наблюдений и изучении подсознательных состояний психики основоположник психоанализа 3. Фрейд пришел к выводу, что в структуре психики человека имеется особая часть - бессознательное, представляющее собой совокупность психических явлений и процессов, лежащих вне сферы разума, неосознаваемых и неподдающихся сознательному волевому контролю. Бессознательное проявляется в ощущениях и импульсивных действиях, когда человек не отдает себе отчета в последствиях своих поступков. Кроме того, оно также проявляется в информации, которая накапливается в течение всей жизни в качестве опыта и оседает в памяти. Бессознательное обнаруживает себя в виде сновидений, полугипнотических состояний, оговорок, описок, ошибочных действий и т.п. Именно по этим фактам можно судить о природе, содержании и функциях бессознательного.

Бессознательное отличается от сознания тем, что отражаемая им реальность сливается с переживаниями субъекта, его отношением к миру. Поэтому в бессознательном невозможны произвольный контроль осуществляемых субъектом действий и оценка их результатов. Однако, по мнению Фрейда, бессознательное имеет биологическую природу. Его главная функция - охранительная, поскольку бессознательное уменьшает нагрузку на сознание со стороны негативных и тягостных переживаний. Бессознательное структурировано в виде комплексов - устойчивых психических состояний, вызванных определенными переживаниями. Комплексы формируются под влиянием различных личных факторов и обстоятельств жизни, затем они вытесняются в сферу бессознательного и могут стать причиной психических заболеваний.

И, наконец, существует сверхсознание, или творческая интуиция, - первоначальный этап творчества, не контролируемый ни сознанием, ни волей. Оно обеспечивает выдвижение и Обоснование гипотез, поисковую деятельность человека. Такая активность возникает в процессе взаимодействия личности с миром культурных ценностей, накопленным опытом человечества, из которого неосознанно выделяются средства или связи, способствующие решению творческих проблем.

Особое значение для человека имеют сознание и бессознательное. Различия между ними носят принципиальный характер и лишь взятые вместе они обеспечивают человеку возможность адекватно воспринимать и понимать действительность. Различия между сознательным и бессознательным можно представить в следующем виде (табл. Сознательное и бессознательное).

Таблица

Сознательное	Бессознательное
Абстрактное, концептуальное	Конкретное, образно-визуальное
Формально-логическое	Неформальная логика
Вербальное	Невербальное (образное)
Символическое	Иконическое
Синтаксическая связанность	Свобода комбинаций знаков и образов
Вторичные мыслительные процессы	Первичные мыслительные процессы
Рациональное	Иррациональное
Интенциональное мышление	Сновидения, фантазии, галлюцинации
Формализация	Интуиция
Научная систематизация	Мифологическая систематизация
Последовательность	Одновременность
Дискретность	Континуальность

Структура сознания. В современной науке существуют различные описания структуры сознания и составляющих его элементов. Чаще всего это зависит от мировоззренческих предпочтений исследователя и тех задач, которые он стремится решить. Так, например, известный философ Д.Г. Спиркин предлагает выделять в структуре сознания три основные сферы: 1) когнитивную (познавательную), 2) эмоциональную и 3) волевую.

Содержание когнитивной сферы составляют познавательные способности, интеллектуальные процессы получения знаний и результаты познавательной деятельности, т.е. сами знания. Традиционно в структуре сознания выделяют две основные познавательные спот особности человека: рациональную и сенситивную. Рациональная познавательная способность - это способность человека к формированию понятий, суждений и умозаключений, именно она считается ведущей в когнитивной сфере. Сенситивная познавательная способность - это способность к ощущениям, представлениям и восприятию, которые выступают основой для рациональных знаний. Помимо интеллекта и сенситивной способности, в познавательную сферу входят внимание и память. Память обеспечивает единство всех сознательных элементов, а внимание дает возможность концентрироваться на каком-то определенном объекте. Внимание - это сосредоточенность, избирательная познавательная направленность сознания, нацеленная на определенный объект, значимый в настоящее время.

Память - это способность мозга запоминать, хранить и воспроизводить полученную информацию о прошедших ранее событиях, явлениях и фактах. Различают три вида памяти: мгновенную, длящуюся несколько секунд, кратковременную (до двух-трех дней) и долговременную (до конца жизни человека). В основе памяти лежит циркуляция нервных импульсов по замкнутым нейронным цепям, которые вызывают в них различные структурные изменения, возникающие на основе электрохимических процессов возбуждения. Кроме того, различают зрительный, слуховой, осязательный виды памяти, в зависимости от того, какой из анализаторов играет в этом процессе главную роль.

На основе интеллекта, способности к ощущениям и памяти формируются чувственные и понятийные образы, которые и составляют содержание когнитивной сферы.

Огромную роль в структуре сознания играют эмоции - все положительные и отрицательные реакции человека на воздействие внешних и внутренних раздражителей, имеющие выраженную субъективную окраску и охватывающие все виды чувств, среди которых наиболее известными являются тревога, боль, удовольствие, радость и др. Эмоциональная сфера сознания представляет собой сферу потребностей, интересов и целей. Элементами эмоциональной сферы выступают: аффекты, элементарные эмоции, связанные с сенсорными реакциями, и чувства. Все эти разнопорядковые явления объединяются одним понятием - «эмоции». Эмоция - это отражение ситуации в форме психического переживания и оценочного отношения к ней. Эмоциональная сфера сознания также участвует в познавательном процессе, повышая или снижая его эффективность.

Волевая сфера сознания представлена мотивами, интересами и потребностями в единстве со способностью достигать цели. Главный элемент этой сферы - воля, т.е. способность человека к достижению поставленных целей.

Итак, сознание представляет собой чрезвычайно сложное пси­хическое явление. В нем выделяют процессы внимания, восприятия и переработки информации, процессы запоминания и актуализации информации, мышление, а также творческие процессы создания новой информации. В результате этих процессов в сознании накапливаются опыт и знания, формируется отношение к окружающему миру и к себе, осознаются свои возможности.

С помощью органов чувств мы воспринимаем окружающий мир и формируем представление о нем, а с помощью мышления рас­крываем сущность изучаемых объектов. Мышление представляет собой активное отражение объективного мира в понятиях, суждениях, моделях, теориях, концепциях, в результате чего дополнительно к миру реальному возникает идеальный мир, являющийся отражением реального мира в нашем сознании. Мышление дополняет чувственное восприятие выделением общего и существенного, тем, что недоступно для непосредственного восприятия органами чувств.

Мышление - это непрерывный диалог между сознанием и бессознательным. Бессознательное подсказывает сознанию различные варианты поведения и деятельности, направленные на решение актуальных для человека проблем. Если в бессознательном нет вариантов решения или отсутствует нужная информация, то этот постоянно идущий диалог нарушается. В результате мы испытываем чувство беспокойства и тревоги, перерастающее в страх. Так формируется стресс как ответ организма на информационные или эмоциональные перегрузки.

Основной формой мышления является мысль, которая может существовать в самых разных обликах - в виде понятия или образа. Но большинство мыслей состоит из сочетания образов, слов и понятий. Отделить их друг от друга бывает невозможно.

Крупные успехи в изучении мышления были достигнуты в рамках нейрофизиологии. Так, удалось установить, что мыслим мы в основном с помощью переднего мозга, занимающего 85% общего объема мозга и разделенного на два полушария - левое и правое, соединенных пучком нервных волокон (мозолистое тело). Именно передний мозг позволяет нам различать числа, понимать язык, пользоваться логикой, принимать решения, наслаждаться музыкой и оперировать абстрактными понятиями. 15% объема мозга составляют мозжечок и ствол мозга. Мозжечок управляет равновесием тела, а ствол отвечает за поддержание сердцебиения и дыхания.

Крупным достижением нейрофизиологии стало открытие и изу­чение функциональной асимметрии головного мозга. Ранее было отмечено, что левое полушарие отвечает в основном за речь, математические способности, логическое мышление и принятие решений. Правое полушарие обеспечивает восприятие ритма и цвета, музыки и живописи, работу воображения и фантазии, а также ориентацию в пространстве.

«Левополушарное» мышление является дискретным и аналитическим, поскольку с его помощью осуществляется ряд последовательных операций, обеспечивающих непротиворечивый анализ предметов и явлений по определенному числу признаков. Благодаря этому формируется внутренне непротиворечивая картина мира, которую можно закрепить и однозначно выразить в словах или других условных знаках.

«Правополушарное» мышление создает возможность одномоментного отражения и восприятия многочисленных свойств объекта в их взаимосвязи друг с другом и во взаимодействии со свойствами других объектов, что обеспечивает целостность восприятия всего объекта. Благодаря этому образы приобретают свойство многозначности, лежащее в основе творчества, с одной стороны, но препятствующее их логическому упорядочиванию и осознанию, с другой стороны.

Функциональные различия левого и правого полушарий головного мозга представлены в табл.

Таблица

Левое полушарие		Правое полушарие
1		2
Установление хронологического порядка		Фиксация текущего времени, синхронного с физическим временем
Чтение карт и схем		Ориентация на местности и в конкретном пространстве
Деформация временной шкалы (растяжка и сжатие)		Синхронизация биоритмов с внешними циклическими процессами
Запоминание имен	Узнавание лиц
Запоминание слов	Запоминание образов
Эйфорическое видение мира	Видение мира эмоционально-мрачное
Речевая активность, чувствительность к звукам	Восприятие эмоционального  состояния людей, интонаций
Восприятие деталей	Целостное, образное восприятие

В норме оба полушария функционируют во взаимосвязи. Их согласованная деятельность обеспечивает получение адекватной непротиворечивой картины мира. При этом правое полушарие образными средствами создает целостное представление о ситуации, а левое полушарие анализирует ее логическими аналитическими средствами.

Однако в процессе профессиональной деятельности человека из-за преобладания в ней задач того или иного типа может сформироваться доминантное, ведущее полушарие. В такой ситуации доминантное полушарие не позволяет включиться в мышление другому полушарию, отключая его, пытаясь решить проблему любого типа только своими средствами. Так, человек с доминантным левым полушарием может утратить ориентацию в сложной образной ситуации из-за того, что логический аппарат начинает анализировать произвольно выбранный, обычно малосущественный фрагмент данной ситуации. А человек с доминантным правым полушарием часто не может решить простой логической задачи. Это так называемый эффект латерального (бокового) торможения. Поэтому наиболее эффективным является двухполушарное мышление, в котором левое и правое полушария мозга взаимно дополняют друг друга.

Такое же взаимодополнение характерно и для стилей мышления людей, выполняющих в обществе две важнейшие ролевые функции - мужчин и женщин. Между их психикой существуют существенные различия, связанные с тем, что психика мужчин ориентирована на развитие вида, а психика женщин - на его сохранение. Различия в психике мужчин и женщин могут быть отражены в форме сравнительной таблицы.

Таблица

Мужчины	Женщины
1	2
Большая нового роль в становлении	Большая роль в воспроизводстве
Большая роль в изменении среды	Сохранение и поддержание очага
Большая «норма реакции»	Меньшая «норма реакции»
Более логичны и абстрактны	Более интуитивны и конкретны
Более рациональны	Более эмоциональны и чувствительны
Более способны на сверхусилия	Более устойчивы и выносливы
Более жесткая психика	Более лабильная психика
Большая роль в генерации информации	Большая роль в сохранении и передаче информации
Более высокий творческий потенциал	Большая консервативность

Эмоции, мышление, память и внимание в своей совокупности составляют интеллект (от лат. intellectus - понимание, рассудок) человека, т.е. способность мыслить и рационально познавать действительность.

Возникновение интеллекта является естественным и закономерным этапом развития и возникновения жизни на Земле. Как показывают данные этологии, животные часто демонстрируют разумные формы поведения, однако человеческий интеллект принципиально отличается от «разума» животных. Человек способен мыслить абстрактно, формировать общие понятия - не только абстракции, но и идеализации, строить суждения и умозаключения. Это позволяет человеку отрываться в своем мышлении от реальности, создавая идеальный мир своего сознания. Но важнейшим отличием человеческого интеллекта является способность к рефлексии, т.е. умение видеть себя со стороны - изучать не только окружающий мир, но и самого себя в этом мире. В этом заключается сущность самосознания. Таким образом, мышление человека, обладающего интеллектом, становится не только физиологическим, но и социально-историческим феноменом.

Очевидно, совершенствование мышления животных шло по пути превращения обычных рефлексов в сложную нерефлекторную систему обратных связей. При этом развивались способы анализа и оценки полученной информации. Жестко запрограммированный способ действий заменялся гибкими программами отбора рациональных действий из числа допустимых на основе накопленного опыта.

Становление интеллекта в современной науке объясняется теорией самоорганизции, согласно которой любой живой организм обладает обратными связями типа рефлексов, которые обеспечивают простейшие функциональные зависимости между «входом» _и «выходом» системы, между стимулом и реакцией организма. Эволюция любого живого существа развивалась параллельно с развитием системы обратных связей и сопровождалась постепенным их совершенствованием и превращением обычных рефлексов в более сложный нерефлекторный тип связей. Иными словами, в процессе эволюции совершенствовались не только рецепторы, т.е. способы регистрации внешней обстановки, но и способы анализа и оценки полученной информации. Это давало возможность получать представления (прогноз) об изменениях в обстановке, которые могли произойти в зависимости от того, как живое существо будет реагировать на информацию, поступающую из внешнего мира. В этом механизме интеллект человека позволяет приобрести необходимые знания, с помощью которых можно предсказывать развитие событий в зависимости от действий, предпринятых человеком.

Так появился интеллект как способность мышления предвидеть события и результаты собственных действий, анализировать и оценивать свое состояние и состояние окружающей среды, а также принимать решения на основе данных представлений. Именно это и есть сознательная деятельность.

Возникновение сознания и интеллекта имело большое значение для жизнедеятельности человека, поскольку они сделали человека свободным от внешней среды, позволив ему разрабатывать планы будущих трудовых актов, предвидеть последствия своей деятельности, осуществлять обучение младших поколений. Но оборотной стороной этой свободы стало то, что отсутствие сдерживающего влияния конкретных ситуаций нередко вело разум по пути произвольных и неограниченных домыслов и фантазий. Это послужило основой мифов, религий, искусства, науки - разнообразных сфер культуры, являющейся чисто человеческой способностью. Кроме того, именно разум, выделяя человека из природы, лежит в основе дисгармонии человеческого существования. Она проявляется в том что человеку нужны идеальные объекты, цели, потребности, коте рым он мог бы себя посвятить и реализовать. При этом формируется множество новых, несвойственных животным и присущих только человеку потребностей - в связи с другими людьми, в самоутверждении, привязанностях, внутренней целостности, объекте поклонения и т.д.

2. Эмоции человека. Личность может существовать только в постоянном контакте с^; окружающей средой. Под влиянием среды происходит познавательная деятельность человека, регулируется его поведение. Особое значение в этой деятельности имеют эмоции человека, являющиеся тем внутренним механизмом, который превращает внешние раздражители в мотивы, создает оптимальные условия для приспособления организма к окружающей среде, обеспечивает ее познание и творческое преобразование. Поэтому своеобразие каждой личности во многом определяется особенностями ее эмоционального реагирования. Ведь именно от эмоций зависят наше отношение к другим людям и их поступкам, оценка собственных действий. Кроме того, эмоции влияют на функции органов и тканей, а следовательно, и на здоровье человека.

Эмоции выступают в роли регуляторов человеческого общения, влияя на выбор параметров общения и определяя его способы и средства. По своей сути эмоции - это обобщенные чувственные реакции на разнообразные по характеру сигналы, влекущие за собой изменения в физиологическом состоянии организма.

В психологии эмоции определяются как реакции человека или животных на воздействие внутренних или внешних раздражителей, имеющие ярко выраженную субъективную оценку и охватывающие все виды чувств и переживаний. Эмоции возникли в процессе эволюции как средство, позволяющее живым существам определять биологическую значимость состояний организма и внешних воздействий. Поэтому их можно считать формой видового опыта. Ориентируясь на эмоции, индивид совершает необходимые действия, целесообразность которых для него самого может быть неясна. С их помощью можно оценить состояние организма (усталость, боль показывают его неблагополучие). Но можно и стимулировать организм на новые действия (страх или ярость заставляют забыть о боли и усталости).

По признаку доставленного удовольствия или неудовольствия все эмоции можно поделить на три группы:

1)положительные эмоции - радость, блаженство, любовь, симпатия. Они содействуют упрочению полезных навыков и действий;

2)отрицательные эмоции - горе, презрение, ненависть, стыд, зависть, раскаяние, ревность, разочарование, испуг, тревога. Они помогают уклониться от влияния неблагоприятных факторов;

3)нейтральные переживания - спокойное созерцание, удивление, любопытство, безразличие, равнодушие.

Считается, что в жизни человека преобладают положительные эмоции. Но человеку нужны любые эмоции, ведь они служат побуждением к действию. Если у человека исчезнут эмоции и останется лишь голый расчет, то человек превратится в робота, утратит все человеческое. Без эмоций он потеряет способность расти, развиваться и совершенствоваться, потеряет интерес к жизни и происходящему вокруг.

Разные виды эмоций сопровождаются различными физиологическими изменениями в организме и соответствующими психическими проявлениями. Например, при печали, смущении, испуге понижается тонус скелетной мускулатуры. Печаль характеризуется спазмом сосудов, испуг - расслаблением гладкой мускулатуры. Гнев, радость, нетерпение, напротив, сопровождаются повышением тонуса скелетной мускулатуры, при радости расширяются сосуды, при гневе расстраивается координация движений, увеличивается содержание сахара в крови.

Таким образом, эмоции могут быть разделены на две группы:

1) стенические - тонизирующие, возбуждающие (радость, злость, гнев). Считается, что эти эмоции готовят организм к активности, мобилизуют его творческие возможности;

2) астенические - тормозящие, расслабляющие человека (тоска, тревога,  благодушие). Эти эмоции препятствуют осуществлению целенаправленной сознательной деятельности.

И тот и другой тип эмоций может быть как положительным, так и отрицательным. Все зависит от того, как они воспринимаются самим человеком, его сознанием. Таким образом, эмоциональное возбуждение мобилизует все имеющиеся резервы организма. В этом состоянии начинают более тонко работать интеллектуальная сфера и память. В кровь поступает значительное количество адреналина, усиливается работа сердца, повышается артериальное давление, растет газообмен, расширяются бронхи, увеличивается интенсивность окислительных и энергетических процессов в организме. Резко изменяется характер деятельности скелетных мышц, т.е. они мо гут включаться в работу одновременно, а не поочередно. Все эти факты позволяют сделать вывод, что эмоции сформировались в процессе эволюции как механизм приспособления к постоянно изменяющейся внешней среде обитания.

В зависимости от того, с какими потребностями человека связаны эмоции, их можно разделить на две группы:

1)низшие эмоции -- голод, жажда и т.д., возникающие в связи с биологическими потребностями человека, его стремлением выжить. Благодаря им человек способен быстро оценить характер воздействия и адекватно отреагировать на него;

2) высшие эмоции - это социальные, или интеллектуальные эмоции, возникающие в процессе познания личностью окружающей действительности. Они подразделяются на этические и эстетические эмоции. Этические эмоции представляют собой регуляторы поведения человека в обществе - стыд, вина, долг, ответственность, солидарность, патриотизм, дружба. Эстетические эмоции основываются на способности человека воспринимать красоту и гармонию окружающего мира. Они представляют собой оценку каких-то предметов или событий как возвышенных, прекрасных или безобразных, трагических или комических.

По силе проявления и  напряженности чувств эмоции также можно разделить на три группы:

1)настроение - неяркое, относительно устойчивое эмоциональное состояние. По существу оно является основным эмоциональным состоянием человека. На создание настроения влияют самые разные факторы: погода, самочувствие, воспоминания, прочитанное письмо или книга, разговор с продавцом и т.д.;

2)страсть - сильное и глубокое эмоциональное состояние, сохраняющееся достаточно долго. Как правило, она подчиняет себе основную направленность мыслей и поступков человека. Обычно страсть возникает при появлении каких-то желаний, удовлетворение которых становится очень важным для человека, поэтому все его мысли и поступки подчиняются страсти;

3)аффекты - кратковременные, предельно яркие вспышки, эмоциональные  возбуждения высшей степени (восторг, гнев, ярость, ужас). В это время человек не способен прислушиваться к голосу разума и действует только под влиянием эмоций.

Таким образом, эмоции составляют тот внутренний механизм восприятия явлений и процессов внешнего мира, при участии которого внешние раздражители превращаются в мотивы поведения, создаются оптимальные условия для приспособления к окружающей среде и нормального функционирования организма. Отсюда вполне правомерно утверждение, что своеобразие личности в значительной степени определяется особенностями ее эмоционального реагирования на условия и обстоятельства своей жизни.

3. Здоровье, работоспособность и творчество человека. Как отмечалось выше, эмоции создают человеку плохое и хорошее настроение, формируют у него чувства тревоги и радости, отчаяния и наслаждения и т.д. Тем самым они поддерживают или понижают у человека интерес к жизни и окружающему миру. Эмоции, являясь частью психической деятельности человека, влияют на его здоровье, творческую деятельность и работоспособность, которые тем лучше и выше, чем больше положительных эмоций испытывает человек. Поэтому стремление к поддержанию у себя и окружающих положительного эмоционального состояния - залог здоровья, бодрости и счастья. Это означает, что человек, его здоровье, эмоции, творчество и работоспособность между собой неразрывно связаны и в своем единстве образуют ту базу, на которой здоровый человек может работать и творить.

Творчество. Современный человек живет и действует, побуждаемый множеством потребностей самого разного характера и содержания. Часть потребностей для своего удовлетворения требуют изобретения и создания новых продуктов, предметов, условий человеческой жизни, никогда ранее не существовавших и не созданных природой. Эта сторона человеческой жизнедеятельности получила название творчества.

Благодаря творчеству человек возвышается над своей природной основой, поскольку в творчестве он делает свой мир более разнообразным, удобным и безопасным для жизни. В этой связи решающее значение приобретает выработка новых ценностей, которые обеспечивают человеку сохранение здоровья и работоспособности. Здоровье и улучшение жизни людей невозможны без творчества - непрекращающегося процесса возвышения человека над породившей его природой.

Творчество - это целенаправленная деятельность по познанию и созданию качественно нового, неизвестного до сих пор в материальной и духовной сферах культуры.

Однако степень новизны продуктов творческой деятельности человека может значительно различаться. Не следует считать, что творчество - это только совершение великих открытий в науке и технике или создание шедевров искусства. Каждый человек индивидуально неповторим, но он должен в своей жизни освоить часть общечеловеческого опыта и знаний. Для него овладение этими навыками и знаниями также является творческим процессом. Поэто­му решение любой частной задачи, в результате которой появляется что-то новое хотя бы для данного человека, связано с творчеством.

Разумеется, наибольший интерес исследователей привлекает творчество высших достижений. Главным в нем является обнаружение самой проблемы, а затем и ее решение. Не случайно говорят, что правильно заданный вопрос содержит 90% ответа. Большинство крупнейших открытий в науке и технике появились как результат ответов именно на такие вопросы.

Для творческой деятельности очень важны такие свойства личности, как воображение, интуиция, умственная активность, а также способность к самонаблюдению и самооценке. Ведь без осознания структуры своих умений и навыков, базирующихся на определенном опыте решения тех или иных проблем, творчество будет невозможным. Важно также отметить, что творчество обычно способствует повышению или сохранению самооценки, поэтому оно становится личностно значимым для человека. Гибкий ум, глубокое мышление, его высокая критичность помогают человеку преодолевать препятствия на пути реализации творчества.

В современной науке существует несколько моделей творческой деятельности. В них обычно выделяют четыре основных этапа творческого процесса:

1)сознательное преобразование информации;

2)созревание идеи в бессознательном;

3)переход идеи из бессознательного в сознание (озарение, «инсайт»);

4)проверка истинности идеи, ее последующее сознательное развитие и формализация.

Первый и четвертый этапы представляют собой логический поиск и преобразование необходимой для созревания интуитивного решения информации, а также анализ этого решения. Второй и третий этапы - иррациональная деятельность сознания. Таким образом, в творчестве неразрывно связаны противоположные типы мышления.

На первом этапе, когда идет сознательное преобразование информации, человек выбирает актуальную для него проблему. Чаще всего это бывает, когда посильная для него задача вдруг не находит своего решения. В этой ситуации человек испытывает глубокий психологический дискомфорт, возникающий из-за возможного снижения самооценки, начинает перебирать возможные рациональные варианты решения проблемы, отбирает факты, могущие оказаться полезными, а также выявляет противоречия и проблемы, требующие своего решения. Результатом первого этапа обычно является большое число неадекватных решений и множество нерешенных проблем.

Из-за малой информационной емкости сознания появившиеся промежуточные понятия и образы, характеризующие отдельные стороны решаемой задачи, вытесняются в бессознательное. После этого в творческом процессе начинается второй этап, связанный с взаимодействием сознательного с бессознательным, правого и левого полушарий мозга. Идет мощная активация бессознательного, на первых порах не дающая желаемого результата. Поэтому нарастают отрицательные эмоции, может возникнуть ситуация угрозы для целостности личности.

В данном случае лучше всего на время отказаться от решения проблемы и переключиться на решение других задач. Когда сознание творца меньше всего занято решением проблемы и не контролируется личностью (сон, отдых), чаще всего происходит озарение - третий этап творчества, т.е. подготовленное на первом этапе левое («логическое») полушарие мгновенно распознает появляющийся в правом полушарии правильный образ - решение проблемы. При этом мгновенно исчезают отрицательные эмоции, чувство тревоги и беспокойства. Они заменяются мощными положительными эмоциями, человек испытывает чувство ни с чем не сравнимого восторга и блаженства.

На последнем, четвертом, этапе творчества найденное решение переводится в языковую форму, идут экспериментальная проверка его истинности и объяснение полученных результатов. Это очень важная часть работы, причем очень трудоемкая. Поэтому инсайт - начало продолжительного, нередко мучительного критического анализа, обоснования найденного решения.

Важнейшей предпосылкой творческой деятельности является полная внутренняя свобода личности, умение отрешиться от стереотипов - типизированных программ действий и мыслей в стандартных ситуациях, способность посмотреть на проблему с необычной стороны. Таким образом, творчество связано с инакомыслием, а также с умением терпимо относиться к чужому мнению, пусть и отличающемуся от собственного мнения.

Существует множество технологий решения творческих проблем. Самая простая из них и давно известная зафиксирована в известной русской пословице: «Утро вечера мудренее». Чтобы день был плодотворным, к нему нужно мысленно подготовиться еще накануне: сформулировать проблемы, требующие своего решения, наметить возможные пути их решения. Благодаря этому наше бессознательное получит задание, над которым оно будет работать во время нашего сна или отдыха. В результате уже утром можно иметь достаточно четкую программу действий.

Разработаны также различные методы коллективного решения творческих проблем. Широкой известностью среди них пользуется метод «мозгового штурма», при котором вместе собираются две группы людей - генераторы идей (люди с образным мышлением) и аналитики (люди с логическим мышлением). Ведущий данной встречи излагает им проблему, после чего генераторы предлагают самые разные варианты, а аналитики их обсуждают. Замечательным примером применения данного метода является телевизионная игра «Что? Где? Когда?», участники которой всего за минуту находят ответы на достаточно сложные вопросы.

Работоспособность.

Работоспособность определяется как способность индивида выполнять целесообразную деятельность на заданном уровне эффективности в течение определенного времени.

Работоспособность человека детерминируется, прежде всего, индивидуальными свойствами личности, ее здоровьем и созданием системы условий для поддержания трудовой деятельности человека.

Обычно выделяют четыре стадии работоспособности:

1) врабатывание - знакомство с новым видом деятельности или восстановление имеющихся навыков после перерыва в работе;

2) оптимальная работоспособность отсутствие физического утомления, положительный психологический настрой на работу создают ровный рабочий ритм, при этом достигается высокая производительность труда и совершается минимальное количество ошибок;

3) некомпенсируемое и компенсируемое утомление - эта стадия обычно наступает во второй половине рабочего дня, когда накапливается усталость, поэтому рабочий ритм снижается, человек совершает большее количество ошибок;

4) конечный «порыв» - осознание того, что выполнение задачи близко, придает человеку дополнительные силы, и он демонстрирует очень высокие показатели на завершающем этапе своей деятельности.

В зависимости от вида деятельности, индивидуальных особенностей, состояния здоровья человека продолжительность и степень выраженности этих стадий могут варьироваться, причем некоторые из них могут даже выпадать.

К внешним условиям работоспособности относятся: средства производства, орудия труда, условия труда. Так, например, чтобы вбить самый обычный гвоздь, нужен молоток, в отсутствие которого наша задача станет трудновыполнимой. Или, забивание того же самого гвоздя на сильном морозе вызовет ряд дополнительных трудностей, которые потребуют больших усилий от человека.

К внутренним ресурсам работоспособности относятся те знания и навыки, которыми обладает человек и которые он постоянно совершенствует. Кроме того, нужно учитывать склонность человека к тому или иному виду деятельности. Так, человек, хорошо справляющийся с физическими нагрузками, может испытывать серьезные трудности при осуществлении интеллектуальной деятельности, требующей специальных навыков. И, наоборот, человек, с удовольствием работающий с книгами, документами и показывающий при этом высокую степень работоспособности, вряд ли продемонстрирует такие же результаты при физической работе. Поэтому в вопросе работоспособности нужно учитывать желание или нежелание человека выполнять ту или иную работу - если человек заставляет себя делать то, что ему не нравится, не следует ожидать высоких результатов от его работы. И наоборот, любимой работе человек отдает себя целиком, достигая при этом высоких результатов и показывая высокую работоспособность. Особую радость доставляет творческая работа, в которой человек может реализовать себя. Решая творческие задачи, художники, ученые, изобретатели могут сутками работать над их решением, демонстрируя очень высокую работоспособность.

Здоровье человека. Высокая работоспособность невозможна, если у человека плохое здоровье. Только человек, здоровый как физически, так и духовно, может целиком отдаваться любому делу, быть творцом. Поэтому проблемы здоровья человека и его сохранения очень важны как для отдельного человека, так и для всего общества. Решением этих проблем занимается медицина, которая разрабатывает нормы безопасных пределов содержания в производственных помещениях пыли, газов, паров, поддержания оптимальных температур, влажности, шума, вибрации, степени ионизирующего излучения и т.д.

Проблемы здоровья и болезни человека особенно важны потому, что здоровый человек свободен в своих поступках, удовлетворении своих материальных и духовных потребностей (в рамках тех возможностей, которые предоставляются ему обществом). Болезнь же ограничивает человеческую свободу, добавляя к общественным ограничениям поступков человека ограниченные возможности его собственного тела. Поэтому отношение человека к своему телу не может быть просто отношением к некой природной, естественной объективности - человек встречается с необходимостью, ее языком и властью. И власть эта, запечатленная в телесной организации человека, отличается особой жестокостью и императивностью. Практически каждый человек имеет возможность убедиться в этом - достаточно вспомнить ощущение абсолютной беспомощности, которое охватывает человека, когда он тяжело болеет. Поэтому можно сказать, что телесность выступает как поток жизни, как жизнедеятельность человека в целом. А тело является статическим аспектом телесности, от которого человек никак и никогда не сможет избавиться, пока он живет. Ведь зачатием человек бросается в поток жизни помимо своей воли. Момент смерти также наступает независимо от желаний человека. Каждая стадия возрастных изменений принудительно ввергает человека в новую жизненную ситуацию. В силу указанных аспектов человеческой жизни вопросы здоровья человека также носят естественно-научный характер и составляют предмет медицины - науки, изучающей причины возникновения болезней человека, закономерности их развития, методы их распознавания и лечения, а также формы оптимальной организации медицинской помощи населению.

В отечественной медицинской науке здоровье человека определяется как нормальное психосоматическое состояние и способность человека оптимально удовлетворять свои материальные и духовные потребности.

Оно характеризуется биологическим потенциалом, физиологическими резервами жизнедеятельности, нормальным психическим состоянием и социальными возможностями реализации человеком всех его задатков. В зависимости от того, кто является носителем здоровья (человек, группа, население, общество), выделяют следующие его типы:

• индивидуальное здоровье (человек, личность);

• здоровье группы (семья, профессиональная или возрастная группа);

• здоровье населения (популяционное, общественное).

В соответствии с типом здоровья в каждом обществе выработаны показатели, посредством которых дается количественная и качественная его характеристика.

В современной научной литературе существует более 100 определений понятия здоровья, из которых главным считается определение Всемирной организации здравоохранения, согласно которому здоровье - это объективное состояние и субъективное чувство полного физического, психического и социального комфорта, а не просто отсутствие болезней. Поскольку ни одно определение здоровья не принято в качестве эталонного, то о состоянии здоровья человека ученые и медики судят на основании объективных данных, полученных в результате антропометрических, клинико-физиологических и лабораторных исследований, соотнесенных со среднестатистическими показателями возраста населения, профессиональной структуры и экологического состояния данного общества.

Физическое здоровье во многом определяется генетическим фактором. Также оно зависит от психического здоровья, которое, в свою очередь, тесно связано с социальным окружением человека, уровнем развития общества. Очень важную роль играет отношение человека к собственному здоровью, его образ жизни, наличие или отсутствие вредных привычек.

У каждого человека есть свои резервы здоровья. Это возможности максимальной работы органов нашего тела - сердца, легких, почек, печени и т.д., при которой они сохраняют свои функции.

Если здоровье - это нормальная жизнедеятельность организма, возможность свободного выполнения человеком всех своих обязанностей, а также осуществления его интересов, то болезнь - это нарушение нормальной жизнедеятельности организма, потеря человеком своей свободы, что связано с потерей приспособительной функции и способностей организма. Чаще всего болезнь связана с нарушением согласованного течения обменных процессов в организме. Эти нарушения могут быть как количественными, так и качественными.

Для лечения болезней человек с давних пор стал применять различные лекарства, а также использовать различные процедуры. Первые лекарства, использовавшиеся человеком, имели в основном растительное или животное происхождение. Но по мере развития науки и техники в качестве лекарств все чаще стали использоваться вновь синтезированные органические и неорганические препараты. Доступность лекарств приводит к тому, что многие люди злоупотребляют ими, попадают в настоящую лекарственную зависимость. Результатом становятся широко распространившиеся лекарственные аллергии. Кроме того, многие лекарства наряду с полезным действием вызывают негативные побочные эффекты, среди которых нарушение обмена веществ, ослабление иммунитета, рост числа грибковых заболеваний и т.д. Бесконтрольное применение многих препаратов (в том числе, антибиотиков) приводит к привыканию организма к ним, он становится невосприимчивым к действию этих лекарств, поэтому болезнь не лечится, а переходит в хроническую форму.

Поэтому лекарства следует применять только в самом крайнем случае. Для поддержания оптимального самочувствия лучше обратиться к природным факторам. Ведь человек формировался среди естественной природы и связан с ней множеством нитей. Окружающая нас среда - леса, поля, парки, реки, ручьи и т.д. - содержит множество лечебных свойств и факторов, которые могут помочь нам лучше, чем многие лекарства.

Так, благотворно действует на человека умеренная работа на природе - в саду, огороде, на поле. Труд повышает обмен веществ, мобилизует силы, а также способствует психологической реабилитации человека. Очень полезны водные процедуры, особенно купание, избавляющее человека от заболеваний верхних дыхательных путей. Помогает лечение воздушными ваннами, особенно полезен зимний воздух, в котором отсутствует большая часть микробов. Раньше говорили о пользе загара, благоприятном воздействии солнечных лучей. Однако в последнее время в связи с разрушением озонового экрана на Землю проникает большее количество ультрафиолетовых лучей, что увеличивает риск заболеваний раком кожи.

В последнее время большой популярностью пользуется ароматерапия - лечение запахами. Давно известно, что запахи могут вызывать самые разнообразные эмоции. Приятные запахи поднимают настроение, повышают работоспособность, а неприятные могут вызвать головную боль, головокружение, повышение давления и т.д.

Поэтому уже врачи древности лечили некоторые болезни с помощью нюхательных солей. Сегодня известно, что растения выделяют сотни различных веществ, многие из которых полезны для человека. Поэтому популярностью пользуются различные ароматические масла, полезные в самых разных ситуациях.

Лечебным эффектом также обладает живописный ландшафт. Живописные картины природы поднимают настроение, снимают стресс, отвлекают от тяжелых переживаний. Может лечить тишина, наполненная звуками родной природы: пением птиц, шелестом деревьев, журчанием ручья. Особенно актуально это в условиях современных больших городов, жители которых постоянно подвергаются воздействию шумового загрязнения, способного вызвать не только легкие недомогания, но и тяжелые истощения нервной системы, язву желудка и пр.

Таким образом, для сохранения здоровья нужно чаще бывать на природе - в лесу, на лугу, у природных водоемов. Особенно важно это для горожан. Ведь намного проще предотвратить болезни, чем их лечить, а для этого важно вести здоровый образ жизни. Только так человек сможет полностью реализовать себя во всех сферах человеческой жизнедеятельности - в труде, быту, семейной жизни, социально-экономической и политической сферах, в сфере духовной культуры и образования.

Способность человека к самореализации и самоактуализации, прежде всего, определяется уровнем и качеством здоровья. Эти понятия введены в рамках новой науки - валеологии, ставящей своей целью сохранение здоровья души и тела человека. С точки зрения валеологии, больных людей нет. Все люди здоровы, но качество их здоровья - разное. Поэтому можно выделить семь валеологических уровней здоровья.

Последний, седьмой, уровень здоровья - реанимационный. Это состояние, угрожающее жизни человека. Спасти жизнь можно только в больнице.

Шестой уровень здоровья связан с состоянием, опасным для жизни человека. На этом уровне идет накопление различных болезней, сокращающих человеческую жизнь. К сожалению, большая часть городского населения находится на этом уровне.

На пятом уровне также накапливаются отдельные болезни, но и здоровье тоже накапливается. На этом уровне здоровья человек обладает низкой работоспособностью, он с трудом сохраняет внимание.

Четвертый уровень - уровень стабилизации, стадия ремиссии. У человека есть какие-то болезни, но они не проявляются, так как организму хватает собственных сил, чтобы справиться с ними и адаптироваться к окружающей среде. Человек обладает хорошей работоспособностью и антистрессовой защитой. Поэтому вывести большую часть населения на этот уровень здоровья - важнейшая задача современной медицины.

На третьем уровне здоровья человек способен к полной реализации своих планов и способностей.

Первый и второй уровни здоровья связаны с развитием у человека необычных способностей, например к целительству и пр.

Разумеется, любой человек, приложив определенные усилия, может перейти с более низкого на более высокий уровень здоровья. Для этого нужно вести здоровый образ жизни, придерживаться режима, получать регулярную физическую нагрузку, правильно (сбалансированно) питаться. И, конечно, человек должен поставить перед собой цель - улучшить собственное здоровье.

Современное состояние медицины. Успехи современной медицины привели к росту средней продолжительности жизни людей. Экономически развитым странам сегодня практически не угрожают вспышки таких инфекционных болезней, как холера, чума, оспа, ранее уносивших миллионы жизней. Инфекционные болезни, ранее занимавшие первую строчку в списке болезней - причин смерти людей, теперь находятся лишь на четвертом месте. На первом месте стоят сердечно-сосудистые, на втором - онкологические, на третьем - нервно-психические заболевания. С этими болезнями справиться значительно сложнее, так как профилактика их связана, прежде всего, со здоровым образом жизни, сбалансированным питанием, регулярными медицинскими обследованиями, которые могут позволить себе лишь жители развитых стран. Поэтому ни в одной стране мира продолжительность жизни граждан не достигает теоретически возможной, которая, с точки зрения гене­тиков, должна намного превышать сто лет.

Причинами болезней, как принято сегодня считать, являются не внешние и внутренние факторы (патогенные воздействия среды и нарушения функций организма), а их взаимодействие. При этом роль различных факторов, вызывающих болезни, меняется в зависимости от времени, эпохи, уровня социально-экономического развития общества.

Так, если в прошлом характер патологии детерминировался в основном патогенными природными воздействиями, то в настоящее время он обусловливается, прежде всего, антропогенными воздействиями - результатами деятельности самого человека.

До недавнего времени человек испытывал воздействие таких факторов, как гипердинамия - максимальная мускульная активность; общее (калорийная недостаточность) и специфическое (недостаток микроэлементов и витаминов) недоедание. Сегодня причиной многих заболеваний является гиподинамия - недостаточная физическая активность, информационное изобилие и психоэмоциональный стресс. Они ведут к перестройке аппарата психоэмоциональной адаптации. Причина - моторизация современного производства и быта, насыщение жизни техникой, шум, ускорение ритма жизни, резкое возрастание числа межличностных контактов, имеющих нередко отрицательный, болезнетворный психоэмоциональный заряд.

Определенное сочетание психоэмоционального стресса с малоподвижным образом жизни и избыточным питанием ведет к суммированию этих воздействий, способствует росту числа некоторых заболеваний, особенно сердечно-сосудистых. Также они непосредственно определяют эволюцию болезней, изменение степени их тяжести, симптоматики, ведут к исчезновению старых и возникновению новых болезней, резко изменяют характер заболеваемости.

Широкое распространение в настоящее время получили заболевания, в возникновении которых большую роль играют психоэмоциональные факторы. Усиливающаяся социализация жизни современного человека сказывается на его соматической (телесной) патологии. Такие факторы, как профессия, отношение человека к труду, атмосфера производственного коллектива, оказывают существенное влияние на состояние его телесного и психического здоровья.

С переходом на новую ступень общественного развития все более усложняются психоэмоциональные отношения людей, исчезает их былая психологическая разобщенность. Все каналы эмоциональной взаимосвязи ныне до предела заполнены, а иногда перегружены. Нервная система человека подвергается постоянной, все возрастающей эмоционально-психической «бомбардировке», начиная от здоровых, тонизирующих, и кончая отрицательными, болезнетворными эмоциями. Возрастает темп жизни, укорачиваются сроки морального износа техники, происходит устаревание некоторых профессий, убыстряется развитие науки, техники, культуры и т.п. Все это предъявляет новые, повышенные требования к внутренним ресурсам человека, важным компонентом которых являются психическое здоровье и эмоциональное равновесие.

Если современный этап общественного развития характеризуется ускорением темпов жизни во всех сферах, то скорости психофизиологических и соматических реакций организма нередко оказываются замедленными, отстают от ритмов социальной и производственной жизни, таким образом, возникает социально-биологическая аритмия как общая предпосылка возникновения многих заболеваний. Ухудшение социально-экономических условий жизни людей только обостряет эту ситуацию.

Поэтому закономерно, что здоровье населения с каждым годом ухудшается. Особенно печально складывается ситуация в нашей стране. В последние годы резко увеличилась смертность и упала рождаемость на фоне резкого сокращения средней продолжительности жизни. В западной и отечественной литературе в связи с этим появился новый термин - «русский крест», означающий устойчивое превышение смертности над рождаемостью. Убыль населения в России составляет более 1 млн. человек в год.

Отсутствие достаточного финансирования медицины, а также достаточного количества средств, необходимых для поддержания нормального уровня жизни у большого числа людей, привело к резкому падению уровня здоровья населения. В результате массово возродились болезни, практически искорененные в годы советской власти, - туберкулез, венерические заболевания. Весьма серьезной проблемой становится СПИД - синдром иммунодефицита человека. К давно существовавшей в нашей стране проблеме алкоголизма добавилась проблема наркомании.

В результате до 70% современных женщин имеют отклонения в состоянии здоровья, до 20% возросла доля новорожденных с физическими и неврологическими патологиями. Важнейшим индикатором здоровья народа и социального благополучия общества является уровень младенческой смертности. В России этот показатель за последние годы увеличился на 15%.

Не менее удручающими являются показатели влияния некоторых компонентов окружающей среды на здоровье человека. Так, достоверно известно, что загрязненность воздуха вызывает заболевания органов дыхания, кровообращения, пищеварения и т.д. Кроме того, она является важнейшей из причин накопления мутаций организма, влияющих на генотип человека.

Примерно 85% заболеваний вызывается и переносится водой. К болезням приводит, прежде всего, низкое качество воды, содержащей токсичные соединения тяжелых металлов, вредные органические примеси и болезнетворные бактерии. Чем больше насыщенность воды солями, тем выше риск заболеть атеросклерозом, инсультом, инфарктом и т.д. В огромной степени нам портит здоровье хлор. Хотя хлорирование воды спасает от инфекций, однако его производные медленно и уверенно подрывают здоровье, так как обладают канцерогенным мутагенным эффектом[43]. Они могут влиять на наследственность, кроме того, многие хлорорганические соединения являются сильнейшими печеночными ядами и т.д.

Все названные проблемы и болезни носят системный характер и имеют в своей основе социальные причины. В современном мире мало знать причину болезни и методики ее лечения. Они становятся все более дорогостоящими, доступными далеко не каждому человеку. Поэтому в наши дни все более острым становится противоречие между конкретными достижениями медицинской науки и практикой здравоохранения. Это заставляет по-новому осмысливать понятия и нормы общечеловеческой морали применительно к медицине, а также ко всей сфере экспериментальной и теоретической деятельности в биологии. Это привело к появлению еще одной новой сферы этики -биоэтики.

4. Биоэтика.

Биоэтика как система этических стандартов. Успехи современной биологии и медицины, новые биомедицинские технологии, невозможные еще пятьдесят лет назад, позволили специалистам обрести настоящую власть над жизнью и смертью. Поэтому ответственность ученого-биолога и врача сейчас намного выше, чем раньше. Новая ситуация потребовала новых форм контроля со стороны общества за их работой и использованием новых научных достижений, обострила морально-этические проблемы, с которыми сталкивается врач в общении с пациентом, с одной стороны, и с обществом - с другой. В истории развития науки проблемы такого плана возникали всегда, но они часто не имели однозначного решения, а в условиях различных культурных традиций предлагались и прямо противоположные варианты их решения.

Традиционно основной формой контроля над деятельностью человека были моральные нормы,, нравственное регулирование, опирающиеся на тот внутренний стержень, который имеется в душе каждого человека или заложен в процессе воспитания. Такой способ регулирования поведения людей является особенно эффективным по сравнению с нормами права - внешним регулятором поведения человека.

Каждый человек, как правило, следует нравственным нормам. Но во все времена особенно важной была нравственная надежность врача. По этой причине еще на заре развития медицины были сформулированы основные принципы отношения врача к больному, его обязанности по отношению к обществу, а также правила взаимоотношений врачей между собой.

Впервые нравственные заповеди врача были изложены в знаменитой клятве Гиппократа, согласно которой врач должен приходить к больному только для его пользы, бороться за его жизнь до последней возможности и т.д. В несколько измененном виде эта клятва стала основой факультетского обещания, которое подписывалось врачами в Средние века и Новое время. Сохранилась традиция давать такую клятву и в наши дни. Именно клятва Гиппократа является сегодня основой традиционной медицинской этики, к важнейшим вопросам которой относятся: сохранение врачебной тайны, информирование больного о его болезни и ходе лечения, сообщение о наличии опасных для общества болезней соответствующим учреждениям здравоохранения и т.п.

Но существовавшие до последнего времени моральные нормы не могут подсказать, какое поведение будет правильным в современной ситуации. Ведь новый опыт биомедицинского знания ставит человека перед возможностью не только «давать» жизнь - в настоящее время существуют возможности искусственного оплодотворения, определения и изменения качественных параметров жизни с помощью генной инженерии, транссексуальной хирургии, меняющей пол человека. Сегодня врач может продлить жизнь, отодвинув время смерти с помощью современных реанимационных процедур, методов геронтологии, а также за счет трансплантации органов.

В свете традиционного морально-мировоззренческого сознания новый опыт биомедицинских технологий - техногенное производство и уничтожение жизни на эмбриональном уровне, трансплантологическое продление и завершение жизни - не всегда может быть оценен как вполне моральный. Более того, в ряде случаев он вступает в явное противоречие с установившимися моральными ценностями и принципами, прежде всего, вновь встает вопрос о моральности убийства эмбриона при искусственном оплодотворении и генетических опытах, о моральности эвтаназии (легкой смерти больного для избавления его от невыносимых страданий) и т.д.

Прежде существовавшая медицинская этика, сформированная в рамках старых мировоззренческих традиций, останавливалась у порога Жизни и Смерти, над которыми, как считалось, были властны только Бог или непознанные законы природы. Человек не мог произвольно манипулировать своей биологической сущностью. Теперь же человек все чаще отказывается считать себя пассивным материалом в руках высших сил и хочет быть полноправным творцом своей жизни и самого себя. В этих условиях и произошло возникновение биоэтики.

Биоэтика - система новых этических стандартов в сфере экспериментальной и теоретической деятельности в биологии и медицине, а также при практическом применении результатов данных исследований, в соответствии с которыми иначе решаются многие традиционные для медицинской этики вопросы.

Сфера биоэтики. Предметом биоэтики являются достижения современного естествознания, в первую очередь биологии и медицины, глубокое их исследование и определение норм, правил и границ их применения в настоящем и будущем в жизнедеятельности человека и общества. С этой целью биоэтика разрабатывает меры морального и правового характера, которые призваны регулировать применение новых методик, а также ограждать каждого отдельного человека и все человечество в целом от нежелательных и губительных последствий внедрения новых биологических и медицинских достижений. Сегодня биоэтика значительно расширила сферу традиционной медицинской этики, иначе решая многие вопросы.

Информирование больного о болезни и ходе его лечения. Если раньше считалось, что больной ни в коем случае не должен знать о заболевании с возможным смертельным исходом, то сегодня такая информация считается обязательной, чтобы человек мог принять необходимые решения, привести в порядок свои дела. Кроме того, к успехам современной медицины относятся новые методы лечения таких болезней, поэтому у больного появляется шанс на благополучный исход.

Проблемы современной реанимационной практики порождены появлением новых сложных, дорогостоящих механизмов (дыхательных аппаратов, «искусственной почки» и пр.), превративших умирание в длительный механизированный процесс и позволяющих очень долго поддерживать жизнь в человеческом теле. Поэтому биоэтика решает принципиально новый морально-этический вопрос: кто в такой ситуации должен принимать решение о смерти - сам умирающий, его родственники или врачи. Но в любом случае выключение этих аппаратов будет означать смерть пациента, и с точки зрения традиционной морали должно оцениваться как убийство или самоубийство.

Проблема эвтаназии - добровольной безболезненной смерти безнадежно больного пациента. В последнее время возможность эвтаназии широко обсуждается на страницах периодических изданий и других средств массовой информации разных стран. Периодически в западных странах происходят судебные процессы, на которых звучат обвинения в адрес врачей, решившихся на эвтаназию, ведь в большинстве стран это расценивается как убийство. В то же время в ряде стран законом разрешена пассивная добровольная эвтаназия, которую трудно отличить от врачебной халатности. Также часто происходят процессы, на которых больные предъявляют иски к го­сударству с требованием разрешить им добровольный уход из жиз­ни. Конечно, в реальной врачебной практике медикам приходится постоянно решать вопросы о продлении (непродлении) жизни своего пациента. Но выписать безнадежно больного человека из больницы домой, зная, что он там умрет, это - одна ситуация. Другое дело - самому прекратить его страдания вместе с жизнью, введя смертельную инъекцию.

Трансплантология. Проблемой биоэтики является трансплантология. Ведь основным источником биоматериала - человеческих органов, подлежащих трансплантации, являются терминальные (умирающие) пациенты. Поэтому их смерть задерживается, продлевается во времени, чтобы извлечь и сохранить нужные для пересадки органы. Таким образом, у современной медицины появилась новая функция - смертеобеспечение, отсутствующая у традиционной медицины.

В данном случае существует еще одна сложная этическая проблема - определения, кому должен быть пересажен тот или иной орган, притом, что законы большинства стран запрещают покупку донорских органов. Человек может подарить их после своей смерти, оставив соответствующее завещание. Правда, далеко не каждый человек способен на подобную гуманность. Возможность же использования врачами органов без согласия донора приводит к судебным процессам, которые периодически происходят на Западе. Эта ситуация также должна получить оценку в рамках биоэтики. Ведь, с одной стороны, врач нарушает волю умершего, запретившего использовать его органы, но, с другой стороны, он спасает жизнь тем людям, которые иначе просто погибли бы.

Сохранение жизни. Давно обсуждаемой проблемой биоэтики является право женщин на аборт, на его свободный выбор - сохранять или не сохранять жизнь своего ребенка. Во многих странах это разрешено законодательством (в том числе, и в нашей стране). Но с точки зрения традиционной морали - это обесценивание и вытеснение такой ее нормы, как «не убий».

Обесценивание традиционных моральных норм и ценностей также связано со все большим распространением методик искусственного оплодотворения. Ведь такое «асексуальное размножение» неизбежно приведет к деформации биофизиологических родственных человеческих взаимоотношений: место обычной семьи займут неполные семьи, однополые браки. Также встает проблема «суррогатного материнства» - как оценить женщину, вынашивающую и рожающую чужого ребенка за вознаграждение.

Транссексуальная хирургия. К числу самых современных проблемы биоэтики принадлежит транссексуальная хирургия - еще одно медицинское нововведение, ставящее множество незнакомых ранее моральных проблем, связанных с сексуальностью человека. В традиционном понимании сексуальность - это сложный процесс, сопровождающий становление человеческого существа, который предполагает для каждого индивида переход от ощущения удовольствия к разумному отношению к функции продолжения рода. Перемена пола, произведенная хирургическим путем, как правило, сопряжена с подавлением функции продолжения рода, что с традиционной точки зрения не является нормальным. Тем не менее, в результате широкого правозащитного движения такие операции проводятся, а значит, идет формирование новых этических стандартов.

Клонирование. Последние успехи генной инженерии создали возможность клонирования не только низших, но и высших организмов, в том числе и человека. Клон - это генетическая копия отдельного организма, получаемая путем неполового размножения, при котором побуждается к делению ядро соматической клетки. Поскольку клон наследует гены лишь одного родителя, он должен быть генетически тождественным своему родителю. В естественных условиях клонированием размножаются бактерии и одноклеточные животные.

Клонирование с момента своего появления сразу же вызвало самое широкое обсуждение не только среди специалистов, но и в СМИ. При этом в центре развернувшейся дискуссии были не столько технические, сколько моральные проблемы этого открытия. Так, широко обсуждается множество сценариев грядущих катастроф, связанных с возможностью клонирования человека. Говорят и о создании каст людей, приспособленных для выполнения узкоспециализированной деятельности, и о выращивании существ - «копий», которые должны стать живыми складами донорских органов для своих генетических оригиналов, и о воссоздании умерших гениев или злодеев. Интересно, что об этих проблемах заговорили до того, как произошло практическое применение новых технологий, и мнения людей разделились. Впрочем, в основном по данному вопросу преобладает взвешенный подход, согласно которому вмешательство в наследственные коды нарушает основной принцип эволюции - целостность возникновения и развития жизни, проверку особи в ходе эволюции на способность достижения исходного уровня нового развития.

По этой причине наложен запрет на клонирование человека, но не запрещаются исследования в данной области генетики. Интересно отметить, что Советом Европы в 1997 г. был принят Дополнительный протокол к Конвенции «О правах человека и биомедицине». В нем было запрещено клонирование человеческих существ, но понятие «человеческое существо» не было разъяснено, а оставлено для решения в рамках внутреннего законодательства стран. Таким образом, впервые в истории появилась необходимость законодательно определить, что такое человеческое существо, а значит, и человек. Если раньше эта проблема занимала только философов, а большинство людей считали их рассуждения не более чем причудой, то бурный прогресс современной биомедицины показал непосредственно-практический смысл этого вопроса.

Биоэтика как новое мировоззрение. Итак, мы видим, как традиционные моральные нормы и этические принципы перестают работать в новых условиях. Революционные открытия в области биологии и медицины показали их недостаточность в свете новых возможностей науки. Поэтому на уровень общественного сознания выходят идеи «моральности убийства», «моральности отключения жизнеподдерживающей аппаратуры», «необходимость достойной смерти для смертельно больных людей», возможности исследования и использования человеческого биоматериала как для опытов, так и для пересадки органов и др. Очевидно, эти понятия могут стать основанием новой этики - биоэтики. Она выходит из режима подчинения естественным законам природы, что было характерно для традиционной морали, расширяя права человека вопреки природе. Но это приводит к изменению представлений о добре и зле, которые традиционно являются основными регулятора­ми человеческих взаимоотношений. А самое главное, что отстаивая право отдельного человека, новые технологии могут привести к потере потенциала развития человечества в целом, так как нарушение естественных законов не может проходить безнаказанно. Поэтому важнейшей задачей биоэтики должна стать не столько оценка конкретных биомедицинских технологий, сколько формулирование новых правил и норм, направленных на охрану природы (в том числе, и самого вида Homo sapiens) от натиска человеческой культуры.

Когда-то, на заре человеческого общества, возникновение традиционной морали и этических принципов стало своеобразной формой защиты от разрушительных природно-биологических начал в человеке. Сегодня этическое должно стать формой защиты природно-биологического от натиска искусственного мира культуры с ее крайним антропоцентризмом. Биоэтика должна сформировать новое мировоззрение, основанное на биосфероцентризме, в центре которого должны быть интересы не человека, но природы в целом. Но для этого человеку придется решить вопрос не только о моральности новых биомедицинских технологий, но и серьезнейшие экологические проблемы, ставящие под угрозу само существование человечества как биологического вида.

В решении проблем биоэтики сталкиваются интересы биологических, медицинских, юридических и философских наук. Поэтому успехи в научном и практическом решении проблем биоэтики зависят от налаживания сотрудничества представителей различных областей знания.

Тема 15: Понятие и сущность биосферы.

1. Понятие биосферы.

2. Биосфера и космос.

3. Человек и космос.

4. Человек и природа.

1. Понятие биосферы. Всестороннее изучение природы показывает, что живые организмы и среда их обитания сосуществуют в постоянном взаимодействии. В этой совокупности взаимосвязей живая природа представляет собой специфическую сферу действительности, целостную систему, похожую на единый живой организм, который родился вместе с Землей и постоянно вместе с ней эволюционирует. Планетарные масштабы этой системы и одновременно ее схожесть с живым организмом позволяют рассматривать ее как особый уровень организации живой материи, получившей название биосферы.

В системе современного естествознания понятие биосферы занимает ключевое место и поэтому разработка учения о биосфере имеет длительную историю. Начало ее изучению положил Ж.Б. Ламарк, который в своей книге «Гидрогеология» одним из первых обосновал идею о влиянии живых организмов на геологические процессы. Затем учению о живой природе был посвящен многотомный труд А. Гумбольдта «Космос», в котором он ввел понятие жизненной среды, понимая под ним оболочку Земли, куда входят атмосферные, морские и континентальные процессы и весь органический мир.

Сам термин «биосфера» был впервые введен в науку австрийским геологом и палеонтологом Э. Зюссом в 1875 г. Он подразумевал под биосферой самостоятельную сферу, пересекающуюся с другими земными сферами, в которой на Земле существует жизнь. Он дал определение биосферы как совокупности организмов, ограниченной в пространстве и времени и обитающей на поверхности Земли. Таким образом, первоначально понятием «биосфера» обозначалась совокупность только живых организмов. Связь живой и неживой природы трактовалась односторонне: отмечалась только зависимость живых организмов от химических, физических, геологических и других факторов, однако обратное воздействие оставалось вне поля зрения ученых.

В.И. Вернадский о живом веществе и биосфере. Впервые идею о геологических функциях живого вещества, представление о совокупности всего органического мира как единого нераздельного целого высказал русский ученый В.И. Вернадский. Целью, которую поставил перед собой ученый, стало изучение влияния живых организмов на окружающую среду. Этим вопросом, в отличие от изучения воздействия среды на живые организмы, до того не занимался никто. Разумеется, заметить такое воздействие со стороны отдельного организма практически невозможно. Оно становится заметным только при рассмотрении большого числа живых существ.

Поэтому Вернадский ввел понятие живого вещества как совокупности всех живых организмов планеты, включая человека.

В своих представлениях о живом веществе он исходил из того, что в процессе жизнедеятельности организмы получают из окружающей среды необходимые химические вещества, а после смерти они возвращают их обратно и таким образом живое и неживое находится в постоянном взаимодействии. Несмотря на то, что живое вещество составляет незначительную по объему и весу часть биосферы, оно, тем не менее, является ее определяющим компонентом. Живые организмы - та геохимическая сила, которая играет ведущую роль в формировании облика нашей планеты. В функциональном плане живое вещество становилось тем звеном, которое соединяло историю химических элементов с эволюцией биосферы. Введение этого понятия также позволяло поставить и решить вопрос о механизмах геологической активности живого вещества и источниках энергии для этого.

Взаимодействие живого вещества планеты с окружающей средой рождает биосферу - область распространения жизни на Земле.

Таким образом, биосфера - это живое вещество планеты и преобразованная им окружающая среда.

Она представляет собой единую систему, в которой масса живого вещества, несмотря на все изменения и переходы из одного состояния в другое, сохраняется неизменной. Структура, состав и энергия биосферы определяются прошлой и настоящей деятельностью живых организмов, в том числе и человека. Своими границами она охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Биосфера является одним из основных структурных компонентов нашей планеты и околоземного космического пространства. Это сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.

Пленка биосферы, окутывающая Землю, очень тонкая. Сегодня принято считать, что в атмосфере микробная жизнь имеет место примерно до высоты 20-22 км над земной поверхностью (до озонового экрана), а наличие жизни в глубоких океанических впадинах опускает эту границу до 8-11 км ниже уровня моря. Углубление жизни в земную кору много меньше, и микроорганизмы обнаружены при глубинном бурении и в пластовых водах не глубже 2-3 км. В атмосфере наиболее заселен слой толщиной до 50 м. Вынос микроорганизмов на высоты более 15 км возможен конвенционными потоками воздуха. За верхнюю границу биосферы условно принимается озоновый слой, выше которого мощный поток ультрафиолетового излучения, вероятно, убивает все живое. Нижняя граница распространения живых организмов в литосфере определяется температурой. По современным представлениям, живые организмы могут существовать при температуре не более 100°С. Таким образом, по сравнению с другими геосферами биосфера представляет собой тончайшую пленку. Правда, она покрывает всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей планете, где бы не было жизни, включая пустыни и ледяные просторы Арктики и Антарктики.

Разумеется, количество живого вещества в разных областях биосферы различно. Самое большое его количество локализовано в верхних слоях литосферы (почва), гидросферы и нижних слоях атмосферы. Глубже в земную кору, океан, выше в атмосферу количество живого вещества уменьшается. Это дало основания Вернадскому говорить о сгущениях и разрежениях жизни.

Особенностью биосферы является то, что между биосферой и окружающими ее земными оболочками нет резкой границы. И, прежде всего, нет той границы в атмосфере, которая сделала бы биосферу закрытой для всех космических излучений, а также энергии Солнца. Таким образом, биосфера открыта космосу, купается в потоках космической энергии. Живое вещество поглощает и перерабатывает эту энергию в биогеохимическую энергию живого вещества биосферы. Биогеохимическая энергия может быть выражена скоростью заселения биосферы данным видом организмов. Для некоторых бактерий эта скорость ограничивается лишь скоростью деления цепочки клеток и приближается к скорости звука. Это означает, что при благоприятных условиях данный вид может заселить Землю практически мгновенно. Вернадский вычислил время, необходимое различным организмам для «захвата» поверхности планеты. Для бактерий - это 1,25 суток, для инфузории туфельки - 67,3 суток, для крысы и домашней свиньи - по 8 лет, для цветковых растений - 11 лет, для водорослей - 379 лет, для слона - 1000 лет.

Биогеохимическая энергия используется для осуществления геохимических функций живого вещества. Это энергетическая, концентрационная, деструктивная, транспортная и средообразуюшая функции, основанные на том, что живые организмы своими дыханием, питанием, метаболизмом, непрерывной сменой поколений порождают грандиознейшее планетное явление - миграцию химических элементов в биосфере. Биогенная миграция подчиняется двум биогеохимическим принципам:

1) стремится к максимальному проявлению, что приводит к возникновению «всюдности» жизни;

2) способствует выживанию организмов, увеличивающих биогенную миграцию атомов, что в ходе эволюции жизни приводило к появлению все более сложных и развитых организмов.

Это предопределило решающую роль живого вещества и биосферы в становлении современного облика Земли - ее атмосферы, гидросферы и литосферы.

Структура биосферы. По своему составу, строению и организованности биосфера - это сложная оболочка, которая включает в себя:

• живое вещество - совокупность живых организмов планеты, включая человека;

• биогенное вещество, созданное в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, уголь, нефть, известняки и т.д.);

• косное вещество, сформированное без участия жизни, к нему относятся атмосфера, гидросфера и литосфера;

• биокосное вещество - результат взаимодействия жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почва, озерная вода);

• вещество космического происхождения.

Общую массу живых организмов оценивают в 2,43 • 10¹² т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 92,2% представлена зелеными растениями и на 0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,03 • 10¹² т, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.

В распределении живых организмов по видовому составу на­блюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, хотя их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов - беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых только десятая часть приходится на млекопитающих. Таким образом, в количественном отношении преобладают формы, стоящие на относительно низком уровне эволюци­онного развития.

Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы; если его равномерно распределить по поверхности Земли, оно покроет ее слоем всего в 2 см толщиной. Но при этом именно живое вещество играет ведущую роль в биогеохимических процессах благодаря энергетической функции. Ведь живые организмы способны черпать из окружающей среды вещества и энергию, необходимую им для обмена веществ и осуществления всех других своих функций.

2. Биосфера и космос. Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биогеохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты, в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к плоскости земной орбиты. Пространственное расположение Земли в основном определяет климат на планете, а последний, в свою очередь, - жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Основным источником энергии для всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете является Солнце. Среди космических факторов особенно серьезное влияние на биосферу оказывают природно-радиационный фон и магнитные поля.

Природно-радиационный фон слагается из трех компонентов:

1) природные радионуклиды (уран, торий);

2) продукты их радиоактивного распада, которые находятся во всех элементах земной коры, почве, воде, атмосфере и поглощаются всеми живыми организмами;

3) высокоэнергетические излучения, попадающие на Землю из космического пространства в виде потока фонового излучения.

Вопреки нашим страхам перед радиоактивностью, которые усилились после аварии на Чернобыльской АЭС, оказывается, что без природно-радиационного фона нормальное существование живых организмов невозможно. Это следы эпохи возникновения и первоначального существования жизни, когда более высокий уровень радиоактивности служил первым организмам дополнительным источником энергии.

Биосфера также погружена в океан электромагнитных полей космического, земного и биогенного происхождения. Практически все процессы жизнедеятельности связаны с электромагнитными полями, диапазон которых лежит в широком интервале длин волн. Многие фундаментальные биологические процессы невозможны без переноса электрических зарядов, вызывающих магнитное поле, поэтому любой организм представляет собой генератор электромагнитных сигналов.

Электромагнитный фон биосферы является эволюционным фактором, который влияет на биологические ритмы. Космические излучения, генерируемые ядром Галактики, нейтронными звездами, ближайшими звездными системами, Солнцем и планетами, пронизывают биосферу и все пространство в ней. В этом потоке разнообразных излучений основное место принадлежит солнечному излучению, которое оказывает постоянное воздействие на все явления на Земле.

Еще В.И. Вернадский писал о том, что Солнцем в корне переработан и изменен лик Земли, пронизана и охвачена вся биосфера. Более того, сама биосфера является проявлением его излучений. В ней происходит превращение солнечной энергии в новые формы земной свободной энергии (биогеохимическую энергию живого вещества биосферы), которая в корне меняет историю и судьбу нашей планеты. Таким образом, земная жизнь не является чем-то случайным. Напротив, она входит в космопланетарный механизм биосферы.

Более подробно солнечно-земные связи рассмотрел последователь Вернадского, основатель гелиобиологии А.Л. Чижевский. Он отмечал, что все самые разнообразные и разнохарактерные явления на Земле - и химические превращения земной коры, и динамика самой планеты и составляющих ее частей (атмосферы, гидросферы и литосферы) - протекают под непосредственным воздействием Солнца. Оно является основным (наряду с космическими излучениями и энергией радиоактивного распада в недрах Земли) источником энергии, причиной всего на Земле - от легкого ветерка и произрастания растений до смерчей и ураганов и умственной деятельности человека.

Связь между циклами солнечной активности и процессами в биосфере была замечена еще в XVIII в. Тогда английский астроном В. Гершель обратил внимание на связь между урожаями пшеницы и числом солнечных пятен. В конце XIX в. профессор Одесского университета Ф.Н. Шведов, изучая срез ствола столетней акации, обнаружил, что толщина годичных колец изменяется каждые 11 лет, как бы повторяя цикличность солнечной активности. Но лишь в XX в. удалось понять, что солнечная активность связана с электромагнитными и другими колебаниями мирового пространства. Установил этот факт Чижевский, который обобщил опыт предшественников и подвел под эти эмпирические данные твердую научную базу. Он считал, что Солнце диктует ритм большинства биологических процессов на Земле, и когда на нем образуется много пятен, появляются хромосферные вспышки и усиливается яркость короны (это характерно для периодов активного Солнца), на нашей планете разражаются эпидемии, усиливается рост деревьев, особенно сильно размножаются вредители сельского хозяйства и микроорганизмы - возбудители различных болезней. Подобное заключение было сделано после изучения наложения друг на друга графиков солнечной активности и активности биосферы.

3. Человек и космос. Основная масса ученых едина во мнении, что человек и человечество составляют часть живого вещества нашей планеты. Это означает, что люди также подвержены воздействию космических энергий и солнечной радиации. Например, человеческий организм, так же, как и организмы других животных, «подстраивается» к ритмам биогеосферы, прежде всего, суточным (циркадным) и сезонным ритмам, связанным со сменой времен года.

Обмен веществ у человека протекает в наследуемом из поколения в поколение циркадном ритме. В настоящее время считается, что около сорока процессов в человеческом организме подчинено строгому циркадному ритму. Например, в 1931 г. была установлена цикличность в функционировании печени человека. У людей, ведущих нормальный образ жизни и питающихся три раза в день, в первую половину дня печень выделяет наибольшее количество желчи, которая необходима для переваривания жиров и белков, расходуя запасенный гликоген и превращая его в простые разновидности сахара. Она отдает воду, образуя много мочевины, и накапливает жиры. Во второй половине дня печень начинает усваивать сахара, накапливая гликоген и воду. Объем ее клеток увеличивается в три раза.

На протяжении суток циклично колеблется содержание гемоглобина в крови, максимум его приходится на 11-13 часов, а минимум - на 16-18 часов. Суточным колебаниям подвержено содержание в крови калия, магния, натрия, кальция, железа. Ночью повышается количество солей магния, а в мозговой жидкости - количество солей калия. Данные соединения гасят нервно-мышечную возбудимость. По суточному графику работает вегетативная нервная система. Статистика утверждает, что даже рождение и смерть чаще случаются в темную часть суток, около полуночи.

Вся живая природа чутко реагирует на сезонные изменения температуры окружающей среды, интенсивность солнечного излучения - весной покрываются листвой деревья, осенью листва опадает, затухают обменные процессы, многие животные впадают в спячку и т.д. Человек не является исключением. На протяжении года у него меняется интенсивность обмена, состав клеток тканей, причем эти колебания различны в разных климатических поясах. Так, в южных районах (Сочи) содержание гемоглобина и количество эритроцитов, а также максимальное и минимальное давление крови в холодный период возрастают на 20% по сравнению с теплым периодом времени. А в условиях Севера наибольший процент гемоглобина обнаружен у большинства обследованных жителей в летние месяцы, а наименьший - зимой и в начале весны.

Циклы солнечной активности оказывают влияние и на жизнедеятельность человека. Так, обработав статистический материал по заболеваемости возвратным тифом в Европейской части России с 1883 по 1917 гг., а также холерой в России с 1823 по 1923 гг. и данные по активности Солнца, Чижевский пришел к выводу, что вспышки заболеваемости наступают синхронно с изменениями, происходящими в разных солнечных сферах. На основании построенных им графиков Чижевский еще в 1930 г. предсказал эпидемическую вспышку холеры в 1960-1962 гг., что и действительно случилось в странах Юго-Восточной Азии.

То, что состояние солнечной активности небезразлично для жизни на Земле, показывает и увеличение числа случаев заражения чесоткой в 1968 г., и неожиданно подскочившее число заболеваний клещевым энцефалитом и туляремией на вершине максимума векового цикла солнечной активности в 1957 г. (несмотря на проводившуюся, как и в прошлые годы, вакцинацию населения). Таким образом, мы обнаруживаем явную взаимосвязь человека с растительным и животным миром, в котором все жизненные циклы - заболевания, массовые перекочевки, периоды бурного размножения млекопитающих, насекомых, вирусов - протекают синхронно с одиннадцатилетними циклами солнечной активности, как и чередование грозовой и спокойной летней погоды, большего и меньшего производства растительной массы и т.д.

Гематологи пришли к выводу, что в годы максимума солнечной активности норма свертывания крови у здоровых людей увеличивается вдвое, а так как у больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями способность несвертываемости крови угнетена, то при увеличении солнечных пятен учащаются инфаркты, инсульты. Поэтому сейчас никого не удивляет, когда в СМИ сообщают о неблагоприятных днях, в которые люди, больные хроническими заболеваниями, должны вести себя с осторожностью.

Приведенные факты позволяют нам говорить о влиянии космоса на физиологические процессы в отдельном человеческом организме. Но ведь одновременно человек является частью человечества, общественного организма, который также подвержен влиянию солнечной активности. Чижевский попытался установить взаимосвязь одиннадцатилетних солнечных циклов с насыщенностью историческими событиями разных периодов человеческой истории. В результате своего анализа он сделал вывод, что максимум общественной активности совпадает с максимумом солнечной активности. Средние точки течения цикла дают максимум массовой деятельности человека, выражающийся в революциях, восстаниях, войнах, походах, переселениях, являются началами новых исторических эпох в истории человечества. В крайних точках течения цикла напряжение общечеловеческой деятельности военного или политического характера понижается до минимального предела, уступая место созидательной деятельности и сопровождаясь всеобщим упадком политического и военного энтузиазма, миром и спокойной творческой работой в области государственного строительства, науки и искусства. По подсчетам Чижевского, во время минимума солнечной активности социальная активность составляет не более 5%, во время максимума - достигает 60%.

Эти идеи о связи космоса, человека и биосферы, представленные концепциями Вернадского и Чижевского, легли в основу популярной сегодня гипотезы Л.Н. Гумилева о пассионарном толчке, рождающем к жизни новые этносы. Ключевым понятием концепции этногенеза Гумилева является понятие пассионарности, которое он определяет как повышенное стремление к действию. Появление этого признака у человека является мутацией, затрагивающей энергетические механизмы человеческого тела. Пассионарий (носитель пассионарности) становится способным воспринять из окружающей среды энергии больше, чем необходимо для его нормальной жизнедеятельности. Избыток же полученной энергии направляется им в любую область человеческой деятельности, выбор которой определяется конкретными историческими условиями и склонностями самого человека. Пассионарий может стать великим завоевателем (Александр Македонский, Наполеон Бонапарт и т.д.) или путешественником (Марко Поло, А. Пржевальский и т.д.), великим ученым (А. Эйнштейн, И. Гете и др.) или религиозным реформатором (Будда, Христос и др.). Появление свойства пассионарности инициируется каким-то редким специфическим космическим излучением, поскольку пассионарные толчки происходят 2-3 раза за тысячелетие. Носители пассионарности появляются в зоне следа от этого излучения - в полосе шириной 200-300 км и длиной до половины окружности планеты. Если в зоне этого излучения окажутся несколько народов, живущих в разных ландшафтах, они могут стать зародышем нового этноса.

Таким образом, по Гумилеву, этногенез - процесс энергетический, связанный с расходованием энергии, полученной этносом в момент пассионарного толчка и продолжающийся примерно 1500 лет. При этом этнос проходит ряд стадий в своем развитии, определяющихся уровнем пассионарной энергии. Первые 200-300 лет продолжается фаза подъема. Она связана с экспансией нового этноса, который создают пассионарии, ставящие перед собой задачу создания нового сильного государства и идущих для этого на любые жертвы. Затем наступает акматическая фаза, в которой пассионарное напряжение достигает высочайшего уровня за счет большого количества пассионариев, которые думают уже не столько об общих целях, сколько о своих личных интересах. Эта фаза, продолжающаяся следующие триста лет, одна из самых тяжелых в жизни этноса, так как это период гражданских войн и культурных потерь. Примером может служить Европа периода феодальной раздробленности, Россия смутного времени.

В конце концов большая часть пассионариев истребляет друг друга, что вызывает резкое падение уровня пассионарного напряжение в этносе. Это падение также связано с тем, что ушедшие пассионарии замещаются не гармоничными особями (людьми, воспринимающими норму энергии), а субпассионариями - людьми, не способными воспринять даже нормы энергии, необходимой для полноценной адаптации к среде. Люди такого типа хорошо известны - это бродяги, люмпены, босяки, бомжи. Эти признаки означают наступление фазы надлома - кризисной фазы, продолжающейся 200 лет. Жизнь в фазе надлома очень тяжела. Мы это знаем на собственном опыте, так как наша страна находится сейчас в конце этой фазы. Западная Европа пережила ее в период Реформации и Контрреформации, уплатив за свое нынешнее спокойствие не менее кровавую жатву, чем мы в XX в.

После пережитых потрясений люди хотят не успеха, а покоя. Это говорит, что этнос перешел в следующую - инерционную фазу. В ней идет некоторое повышение, а затем плавное снижение уровня пассионарного напряжения. Идет укрепление государственной власти, социальных институтов, интенсивное накопление материальных и духовных ценностей, активное преобразование окружающей среды. В этносе доминирует тип «золотой посредственности» - законопослушного, работоспособного человека. Примером служит современная Западная Европа, Киевская Русь XI-XII вв., Китай эпохи Сун. Культура и порядок в это время бывают столь совершенны, что кажутся современникам непреходящими. Но уровень пассионарного напряжения этноса постепенно снижается, что влечет неизбежный упадок, скрытый вначале за маской процветания, которая сбрасывается после последнего фазового перехода.

Важной причиной кризиса обычно бывает резко возросшее воздействие цивилизации на природу, которая в конце концов не выдерживает этой нагрузки. Недаром все крупнейшие цивилизации древности оставили после себя, в прямом смысле слова, пустыни, занявшие место прежних плодородных земель (Вавилон, Египет и др.). Наступает фаза обскурации - старости этноса. Это происходит, когда возраст этноса составляет 1100 лет. В это время пассионарное напряжение падает до отрицательных величин за счет появление значительного числа субпассионариев. Это делает невозможной любую конструктивную деятельность, этнос существует за счет прежних запасов. В результате общественный организм начинает разлагаться: фактически узаконивается коррупция, распространяется преступность, армия теряет боеспособность, к власти приходят циничные авантюристы, играющие на настроениях толпы. Численность этноса и его территория значительно сокращаются, он может легко стать добычей более пассионарных соседей. Классический пример - Рим эпохи поздней империи, Китай с XVII вв., Русь перед нашествием татаро-монголов.

Фаза обскурации предшествует гибели этнической системы или его переходу к состоянию гомеостаза, которого может достичь лишь незначительная здоровая часть этноса. Иногда бывает возможна фаза регенерации - временное восстановление этнической системы после обскурации за счет сохранившейся на окраинах ареала обитания этноса пассионарности. Примером может служить Византия в последний период своей истории. После падения Константинополя в 1204 г. под натиском крестоносцев казалось, что великая империя погибла безвозвратно, от нее остался крохотный обломок - Никейская империя, окраина прежней Византии. Но именно из нее через 50 лет смогла возродиться византийская империя, которая, правда, была только тенью прежней великой Византии, но она просуществовала еще 200 лет. Это смогло произойти только за счет того, что в фазе обскурации именно на окраине ареала обитания этноса сохранилась повышенная пассионарность.

Но в любом случае это короткий всплеск активности накануне завершения процесса этногенеза, которым является мемориальная фаза. В этой фазе этническая система уже утеряла пассионарность, и лишь отдельные ее члены продолжают сохранять культурную традицию прошлого. Память о героических деяниях предков живет в фольклоре и легендах.

После динамических фаз этногенеза уцелевшие люди не становятся хуже, слабее или глупее прежних. Изменяются не люди, а этническая системная целостность. Раньше рядом с обычным большинством были пассионарии, многим мешавшие, но придававшие этносу сопротивляемость и стремление к переменам. Агрессивность этнической системы исчезает, но снижается и ее резистентность (сопротивляемость). А это значит, что вместо приобретений происходят только утраты.

Дальше все зависит от соседей. Если они не будут нападать, то остатки этноса будут продолжать меняться, превращаться в милых, свободных людей, гостеприимных и доброжелательных. Они продолжают терять память о прошлом, а вместе с ней и ощущение времени. На конечном этапе они просто ограничиваются констатацией смены времен года и даже просто дня и ночи. Так живут племена Центральной Африки, члены которых не знают даже, сколько им лет (притом, что они прекрасно ориентируются в джунглях). Но эти этносы живут в контакте с более пассионарными соседями, которые держат их в форме. Если же этого не будет, то остатки этноса могут просто вымереть из-за отсутствия желания жить. Такие этносы живут сегодня в некоторых заповедниках.

Переход от мемориальной фазы к законченной форме этнического гомеостаза имеет плавный характер и выглядит как постепенное забвение традиций прошлого. Жизненный цикл повторяется из поколения в поколение, система сохраняет равновесие с ландшафтом, не проявляя каких-либо форм целенаправленной активности. Этнос в это время состоит почти целиком из гармоничных людей - достаточно трудолюбивых, чтобы обеспечить всем себя и свое потомство, но лишенных потребности и способности что-либо менять в жизни. В таком состоянии этнос может существовать неограниченно долго, если только не станет жертвой агрессии, стихийного бедствия или не будет ассимилирован. Так живут коренные народы Австралии, Крайнего Севера, пигмеи Центральной Африки.

Новый цикл развития может быть вызван лишь очередным пассионарным толчком, при котором возникает новая пассионарная популяция. Но она не реконструирует старый этнос, а создает новый, давая начало очередному витку этногенеза - процессу, благодаря которому человечество не исчезает с лица Земли.

4. Человек и природа. Человек, как было отмечено выше, является частью биосферы. Все необходимое для жизни - воду, пишу, значительную часть энергии и строительного материала своих органов - он получает из биосферы. В биосферу человек сбрасывает отходы своей жизнедеятельности. Долгое время природа перерабатывала эти отходы и сохраняла свое равновесие. Однако в последнее столетие вмешательство человека в природные процессы стало не только слишкол сильным, но чрезмерным по своим масштабам. По представлениям биологов, в природе действует «правило 10%», согласно которое она в экстремальных ситуациях способна выдержать десятикратщ нагрузку по сравнению с обычной. Человек своим воздействием га природу вплотную подошел к этому рубежу, и поэтому сегодня среди прочих глобальных проблем человечества возникла глобальная экологическая проблема сохранения жизни на Земле.

Воздействие человека на природу в ходе развития общества. Интересно проследить, как в процессе общественного развития возрастало воздействие человека на окружающую среду. В ходе эволюции человек от первоначального потребления природных богатств перешел к активному вмешательству в живую природу и е преобразованию. Он создал искусственную среду обитания: предметы материальной и духовной культуры, искусственные экологические системы, технику и т.п. Первая созданная человеком культура - палеолит (каменный век) - существовала примерно 20-30 тыс. лет. Она совпала с периодом длительного оледенения. Экономической основой жизни человеческого общества тогда был присваивающий тип хозяйства - собирательство и охота на крупных животных (оленей, носорогов, ослов, лошадей, мамонтов). На стоянках человека каменного века ученые находят многочисленные кости диких животных, доказывающую успешность охоты наших предков. Именно так были истреблены и исчезли с лица Земли многие виды животных.

Несмотря на трудные условия, человек в это время сумел распространиться на значительной территории планеты, создав социальный организм - общество, основанное на совместном труде и коллективной памяти. Тем не менее, человек палеолита еще продолжал оставаться частью природы, пользуясь ее дарами и не начиная ее сознательного переустройства, он еще вписывался в естественные биогеохимические циклы биосферы, и антропогенное воздействие на них было незначительным.

Но 10-12 тыс. лет назад наступило резкое потепление, ледник отступил, леса распространились в Европе. Там же появился и человек, истребивший к этому времени большую часть животных, составлявших его пищу. Таким образом, изменилась экологическая база человеческого общества. Это привело к первому (за время существования человека на Земле) экологическому кризису - перенаселению планеты. Ведь человек палеолита жил в основном небольшими группами, средняя численность которых составляла около 50 человек, а чтобы прокормить такое количество людей с помощью собирательства и охоты нужна территория до 900 км². Так, на площади, равной современной Украине, могли прокормиться всего 30-40 тыс. человек.

Это означало, что закончился период использования человеком готовых, созданных природой средств существования. В новых условиях необходимо было активно добывать и перерабатывать природные продукты. Для этого нужно было отказаться от присваивающего типа хозяйства в пользу производящего. Это и было сделано в ходе так называемой неолитической революции, которая завершилась около 7 тыс. лет назад. Но сама эпоха неолита (нового каменного века) началась около 10 тыс. лет назад, когда стали появляться первые поселения, в которых археологами были обнаружены остатки пшеницы, ячменя, чечевицы, а также кости домашних животных - коз, овец и свиней. Люди предпринимали первые попытки одомашнивания животных, разведения растений, начинали производство керамики. Так, постепенно, наряду с охотой и собирательством все большее значение стали приобретать земледелие и скотоводство - производящие типы хозяйства.

Зачатки земледельческого и скотоводческого хозяйства сформировались в разных местах Передней и Средней Азии, Кавказа, Южной Европы. Постепенно развивалось подсечное земледелие, начиналось освоение минеральных ресурсов, зарождалась металлургия. Это и была неолитическая революция - переход к производящему хозяйству. Она стала способом решения экологического кризиса. Ценой, которую человечество заплатило за это, стало уменьшение численности населения в 8 раз. Революция завершила эру животной жизни человека, с нее началось целенаправленное его вмешательство в природные процессы, трансформация биосферы под свои потребности. Возникли антропоценозы - сообщества организмов, в которых человек являлся доминирующим видом, а его деятельность определяла состояние всей системы.

На этом этапе развитие человеческого общества и культуры пошло значительно быстрее. Появились первые цивилизации на Древнем Востоке, затем в Древней Греции возникли частная собственность и наука, ставшие основой европейской, а затем и мировой цивилизации. В это же время происходят радикальные изменения в обществе, на смену родоплеменным структурам пришло рабовладение, классовая структура, аристократическое государство, религия и философия. Так было определено лицо феодализма и раннего капитализма в Европе. Традиционные общества Азии основывались на азиатском способе производства.

Этот этап истории культуры и общества основывался на второй, технологической, революции, которая произошла в эпоху неолита (первая революция была связана с овладением огнем и созданием орудий труда). Но как первая революция привела к первому экологическому кризису (перенаселению), так и вторая технологическая революция вызвала второй экологический кризис. Он был связан с истощением растительности и почв в результате подсечно-огневого земледелия, ошибок при построении и эксплуатации ирригационных сооружений, вызывавших засоление почв. Результатом стало образование пустынь - Сахары в Африке, Каракумов и других пустынь в Центральной и Средней Азии. Таким образом, данный экологический кризис привел к гибели большинство древних цивилизаций нашей планеты.

Тем не менее, в Европе цивилизация продолжала развиваться. Особенно эти процессы ускорились после того, как произошла первая глобальная научная революция XVI-XVII вв., повернувшая науку лицом к практическим потребностям производства. Позднее в Европе утвердился настоящий союз науки, в котором техника проектировалась на основе научных теорий. Технологическим центром индустриального производства становится машина, которая вначале работала на паровом двигателе, а в XX в. стала использовать в качестве движителя почти все формы движения материи - электричество, электромагнитное поле, ядерные взаимодействия, химические и биологические процессы. С этого момента человек, его разум, воплощенный в научную мысль, и его деятельность стали фактором планетарного масштаба, направляющей силой дальнейшей эволюции биосферы. Человечество становится доминирующим видом среди живого вещества биосферы.

Сегодня человек освоил не только всю территорию нашей планеты, не оставив ни одного незаселенного уголка (даже в Антарктиде есть научные станции), но и вышел в космос (пока, правда, только в околоземное космическое пространство), освоение которого уже вполне реально является делом завтрашнего дня, ближайшего будущего.

Все это позволило В.И. Вернадскому назвать не только живое вещество планеты, но, прежде всего, человека, вооруженного научной мыслью, величайшей геологической силой современности. Если живое вещество создавало современный облик нашей планеты в течение миллионов и миллиардов лет, то человек своей деятельностью меняет его на наших глазах, демонстрируя поистине безграничные возможности в деле переустройства природы.

Тысячелетия, прошедшие после неолитической революции, стали эпохой покорения природы, когда она сама не принималась во внимание в качестве активного партнера для человечества. Особенно это характерно для европейской цивилизации, которая приняла христианский тезис о сотворении мира для человека, считающегося господином этого мира, имеющим право делать с этим миром все, что угодно.

Масштабы созданной человечеством материальной культуры поистине огромны. Темпы ее развития постоянно увеличиваются и вместе с этим увеличивается и воздействие человека на биосферу.

Уровень воздействия человека на окружающую среду зависит в первую очередь от технической вооруженности общества. Она была крайне мала на начальных этапах развития человечества. Однако с развитием общества, техническим прогрессом ситуация изменилась коренным образом. XX столетие, сформировавшее качественно новые отношения науки, техники и технологии, колоссально увеличило масштабы воздействия общества на природу, поставило перед человечеством целый ряд чрезвычайно острых проблем.

По силе своего воздействия на планету техника сегодня в состоянии как минимум на равных спорить с живым веществом. По результатам преобразования окружающей среды с помощью техники можно уже говорить о новом ее состоянии - техносфере. Это понятие отражает совокупность технических устройств и систем вместе с различными видами технической деятельности человека. Ее структура достаточно сложна, так как включает в себя техногенное вещество, технические системы, живое вещество, верхнюю часть земной коры, атмосферу, гидросферу. Более того, с началом эры космических полетов техносфера вышла далеко за пределы биосферы и охватывает уже околоземное космическое пространство.

Техносфера все больше преобразует природу, изменяя прежние и создавая новые ландшафты, активно влияя на другие сферы и оболочки Земли. Однако пока что наука и техника нацелены на максимальную эксплуатацию природных ресурсов, удовлетворение нужд человека и общества любой ценой. Последствия такого воздействия на природу удручают. Техногенные ландшафты, уничтожение жизни в целых регионах - отрицательные плоды технического воздействия человека на окружающую среду. Все это говорит о новом экологическом кризисе, источником которого стала НТР, начавшаяся в середине XX в. На данный момент человечество в ходе своего вмешательства в природу уничтожило около 70% естественных экологических систем. Понятно, что такая активная деятельность существенно влияет на характер процессов в биосфере: рост искусственной среды приводит к разрушению естественной. Современное состояние отношений между человеком и природой может быть охарактеризовано как экологический кризис.

Современный экологический кризис и его специфика. Обостряющийся сегодня экологический кризис уже не первый в геологической истории Земли. Только на памяти человечества это, как минимум, третий по счету кризис. Однако масштабы современного кризиса превосходят масштабы предыдущих. А в геологической истории нашей планеты это, по мнению биологов, второй крупнейший глобальный экологический кризис. Как уже отмечалось выше, биосфера Земли насчитывает около 4 млрд. лет. Первыми организмами на Земле были анаэробные (бескислородные) организмы, которые погибли в ходе естественного отбора и борьбы за существование со вторичными организмами, выделявшими в больших количествах кислород. Таким образом, для первичных организмов создание кислородной атмосферы было катастрофой - глобальным экологическим кризисом, в ходе которого большинство этих организмов исчезло с лица Земли.

В дальнейшей истории биосферы Земли постоянно вымирало большее или меньшее количество видов. Таким образом, можно говорить о том, что экологические кризисы в истории биосферы происходили многократно. Одним из наиболее известных кризисов стало исчезновение динозавров, давшее шанс для развития млекопитающим.

Все перечисленные выше кризисы имели естественные причины. Но с появлением человека основной причиной кризисов стало его воздействие на окружающую среду, которое резко возросло в XX в. С этого момента главнейшим фактором глобального экологического кризиса на Земле стал человек. Если два первых кризиса имели локальный характер, то современный кризис охватил всю планету, поставив под угрозу существование самого человека как вида и, даже всей биосферы в целом.

Симптомом современного экологического кризиса является нарушение биотического круговорота вещества - человек стремится взять из природы как можно больше, забывая, что ничто не дается даром. Ведь глобальная экосистема - это единое целое, в рамках которой ничто не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения. Все, что было извлечено из нее человеком, должно быть рано или поздно возмещено.

Не учитывая эту аксиому, человек разомкнул существовавшие миллионы лет биотические круговороты и вызвал антропогенное выпадение химических элементов. Так, в доисторический период в почвах Земли было 2000 млрд. т углерода, в конце 1970-х гг. - 1477 млрд. т, т.е. в год в среднем теряется 4,5 млрд. т углерода. Причем эти потери существуют в виде таких отходов, которые природа переработать не может. Постоянно растет потребление человеком энергии. Сегодня оно достигло 0,2% всей солнечной энергии, падающей на Землю. Это сопоставимо с энергией всех земных рек и годовой энергией фотосинтеза. Результат - усиление загрязнения и нарушение термодинамического равновесия биосферы. В настоящее время оно проявляется в глобальном потеплении, которое может привести к повышению уровня Мирового океана, нарушению переноса влаги между морем и сушей, сдвигу климатических поясов, т.е. к глобальному изменению климата.

Еще один признак экологического кризиса - истощение ресурсов редуцентов и продуцентов. Сокращается биомасса микроорганизмов. Вследствие этого, а также в результате роста отходов человека нет достаточного уровня самоочищения среды жизни. Более того, возникают негативные для биосферы и опасные для человека новые формы микроорганизмов, причем некоторые формы создает сам человек.

Уже в конце 1980-х гг. под угрозой исчезновения было 10% всего видового состава растений. Растительная биомасса снизилась более чем на 7%, объем фотосинтеза сократился на 20%. Как считают некоторые ученые, за время существования человека живое вещество в целом потеряло до 90% генного разнообразия.

Это то, что человек принес природе. Но ведь человек по-прежнему остается частью природы, частью биосферы Земли. Поэтому негативные последствия глобального экологического кризиса становятся все заметнее и для него, природа отвечает человеку.

Прежде всего, во весь рост встает знаменитая проблема Мальтуса, сформулированная им еще в конце XVIII в., - проблема несоответствия растущих потребностей увеличивающегося в геометрической прогрессии человечества и уменьшающихся запасов ресурсов оскудевающей планеты (их производство растет в арифметической прогрессии). Если самого Мальтуса беспокоило несоответствие роста населения росту производства пищи, то теперь ситуация стала значительно сложнее. Мы уже говорили о стремительном опустошении запасов углеродного топлива. Как страшный кошмар перед человечеством вырисовывается перспектива неминуемого исчерпания запасов угля, нефти и газа. Продолжает уменьшаться продуктивность биоты Мирового океана, плодородие почв, большое количество плодородных земель выводится из обращения городской застройкой и промышленным строительством, растут свалки. В некоторых рай­онах земного шара деградация природной среды видна отчетливо и приобретает характер катастрофы. Отбросы собственной жизнедеятельности душат человечество.

И все это протекает на фоне демографического взрыва, принявшего угрожающий характер. Так, две тысячи лет назад численность населения Земли составляла около 250 млн. человек. Удвоение численности произошло в середине XVII в. В середине XIX в. нас стало 1 млрд. А к концу XX в. население Земли составило уже более 6 млрд. человек. По прогнозам демографов, если рост населения составит 2%, то к 2020 г. нас уже будет около 8 млрд. Поэтому и в наши дни значительная часть населения Земли - до 600 млн. человек - голодает или недоедает. А ведь людей нужно не только накормить, им нужно обеспечить хотя бы минимум из того, что может дать современная цивилизация в области здравоохранения, образования и пр.

Помимо этой, очень серьезной проблемы, человечество вскоре столкнется еще с одной угрозой своему существованию. Это нарастающая интенсивность мутагенеза и рост генетической неполноценности человечества. Показатели этих процессов опасно возрастают. Какое-то количество неполноценных детей всегда присутствует среди новорожденных - это цена генетического разнообразия. В былые времена такие дети чаще всего погибали или, во всяком случае, не могли оставлять потомства. Благодаря успехам современной медицины эти дети сегодня не только выживают, но многие из них дают потомство, тоже неполноценное. Это и приводит к непрерывному не только абсолютному, но и относительному росту числа людей с генетическими отклонениями. Таким образом, отбор не может справиться с интенсивным потоком «искусственных» мутаций, возникающих под влиянием концентрированных мутагенных отходов - тяжелых химических элементов и соединений, а также радиации.

Но самым главным, что ухудшает структуру генофонда человечества и повышает частоту рождения неполноценных детей, является давление социальных факторов, прежде всего, алкоголизма и наркомании. К этому стоит добавить возрастание интенсивности мутагенеза за счет урбанизации и перенаселенности. Не может не беспокоить и возможное снижение интеллектуального потенциала человечества - войны и разного рода геноциды ударяют прежде всего по наиболее талантливой и активной части человечества.

У каждой популяции существует некоторый порог допустимого размывания генофонда, тот процент неполноценных особей, за которым уже никакой естественный отбор не сможет восстановить его качество и предотвратить деградацию популяции. Человек не являет собой исключения. Можно спорить о конкретных числовых оценках, но через несколько поколений, может быть, уже к началу XXII в., человечество, если экстраполировать современные тенденции, вероятно, подойдет к этому опасному рубежу. И обратного хода эволюционному процессу тогда уже не будет. Иначе говоря, без кардинальных изменений условий жизни человека генетическая деградация вида Homo sapiens неизбежна.

Если генетическая патология - проблема, которую будут решать наши потомки, то появление новых вирусных заболеваний угрожает человечеству уже сейчас. Их появление связано с антропогенным загрязнением окружающей среды. Среди таких «новинок» - вирус иммунодефицита человека, не поддающийся пока лечению. Появление новых вирусов ученые объясняют тем, что уничтожение одних возбудителей болезней освобождает экологические ниши для новых организмов. Кроме того, высокая численность и плотность населения, интенсивные контакты делают чрезвычайно вероятными массовые заражения и эпидемии.

Все более серьезной проблемой становится рост нервно-психических заболеваний. Число больных неврозами за последние сорок лет выросло в 24 раза. Причина этого - в самом человеке. Ведь в городах мы ведем очень интенсивную трудовую деятельность, испытываем многочисленные стрессы, а загрязненная окружающая среда провоцирует нервные срывы.

Итак, современная ситуация может быть оценена как глобальный экологический кризис, у которого существуют две стороны - кризис природы и кризис человека, причем оба они углубляются и расширяются. В результате перед нами встает грозная проблема, которая не обсуждается даже специалистами, - проблема потери возможной устойчивости (стабильности) биосферы как целостной системы, частью которой является человечество. Результатом потери стабильности нынешнего квазиравновесного состояния будет переход биосферы, как всякой нелинейной системы, в новое, неведомое нам состояние, в котором человеку может не оказаться места.

Биосфера как саморегулирующаяся система до поры до времени могла компенсировать изменяющиеся внешние нагрузки. На протяжении миллионов лет удерживались параметры биосферы в том узком интервале их значений, в котором только и мог возникнуть наш биологический вид. И это регулирование обеспечивалось несмотря на то, что за время существования планеты биосфера Земли неоднократно подвергалась дополнительным внешним нагрузкам - колебаниям солнечной активности, падениям метеоритов, интенсивному вулканизму и т.д. Но теперь основной опасностью для стабильности биосферы становится человек. И есть основания полагать, что компенсационные возможности биосферы либо уже нарушены, либо находятся на пределе своих возможностей.

Биосфера обладает колоссальной способностью к самоочищению. К сожалению, эта способность природы не безгранична. Антропогенное  воздействие на природу поставило под угрозу нормальное осуществление присущих ей биотических процессов, нарушили равновесное состояние биосферы. Антропогенная нагрузка на окружающую природную среду достигла сегодня таких масштабов, что привела к глобальному экологическому кризису. Многие ученые считают, что мы стоим на грани настоящей катастрофы, так как порог устойчивости биосферы превзойден уже в 5-7 раз.

Для оценки предельной возможности биосферы Земли существуют две модели: ресурсная и биосферная.

Ресурсная модель допускает предельную численность населения на Земле не более 8 млрд. человек. Согласно этой модели при эффективном использовании ресурсов и наличии двух детей в каждой семье численность населения на протяжении XXI в. оставалась бы примерно одинаковой и равной 7,7 млрд.

Биосферная модель оценивает порог устойчивости биосферы всего в 1-3 млрд. человек. А нас - уже больше 6 миллиардов! Таким образом, с точки зрения этой модели устойчивость биосферы была нарушена уже в начале XX в.

Учеными определен индекс антропогенной нагрузки, позволяющий оценить разрушительное воздействие разных стран на природу. Этот индекс показывает, что в разрушение биосферы наибольшую долю вносят высокоразвитые и густонаселенные страны мира - Япония, Германия, Великобритания. Если индекс антропогенной нагрузки всего мира оценивается в единицу, то у названных стран он больше в 10-15 раз. Индекс антропогенной нагрузки России - 0,85.

Чем нам может грозить потеря стабильности биосферы? Биосфера является сложной нелинейной системой. Если такая система теряет стабильность, то начинается ее необратимый переход в некое квазистабильное состояние. И более чем вероятно, что в этом новом состоянии параметры биосферы окажутся неподходящими для жизни человека, а может быть, и жизни вообще. Кроме того, подобный переход, вызванный потерей устойчивости равновесия, происходит со скоростью, нарастающей по экспоненте. Другими словами, катастрофа может разразиться совершенно неожиданно и столь стремительно, что никакие наши действия уже ничего не смогут изменить. Поэтому проблема изучения стабильности биосферы должна превратиться в одно из основных направлений фундаментальных исследований. Но самое главное - должна появиться новая стратегия цивилизации, согласованная со стратегией природы, - стратегия выживания. Для этого нам предстоит научиться изучать биосферу как единый целостный организм и соизмерять свой образ действий с реакцией на него этого общепланетарного организма. Поэтому так важно создать концепцию перехода, а затем и будущего человеческой культуры и цивилизации.  Немалую помощь в этом может оказать учение о ноосфере В.И. Вернадского.

Тема 16: Концепции взаимоотношения человека и природы

1. Концепция ноосферы В.И. Вернадского.

2. Охрана окружающей среды.

3. Рациональное природопользование.

4. Антропный принцип в современной науке.

1. Концепция ноосферы В.И. Вернадского. Понятие ноосферы. Современная биосфера является результатом длительной эволюции всего органического мира и неживой природы нашей планеты. В ее эволюции принимает участие и сам человек, воздействие которого на природу постоянно усиливается и по своим масштабам сегодня превосходит действие геологических процессов. Биосфера Земли все больше становится управляемой человеческим разумом, постепенно превращаясь в ноосферу.

Еще в 1920-1930 гг. В.И. Вернадский, размышляя о геологической роли человека, вооруженного научной мыслью (разумом), пришел к выводу, что геохимическая роль человека определяется не его массой (хотя численность человечества постоянно растет), а производственной деятельностью. Это значит, что важнейшим фактором, от которого зависит жизнь на нашей планете, становится разумная коллективная деятельность человека.

Для Вернадского было очевидным, что биосфера под влиянием разумной человеческой деятельности переходит в качественно новое состояние.

Это новое состояние биосферы, преобразованной человеческой мыслью и трудом, Вернадский назвал ноосферой.

Существенной характеристикой ноосферы является поддержание глобального равновесия системы на основе оптимального сочетания социально-исторических и естественно-природных законов.

Сам термин «ноосфера» (от греч. слова noos - разум в прямом переводе означает «сфера разума». В широкий научный обиход этот термин был введен французскими учеными и философами Э. Леруа и П. Тейяром де Шарденом, которые, по их собственному признанию, впервые использовали его после парижских лекций В.И. Вернадского 1922-1926 гг. Вернадский, знакомый с ними, тоже стал использовать данный термин. Однако если французские ученые понимали под ноосферой некий «мыслящий пласт», который устанавливается в земной жизни, в жизни людей под влиянием «Центра-Омеги» (Бога), то Вернадский подходил к идее ноосферы с сугубо материалистических позиций. Концепция ноосферы Вернадского явилась логическим завершением многолетней работы ученого над проблемами живого вещества и биосферы.

С появлением человека на Земле начинается процесс ноосферогенеза - превращения биосферы в ноосферу. По мнению Вернадского, появление и существование человека в биосфере определяет высшую ступень ее развития. Само появление человека представляет собой переход от простого биологического приспособления живых организмов к разумному поведению и целенаправленному изменению окружающей среды разумными существами. Живое вещество планеты при этом активно приспосабливается к новым условиям существования. Происходит взаимное совместное влияние природы на человека и человека на природу, и человек теперь несет ответственность за эволюцию жизни.

Необходимые предпосылки для создания ноосферы. Развивая свои представления и идеи о взаимосвязи биосферы и человека, Вернадский выделил необходимые предпосылки для создания ноосферы.

1. Человечество стало единым целым, заселив при этом всю планету. В начале XXI в. события, произошедшие в захолустном уголке любой точки любого континента или океана, отражаются и имеют следствия - большие и малые - в ряде других мест, всюду на поверхности Земли. Можно отметить, что данное условие выполнено. На Земле не осталось ни одного уголка, не подвергшегося в той или иной степени воздействию человека. Более того, человек вышел в космос, расширив верхнюю границу биосферы. Появились различные международные организации, которые обеспечивают сотрудничество разных государств в различных сферах деятельности. Это способствует сближению взглядов народов разных стран на пути развития всего человечества.

2. Преобразование средств связи и обмена информацией, которые сегодня обеспечивают мгновенную ее передачу. С помощью радио, телевидения, системы Интернет мы моментально узнаем о событиях в любой точке земного шара. Таким образом, данное условие также можно считать выполненным.

3. Реальное равенство людей как необходимое условие ноосферы. Это условие еще не достигнуто, но есть большие успехи в этой области. В законодательстве большинства стран записаны статьи о равенстве всех людей перед законом независимо от их расовой, этнической принадлежности, вероисповедания и т.д. Практически исчезли с карты мира колонии и зависимые страны, народы которых теперь развиваются самостоятельно. Конечно, существуют примеры того, как в некоторых странах ущемляются права человека, но подобные случаи осуждаются мировым сообществом.

4. Поднятие общего уровня жизни как условие реального равенства людей, а также возможность влияния народных масс на ход государственных и общественных дел. С выполнением этого пункта дело обстоит далеко не благополучно. Если в странах Западной и Южной Европы, Скандинавии, США и Канаде, Австралии, Японии благосостояние населения за последние полвека непрерывно растет, то в развивающихся странах ситуация складывается намного хуже. Треть населения земного шара живет в условиях нищеты, голода, в отсутствие достаточной медицинской помощи. Более того, пропасть между бедными и богатыми в последнее время непрерывно растет, разница в образе жизни становится не только количественной, но и качественной.

5.Развитие энергетики, открытие и использование новых видов энергии, необходимых для подъема уровня жизни. Это условие выполняется. В XX в. человек стал использовать в качестве источника энергии не только воду, ветер, уголь, нефть и газ, но и ядерную энергию. Кроме того, есть электростанции, использующие энергию приливов и геотермальных (подземных горячих) вод, идет работа по созданию термоядерных электростанций.

6.Исключение войн из жизни общества. Это условие Вернадский считал очень важным для создания ноосферы. К сожалению, пока человечество не может обходиться без войн. В XX в. мы пережили две мировые войны и долгое время балансировали на грани третьей мировой войны - глобального ядерного конфликта. В настоящее время эта угроза отодвинулась, хотя полностью исключить такую возможность нельзя. Не обходится человечество и без локальных войн, которые постоянно идут в разных уголках земного шара, и в этих войнах каждый день гибнут люди.

Таким образом, мы видим, что часть предпосылок, перечисленных Вернадским, уже существует, но некоторые проблемы нам еще предстоит решить. Важно отметить, что создание предпосылок перехода к ноосфере стало возможным только в результате взрыва научной мысли в XX в.

Поэтому ноосферу следует рассматривать как высшую стадию развития биосферы, связанную с возникновением и развитием в ней человеческого общества, которое, познавая законы природы, становится крупнейшей планетарной силой, превышающей по своим масштабам все известные геологические процессы. Становление ноосферы теснейшим образом связано с овладением всеми формами движения материи и созданием новых живых организмов с помощью методов и средств биотехнологии и генной инженерии.

Коэволюция человека и биосферы. Вернадский одним из первых выделил основную особенность биосферы, выражающуюся в постоянном повышении жизнепригодности среды обитания. Иными словами, живое вещество обладает уникальной способностью к экологическому самообеспечению. Это часть механизма саморегуляции биосферы, появившаяся в результате естественного отбора.

Данный вектор отбора обеспечил восходящее развитие материального мира вплоть до появления человека. И сейчас мы подошли к такому моменту развития биосферы, в котором человечество должно обрести способность к экологическому самообеспечению. Но ноосфера, в отличие от биосферы, не может формироваться стихийно, поэтому так необходима сознательная деятельность людей на основе изучения и практического применения законов экологии, согласования с ними своей хозяйственной деятельности.

Также необходимо отметить, что для создания ноосферы нужен план, построенный на опережающей модели оптимального взаимодействия природы и общества по всем параметрам обменных процессов. Однако, становясь основным регулятором взаимоотношений общества и природы, человек должен быть весьма осторожным, ведь цена ошибки неимоверно велика - под угрозу поставлена жизнь человечества и само существование жизни на Земле.

Таким образом, будущее человечества невозможно без активного вмешательства Разума в судьбу не только общества, но и природы. Биосфера Земли неизбежно претерпит существенные изменения в интересах человечества. Но измениться должно и поведение человека, который не имеет права забывать об интересах биосферы, а должен ставить их так же высоко, как и свои собственные интересы. Такие взаимоотношения человека и биосферы называются коэволюцией.

Результатом должно стать появление новой нравственности у человека, смена стандартов и идеалов, норм и ценностей. Человече­ская цивилизация должна пойти по новому пути - не покорения природы, а жизни в ладу с ней. Для этого потребуется новое мировоззрение, основные признаки которого перечислены ниже.

1.Главной задачей человечества должно стать восстановление биосферы.  Человечество должно понять, что биосфера дошла до критической точки в своем развитии, поэтому те средства, которые уходят на финансирование военных и прочих конфликтов, нужно направить на спасение нашего общего дома - планеты Земля.

2.Для этой цели человечество должно объединиться, забыв о своих разногласиях.

3.Потребуется экологическая перестройка мировой экономики в целях снижения техногенного воздействия на природу. Так, экологическое равновесие в земледелии возникает лишь при соотношении 40% культурных площадей к 60% естественных экосистем, а современное состояние этому не соответствует. Поэтому нам неиз­бежно придется сократить производство.

4.Необходимо будет сократить и численность народонаселения. Сейчас нас более 6 млрд. и это в 2 раза больше оптимума. Дальнейший рост народонаселения приведет к повышению антропогенной нагрузки на биосферу, а в конечном итоге к гибели всего человечества.

5.Невозможно будет обойтись без разумного сокращения материальных потребностей. Ведь совсем не обязательно выбрасывать одежду только потому, что она вышла из моды, каждый год покупать себе новый автомобиль и другие предметы - признаки «красивой» жизни. Конечно, аскетизм излишен, но от многих искусственно сформированных (прежде всего, с помощью рекламы) потребностей придется отказаться.

6.И, наконец, у каждого человека должны быть воспитаны уважение и любовь к природе. Мы должны подходить к природе не с позиций потребителя, хозяина (именно такое отношение привело нас к экологическому кризису), а с позиций партнерства, сотрудничества и уважения.

В ноосфере, так же как и в биосфере, происходит замкнутый кругооборот веществ, все утилизируется, снова переходит в полезный продукт и используется, но при этом человек активно участвует в этом процессе. Сам человек, его производительные силы и социум становятся частью ноосферы: они непрерывно обмениваются веществом, энергией и информацией с биосферой. Человек перестает быть просто потребителем, живущим только за счет биосферы, угнетающим и подавляющим ее. Он становится звеном в сложной системе «неживая природа - живая природа - человек - мышление человека». Предполагается, что каждый компонент этой системы можно рассматривать не только как сумму человеческих знаний, а как физическое существование в пространстве человеческого разума.

Разумеется, эти непростые требования многим покажутся чрезмерными и вызовут возмущение. К сожалению, общественное сознание пока не готово принять их в целом. Но определенные шаги в нужном направлении человечество все же сделало.

2. Охрана окружающей среды. Во второй половине XIX - начале XX вв. у большинства людей благодаря успехам науки и техники сложилось представление об абсолютном превосходстве человека над природой. А последовавшие успехи в освоении космического пространства, в области микроэлектроники и компьютерной техники, химической промышленности только усилили антропоцентризм - представление о человеке как о центре Вселенной, сложившееся еще с эпохи Возрождения. Люди стали забывать, что они - тоже часть природы, биологический вид, что в их жизни невозможно обойти законы природы, их можно только использовать.

Тем не менее, противоположная точка зрения, трезво оцени­вавшаяся возможности человека и перспективы безудержного раз­вития науки и техники, также имела место, хотя ее сторонников было не так уж много. Еще в ноябре 1913 г. в Швейцарии собралось первое Международное совещание по вопросам охраны природы с участием представителей 18 крупнейших государств мира. К сожалению, в то время опасность загрязнения окружающей среды была еще не осознана ни большинством ученых, ни политиками. Поэтому на международном уровне к анализу этих проблем вернулись лишь в I960-1970-е гг. Координацию действий на себя взяла ЮНЕСКО - Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры, созданная в 1946 г. и объединяющая сегодня около 200 государств.

В наши дни вопросами охраны окружающей среды занимаются такие международные организации, как Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), Всемирная метеорологическая организация (ВМО), Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), Международный союз по охране природы и природных ресурсов (МСОП), известный своими Красными книгами, в которых перечисляются виды растений и животных, находящиеся под угрозой исчезновения. Кроме того, существует программа ООН по охране окружающей среды - ЮНЕП, в рамках которой проводятся многолетние целевые международные подпрограммы, такие, как «Арктический совет», «Балтика XXI век» и т.д.

Осмыслению нарастающей угрозы во многом способствовала деятельность Римского клуба - неправительственной международной организации, объединившей около ста ученых, представителей политических и деловых кругов из разных стран. Эта организация была основана в 1968 г. итальянским общественным деятелем Аурелио Печчеи, поставив своей целью углубление понимания особенностей развития человечества в эпоху НТР и привлечение внимания мировой общественности к нарастающему обострению глобальных проблем.

А. Печчеи и его единомышленники проанализировали существовавшие в то время общемировые тенденции и пришли к выводу, что при сохранении существующих тенденций научно-технического развития и темпов экономического роста человечество ожидает глобальная катастрофа уже в первой половине XXI в. Именно в докладах Римского клуба впервые прозвучали факты, подтверждавшие гибельный путь развития западной цивилизации. В этих докладах впервые было указано на то, что Земля не в состоянии разместить непрерывно растущее население и удовлетворить его постоянно растущие потребности, желания и прихоти. Именно Римский клуб отметил новый, все более глубокий раскол между сверхразвитыми и слаборазвитыми странами. Сегодня соотношение доходов 20% наиболее богатых жителей планеты и 80% всех остальных составляет 82,7:17,3 = 4,8. Чтобы поднять уровень жизни 80% населения до уровня 20%, при нынешних технологиях пришлось бы увеличить объем потребления ресурсов примерно в 20 раз, а с учетом грядущего к середине XXI в. удвоения численности населения - в 40 раз, что нереально, так как приведет к полному исчерпанию большей части природных ресурсов.

Также важно отметить, что Печчеи подчеркивал системный характер глобальных проблем, то, что они существуют в комплексе, - проблемы демографии, безработица, недоиспользование социальных и экономических возможностей общества, дефицит и нерациональное управление ресурсами, инфляция, отсутствие безопасности и гонка вооружений, загрязнение среды и разрушение биосферы.

Усилия, предпринятые как международными организациями, так и отдельными людьми, не прошли даром. И в июне 1972 г. в Стокгольме состоялась первая международная конференция ООН по проблемам окружающей среды, после которой прошли многочисленные совещания на уровне правительств и научных организаций. Именно тогда прозвучало предостережение об угрозе существования, с которой наша планета столкнулась впервые в своей истории. Как следствие, в Заключительном акте совещания в Хельсинки по безопасности и сотрудничеству в Европе (1975) много внимания было уделено проблемам охраны окружающей среды, и главы государств подтвердили, что защита окружающей среды, охраны природы и рациональное использование ее ресурсов - одна из важнейших задач.

В 1987 г. Всемирная комиссия ООН по окружающей среде и развитию опубликовала доклад «Наше общее будущее» премьер-министра Норвегии Г.Х Брундтланд, возглавлявшей работу комиссии. В нем впервые был употреблен термин «устойчивое развитие», под которым понималось такое движение вперед, при котором достигалась возможность удовлетворения потребностей нынешнего поколения людей без лишения подобной возможности будущих поколений.

Следующий шаг был сделан в 1992 г. на конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро. Она считается вехой, отмечающей сознательный поворот нашей цивилизации на новый путь развития, при котором человек умерит свой эгоизм и постарается жить в ладу с Природой. Были проанализированы существующие экологические проблемы (их мы называли выше). Человечество осознало глобальную экологическую опасность и угрозу своей гибели, необходимость поиска новых путей выхода из создавшегося положения. Результатом этой конференции стала кон­цепция устойчивого развития, т.е. переход мирового сообщества к развитию на базе экологически целесообразного природопользования, обеспечивающего высокое качество жизни для людей целого ряда поколений.

На этой конференции была принята Декларация по окружающей среде и развитию. В ней содержится 27 рекомендаций, раскрывающих суть устойчивого развития. Назовем наиболее важные из них:

• в центре внимания должны находиться люди, имеющие право на здоровую жизнь в гармонии с природой;

• для достижения  устойчивого развития  защита  окружающей среды должна стать неотъемлемой частью процесса развития;

• необходимым условием устойчивого развития является искоренение нищеты, уменьшение разницы в уровне жизни людей и более полное удовлетворение потребностей большей части человечества;

• государства должны осуществлять сотрудничество в духе глобального партнерства, особую ответственность при этом должны нести развитые государства с учетом того воздействия, которое они оказывают на окружающую среду, уровня их технологий и объема финансовых ресурсов, находящихся в их распоряжении;

• необходимо ограничить и ликвидировать несоответствующие устойчивому развитию модели производства и потребления, а также проводить соответствующую демографическую политику;

• следует делиться знаниями и новыми технологиями для достижения устойчивости развития;

• участие населения в решении экологических проблем должно развиваться и поощряться, требуется широкий доступ населения к экологической информации;

• в процессе охраны окружающей среды целесообразно использование экономических инструментов:  кто загрязняет окружающую среду, тот и должен нести финансовую ответственность за это. Иными словами, необходим переход к ценообразованию, учитывающему экологические критерии (цену ущерба окружающей среде) и стимулирующему использование новых, экологически безопасных ресурсо- и энергосберегающих технологий в сочетании с системой налогов и штрафов;

• войны разрушительно воздействуют на процесс устойчивого развития и поэтому требуют обеспечения защиты окружающей среды во время вооруженных конфликтов;

• мир, развитие и сохранение окружающей среды взаимозависимы и неразделимы.

Конечно, перечисленные требования еще не стали обязательным руководством к действию для всех людей. Но определенные изменения к лучшему появились. С каждым годом увеличиваются затраты на природоохранные мероприятия, все более важной становится экологическая экспертиза новых инженерных сооружений. И, конечно, становится все более обоснованным с точки зрения науки рациональное природопользование.

3. Рациональное природопользование. Рациональное природопользование представляет собой возможность управления природными экосистемами с целью:

• обеспечения и дальнейшего улучшения существования человеческого общества;

• максимального использования всех необходимых природных ресурсов;

• предотвращения, снижения и уничтожения возможных негативных последствий человеческой деятельности.

Важнейшим условием рационального природопользования является осуществление охраны природы - комплекса мероприятий, направленных на рациональное использование, воспроизводство и сохранение природных ресурсов Земли и космического пространства.

Основные направления охраны природы и рационального природопользования. Основные направления охраны природы:

• охрана природы в процессе ее использования — необходима в связи с тем, что природа и общество едины, а значит, использование и охрана природы взаимосвязаны;

• комплексный подход к использованию природных ресурсов - их использование сразу в нескольких целях;

• рациональный подход к природным ресурсам – ориентация на особенности конкретного региона при их использовании;

• экологический подход - учет всех взаимосвязей в экосистемах как при использовании, так и при охране природных ресурсов.

Рациональное использование природных ресурсов и природоохранные мероприятия специфичны для каждого вида ресурсов - воды, воздуха, земли, недр, растительного и животного мира. Все они сегодня закреплены в соответствующих разделах международного права и законодательствах отдельных государств. Тем не менее, этого мало. Необходимы меры воспитательного характера, чтобы каждый человек осознал свою личную ответственность перед потомками за состояние оставленной им среды обитания.

Рациональное использование и охрана земель. Рациональное использование и охрана земель предусматривает, прежде всего, охрану почвы. В систему мероприятий по ее защите входят:

• защита почв от эрозии, которая требует проведения правильно выбранных агротехнических мероприятий (способа обработки земель), создания ветроустойчивого поверхностного слоя, снегозадержания, лесомелиорации и гидротехнических сооружений;

• охрана почв от засоления и заболачивания, которая предусматривает дренаж территории, создание лесополос по каналам и трехъярусной вспашки земель;

• зашита почв от загрязнения отходами животноводства, удобрениями, бытовыми и промышленными стоками и отходами. Для этого требуется установка очистных сооружений и разумное использование химикатов при обработке почв;

• закрепление и освоение песков;

• рекультивация земель - восстановление разрушенных земель.

Помимо перечисленных мероприятий очень важным является повышение плодородия почвы, что предусматривает внесение в нее удобрений, прежде всего, минеральных - калийных, фосфорных, азотных удобрений, а также микроэлементов.

До недавнего времени внесение удобрений производилось «на глазок», что часто было неэффективным, а также приводило к загрязнению почвы химикатами. При таком подходе также было воз можно отравление людей химикатами, сохранявшимися в продуктах сельского хозяйства. Сегодня дозы вносимых удобрений и сроки их внесения рассчитываются на основе биохимического анализа почвы с учетом специфики выращиваемой культуры, погодных и климатических условий и т.п. При этом практически исключено загрязнение окружающей среды и опасное накопление химических соединений в продукции. Напротив, оптимальное количество удобрений, внесенное в нужные сроки, служит основой выращивания высококачественной сельскохозяйственной продукции. Не следует забывать, что сегодня более трети населения Земли питается за счет урожая, выращиваемого с применением минеральных удобрений.

Рациональное использование и охрана недр. Рациональное использование и охрана недр связана с тем, что минеральные ресурсы относятся к разряду исчерпаемых. Кроме того, разработка месторождений полезных ископаемых влияет на другие природные ресурсы - почвы, воды, леса и т.д. В этом направлении должны проводиться следующие мероприятия:

• комплексное применение полезных ископаемых (большинство руд кроме основного компонента содержат другие ценные соединения, которые необходимо использовать);

• правильно выбранный способ транспортировки и переработки сырья, дающий минимальные потери;

• утилизация отходов продуктов переработки (при этом извлекается дополнительное количество ценных компонентов, например, цветные металлы из шлаков. Помимо получения дополнительного  сырья  это  предотвращает загрязнение  окружающей среды).

Рациональное использование и охрана водных ресурсов. Как уже было отмечено выше, запасы пресной воды, которая в основном используется для бытовых и промышленных нужд, не безграничны. Поэтому здесь предусматриваются следующие мероприятия:

• создание замкнутых циклов, позволяющих многократно использовать воду, не загрязняя при этом окружающую среду. Замкнутые циклы позволяют в десятки раз сократить количество воды, необходимое для промышленных целей;

• создание эффективных систем очистки воды, как промышленных, так и бытовых стоков. Сегодня проводится механическая (с помощью фильтров), физико-химическая (хлорирование или озонирование воды) и биологическая очистка воды. Перспективным направлением считается биологическая очистка вод, представляющая собой разрушение органических веществ микроорганизмами, содержащимися, например, в активном иле. Помимо этого очистка сточных вод позволяет получить ценные компоненты, которые можно использовать в производстве;

• экономия воды - избежание ее потерь из-за неисправности труб, оборудования, а также создание нового оборудования, которому требуется меньшее количество воды для обслуживания.

Рациональное использование и охрана воздушной среды. Основными источниками загрязнения воздуха являются промышленная деятельность человека и автотранспорт (соединениями серы, фтора, углекислым и угарным газами. Содержание вредных веществ в атмосфере оценивается по предельно допустимым концентрациям (ПДК), которые установлены законодательно. Для избегания превышения ПДК требуются:

• установка фильтров  на промышленных трубах, которые не только препятствуют загрязнению воздуха, но и позволяют экономить сырье и возвращать в производство многие ценные продукты, полученные при фильтрации;

• улучшение существующих и внедрение новых технологий - разработка мероприятий по правильному сжиганию топлива, переход на газифицированное центральное отопление и новые производства, дающие меньшее количество отходов, разработка электромобилей и т.д.;

• улучшение состава топлива;

• рациональное размещение источников вредных выбросов (с учетом розы ветров, расположения жилых построек и т.п.);

• правильная планировка городов и зеленых насаждений - деревья очищают воздух от взвешенных в нем жидких и твердых частиц (аэрозолей), поглощает вредные газы. Например, сернистый газ хорошо поглощается тополем, липой, кленом, конским каштаном; фенолы - сиренью, шелковицей, бузиной и т.д. Кроме того, зеленые насаждения и правильно спланированные постройки поглощают до 20% шумов, которые также являются факторами, загрязняющими окружающую среду, и вызывают раздражение нервной системы, расстройство слуха и т.д.

Рациональное использование и охрана растительности. Существование животных и человека невозможно без растений, дающих кислород и пищу. Поэтому охрана растений является одной из основных задач рационального природопользования, которое осуществляется в следующих направлениях:

• борьба с лесными пожарами - леса представляют собой сложнейшие экосистемы, оказывающие влияние на климат, улучшающие его. Леса дают 60% биологически активного кислорода, способствуют сохранению водных ресурсов, поэтому так важно сохранять леса и преумножать их;

• борьба с вредителями и болезнями леса;

• защитное лесоразведение;

• охрана природных сенокосов и пастбищ;

• охрана отдельных видов растений - этому способствует создание заповедников, а также запрещение сбора редких и исчезающих видов растений, занесенных в Красную книгу.

Новые способы защиты растений, используемых человеком в качестве пищи и промышленного сырья, - это, по сути дела, проблема увеличения продовольственных ресурсов, так как традиционные способы ее решения, связанные с совершенствованием технологии производства и хранения продукции, уже исчерпаны.

Наиболее перспективным направлением являются исследования в области молекулярной биологии, в результате которых созданы новые средства контроля за размножением вредителей сельского хозяйства и получены питательные вещества нового типа. Еще недавно основное внимание уделялось поиску химических соединений для уничтожения вредных насекомых, при этом ученые мири­лись с тем, что эти вещества нарушают природный биологический баланс и засоряют окружающую среду. Сегодня же основное внимание уделяется таким способам контроля (а не уничтожения) за вредителями, которые не опасны для природы даже при длительном применении. С этой целью активно используется генная инженерия.

Результатом подобных исследований стало создание регуляторов роста (гормонов) - химических соединений, в небольших количествах влияющих на размер, внешний вид и форму растений и животных. Так, на основе синтеза гормона ауксина было налажено производство гербицидов. Синтезированы гормоны, стимулирующие быстрое развитие цветочных букетов (гиббереллин), ускоряющие прорастание семян и препятствующие процессу старения (цитокинин).

Поскольку многие насекомые наносят существенный вред сельскому хозяйству, очень важным направлением исследований является изучение биохимических процессов, управляющих ростом насекомых. Это позволяет организовать борьбу с вредителями, не прибегая к их полному уничтожению. Учеными были выделены, изучены, а затем синтезированы гормоны, вызывающие задержку в развитии насекомых на ранней стадии. Созданные таким образом вещества широко применяются для уничтожения личинок блох, мух и москитов.

Кроме того, были изучены вещества, которые вырабатываются самими растениями для защиты от насекомых, бактерий, грибов и вирусов, и на их основе созданы вещества-аитифиданты, даже очень малые концентрации которых заставляют насекомых отказываться от пищи. Таков, например, препарат азадирактин, применяемый против саранчи.

Также были изучены феромоны - выделяемые в организме насекомых вещества, провоцирующие специфическое поведение: спаривание, поведение при опасности и т.д. Результатом этих исследований стало создание специальных ловушек с феромонами, которые были установлены в лесах Норвегии и Швеции. В них ежегодно попадало около 4 млрд. особей жучков, паразитирующих на коре хвойных деревьев.

Создаются учеными и новые виды пестицидов - веществ, применяемых для увеличения производства продуктов питания, волокна и профилактики против распространения насекомыми болезней человека и домашнего скота. Среди них - инсектициды, применяемые для борьбы с вредителями. Они представляют собой природные вещества, воздействующие на нервную систему насекомых. Получены также новые гербициды, применяющиеся для борьбы с сорняками. Есть вещества, препятствующие прорастанию семян, и вещества, блокирующие процесс фотосинтеза у сорняков. И, наконец, создаются фунгициды - средства для борьбы с болезнями растений, вызванными грибковыми и бактериальными микроорганизмами.

Следует отметить, что применение пестицидов регламентируется законодательством многих стран. Многие люди сегодня опасаются применять эти вещества. Но следует помнить, что пестициды опасны только при их нерациональном использовании в завышенных дозах. К сожалению, многие пестициды, применяемые до сих пор, опасны для здоровья человека и животных. Поэтому одним из основных направлений исследований ученых является создание таких средств борьбы с вредителями и болезнями растений, которые безопасны для биосферы и человека.

Рациональное использование и охрана животных. Охрана животных тесно связана с охраной растительности, почв, воздушной и водной среды. Вымирание видов животных обусловлено загрязнением среды, прямым истреблением, изменением ландшафта и т.п. Поэтому для охраны животных создаются заповедники, питомники для разведения исчезающих видов, устанавливаются нормы отлова и отстрела и т.д.

Все перечисленные меры нужно решать каждый день, совместными усилиями всех стран и народов. Это невозможно без научного предвидения результатов природопреобразующей и социальной деятельности человека, а также без создания налаженной системы управления и контроля проведения подобных мероприятий.

Сегодня очевидно, что биосфера Земли - сложнейшая система - находится в сильно неравновесном состоянии. Мы знаем, что из таких состояний самоорганизующиеся системы, к числу которых принадлежит и биосфера, выходят скачком. Мы подходим к точке бифуркации, за которой лежат несколько возможных вариантов будущего. Среди них - возможность экологической катастрофы, полное исчезновение жизни на Земле или, по крайней мере, существование жизни, но уже без человечества. Наиболее благоприятным выходом из этой ситуации было бы образование ноосферы. Присутствие разума в системе, находящейся в ситуации перехода, меняет эту ситуацию. Предотвратить переходный процесс в биосфере человек не в силах, но есть возможность свести к минимуму или совсем устранить те неблагоприятные флуктуации, которые подталкивают неустойчивую систему к нежелательным для человека вариантам перехода.

Можно сказать, что в данной ситуации человечество держит экзамен на разумность. От нас зависит наше будущее, каким оно будет, и будет ли оно вообще. Другого пути нет. И в связи с этим вновь перед учеными и философами встает вопрос о том, каково место человека в мире, было ли случайным его появление. При изучении этих и других вопросов был сформулирован так называемый антропный принцип.

4. Антропный принцип в современной науке. Сущность антропного принципа. В самом широком плане интересующий ученых вопрос звучит так: почему наша Вселенная такова, какова она есть? Какую роль в существовании Вселенной играет или должен играть человек? Более строго данный вопрос формулируется иначе: почему физические постоянные - гравитационная, Планка, скорость света, заряд электрона и протона - имеют такие, а не иные значения, и что случилось бы со Вселенной, если бы они оказались другими?

Правомерность такого вопроса определяется тем, что численные значения физических констант никак не обоснованы теоретически, они получены экспериментально и независимо друг от друга.

Неопределенная ситуация с физическими постоянными вызвала желание проверить, какими окажутся для Вселенной последствия изменения значений отдельных физических констант или целой их группы. Проведенный анализ привел к ошеломляющему выводу. Оказалось, что достаточно совсем небольших, в пределах 10-30% отклонений значений констант в ту или другую сторону, и наша Вселенная окажется настолько упрощенной системой, что ни о каком направленном ее развитии не сможет быть и речи. Не смогут существовать основные устойчивые состояния - ядра, атомы, звезды и галактики.

Например, увеличение постоянной Планка более чем на 15% лишает протон возможности объединяться с нейтроном, т.е. делает невозможным протекание первичного нуклеосинтеза. Тот же результат получится, если увеличить массу протона на 30%. Изменение значений этих физических констант в меньшую сторону открыло бы возможность образования устойчивого ядра гелия, следствием чего явилось бы выгорание всего водорода на ранних стадиях расширения Вселенной. Таким образом, приходится признать, что существуют очень узкие «ворота» подходящих значений физических констант, в границах которых возможно существование знакомой нам Вселенной.

Но на этом «случайные» совпадения не заканчиваются. Напомним о других случайностях, с которыми мы уже встречались выше, когда говорили об эволюции Вселенной:

• небольшая асимметрия между веществом и антивеществом позволила на ранней стадии образоваться барионной Вселенной, без чего она выродилась бы в фотонно-лептонную пустыню;

• остановка первичного нуклеосинтеза на стадии образования ядер гелия, благодаря чему смогла возникнуть водородно-гелиевая Вселенная;

• наличие у ядра углерода возбужденного электронного уровня с энергией, почти точно равной суммарной энергии трех ядер гелия, открыло возможность для протекания звездного нуклеосинтеза. В ходе этого процесса образовались все элементы таблицы Менделеева, более тяжелые, чем водород и гелий;

• расположение энергетических уровней у ядра кислорода опять же случайно оказалось таким, что не позволяет в процессах звездного нуклеосинтеза всем ядрам углерода превратиться в кислород, а ведь углерод - это основа органической химии и, следовательно, жизни.

Совокупность многочисленных случайностей такого рода П. Девис метко назвал «тонкой подстройкой» Вселенной.

Таким образом, наука столкнулась с большой группой фактов, раздельное рассмотрение которых создает впечатление о необъяснимых случайных совпадениях, граничащих с чудом. Вероятность каждого подобного совпадения очень мала, а их совместное существование и вовсе невероятно. Тогда вполне обоснованной представляется постановка вопроса о существовании пока непознанных закономерностей, со следствиями которых мы столкнулись, способных организовать Вселенную определенным образом.

Итак, наличие «тонкой подстройки», определенных физических законов, свойств элементов и характера взаимодействий между ними определяют устройство нашей Вселенной. В ходе ее развития появились структурные элементы нарастающей сложности, а на одном из этапов развития - наблюдатель (разумное существо, че­ловек), способный обнаружить существование «тонкой подстройки» и задуматься о породивших ее причинах.

У наблюдателя, обладающего нашей системой восприятия мира и нашей логикой, неизбежно возникнет вопрос: случайна ли обнаруженная им «тонкая подстройка» Вселенной, или она предопределена каким-то глобальным процессом самоорганизации? А это означает, что всплывает старая проблема, волновавшая человечество на протяжении всей его сознательной истории: занимаем ли мы особое место в этом мире или же это положение является результатом случайного развития. Признание «тонкой подстройки» закономерным природным явлением приводит к заключению, что с самого начала во Вселенной потенциально заложено появление «наблюдателя» на определенном этапе ее развития. Принятие такого вывода равносильно признанию существования у природы определенных целей. Иными словами, мы вновь возвращаемся к телеологизму, бывшему основой средневекового мировоззрения, а в Новое время отброшенному, как тогда казалось, навсегда.

В такой ситуации был выдвинут и в настоящее время широко обсуждается антропный принцип. В 1970-е гг. его в двух вариантах (слабом и сильном) сформулировал английский ученый Б. Картер.

Слабый антропный принцип - то, что мы предполагаем наблюдать во Вселенной, должно удовлетворять условиям, необходимым для присутствия человека в качестве наблюдателя.

Этот принцип интерпретируется так, что в ходе эволюции Вселенной  могли существовать самые разные условия, но человек-наблюдатель видит мир только на том этапе, на котором реализовались условия, необходимые для его существования. В частности, для появления человека понадобилось, чтобы в ходе расширения вещества Вселенная прошла все те стадии, о которых говорилось выше. Понятно, что человек не мог наблюдать их, так как физические условия тогда не обеспечивали его появления. Но, с другой стороны, все эти стадии могли протекать только в мире, где существовала «тонкая подстройка». Поэтому сам факт появления человека уже предопределяет то, что он должен увидеть - и современную Вселенную, и наличие в ней «тонкой подстройки». Короче говоря, раз человек есть, то он увидит вполне определенным образом устроенный мир, ибо ничего другого ему увидеть не дано.

Итак, слабый антропный принцип претендует на объяснение привилегированности той космологической эпохи, в которую мы живем (в которой во Вселенной существуют разумные существа). Правда, он в качестве условия предполагает, что появление разумных существ в принципе возможно в ту или иную эпоху, т.е. не противоречит законам природы и общему характеру космологической эволюции.

Сильный антропный принцип. Более серьезное содержание заложено в сильном антропном принципе.

Сильный антропный принцип - Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некоторой стадии эволюции мог существовать наблюдатель.

По существу, в нем идет речь о случайном или закономерном происхождении «тонкой подстройки» Вселенной. Признание закономерного устройства Вселенной влечет за собой признание принципа, организующего ее. Если же считать «тонкую подстройку» случайной, то приходится постулировать множественное рождение вселенных, в каждой из которых случайным образом реализуются случайные значения физических постоянных, физические законы и т.п. В какой-то из них случайно возникнет «тонкая подстройка», обеспечивающая появление на определенном этапе развития наблюдателя, и он увидит вполне благоустроенный мир, о случайном возникновении которого первоначально не будет подозревать. Иными словами, в ансамбле вселенных реализуются все логически представимые типы физического устройства, а значит, существование хотя бы одного мира с благоприятным для эволюции жизни и разума набором параметров становится вполне тривиальным. Наше появление в любом другом мире исключено.

Интересно отметить, что данная интерпретация сильного антропного принципа напоминает слабый антропный принцип. Действительно, в слабом принципе идет «отбор» эпохи и места во Вселенной, пригодных для жизни. А в сильном случае из ансамбля миров «отбирается» подходящая для жизни Вселенная.

Если мы признаем «тонкую подстройку» изначально заложенной во Вселенной, то линия ее последующего развития предопределена, а появление наблюдателя на соответствующем этапе - неизбежно. Из этого следует, что в родившейся Вселенной потенциально было заложено ее будущее, а процесс развития приобретает целенаправленный характер. Появление разума не только заранее «запланировано», но и имеет определенное предназначение, которое проявит себя в последующем процессе развития. Это - телеологическая интерпретация сильного антропного принципа, возрождающая старые теологические споры о божественном замысле.

Финалистский антропный принцип. Существует финалистский антропный принцип, предложенный Ф. Типлером.

Финалистский антропный принцип - во Вселенной должна возникнуть разумная обработка информации, и, раз возникнув, она никогда не прекратится.

Это очень необычное для физика предсказание, основанное на идее, что природе небезразлична судьба разума. В таком случае можно допустить, что существуют некие, пока неизвестные нам природные механизмы, обеспечивающие успешное прохождение Вселенной через все ключевые пункты эволюции вплоть до образования в ней Сознания. Данный принцип является еще более жестким, чем сильный антропный принцип. Ведь в соответствии с ним устройство Вселенной должно обеспечивать необходимые условия не только для возникновения жизни и разума, но и для их вечного существования. А ведь мы помним, что все существующие космологические модели говорят о неизбежности гибели жизни и разума или в конечной сингулярности (закрытая модель), или в холоде почти пустого пространства (открытая модель).

Пока мы еще слишком мало знаем о Вселенной, ведь земная жизнь - это только малая часть гигантского целого. Но мы имеем право строить любые догадки, если они не противоречат познанным законам природы. И вполне возможно, если человечество продолжит свое существование, решив современные глобальные проблемы, если его способность познавать себя и окружающий мир сохранится, то одной из главных задач будущего научного поиска станет осознание своего предназначения во Вселенной.

Содержание семинарских занятий

Тема 1: Методы научного познания

1. Понятие естествознания

2. Различные походы к проблеме естествознания.

3. Формы научного познания.

4. Уровни научного познания.

5. Общие методы научного познания.

6. Частные методы научного познания.

7. Особенные методы научного познания.

8. Характеристика методов научного познания.

Тема 2: Основы естествознания

1. Структура естествознания

2. История естествознания:

а) Древнегреческая натурфилософия.

б) Развитие науки в Средние века.

в) Развитие науки в эпоху Возрождения.

г) Глобальная научная революция XVI-XVII вв.

д) Классическое естествознание Нового времени.

Тема 3: Вселенная

1. Самоорганизация систем.

2. Концепция развития.

3. Основные концепции космологии.

4. Образование объектов Вселенной.

5. Структура Вселенной.

6. Средства наблюдения объектов Вселенной.

7. Проблема поиска внеземных цивилизаций.

8. Характеристика солнечной системы

Тема 4: Земля - планета

1. Общая характеристика земной поверхности.

2. Форма и размеры Земли.

3. Движения Земли.

4. Обращение Земли вокруг Солнца.

5. Пояса освещенности астрономические тепловые пояса.

6. Строение Земли.

7. Тепло Земли.

8. Земной магнетизм.

Тема 5: Основные концепции происхождения жизни

1.    Концепция креационизма.

2.    Концепция стационарного состояния.

3.    Концепция самопроизвольного зарождения жизни.

4.    Концепция панспермии.

5.    Концепция случайного однократного происхождения жизни.

6.    Концепция биохимической эволюции. Теория А.И. Опарина.

7.    Концепции голобиоза и генобиоза.

8.    Условия, необходимые для появления жизни.

9.    Начало жизни на Земле.

10.                      Восстановительный этап в развитии биосферы.

11.                      Слабоокислительный этап в развитии биосферы.

12.                      Окислительный этап в эволюции биосферы.

13.                      Образование и развитие растений.

14.                      Образование и развитие животных.

Тема 6: Теория эволюции органического мира

1.    Эволюционная теория и ее значение.

2.    История развития эволюционных идей.

3.    Концепция развития Ж.Б. Ламарка.

4.    Теория катастроф Ж. Кювье.

5.    Основные движущие факторы эволюции в теории Дарвина

6.    Значение эволюционной теории Дарвина.

7.    Комплекс доказательств теории эволюции.

8.    Сходство и отличия человека и животных.

9.    Биологическое и социальное в человеке.

Тема 7: Феномен человека в современной науке

1. Сущность и истоки человеческого сознания.

2. Материальная основа человеческого сознания.

3. Структура сознания.

4. Структура психики.

5. Низшие эмоции

5. Высшие эмоции

6. Здоровье человека.

7. Современное состояние медицины.

Тема 8: Понятие и сущность биосферы

1. Понятие биосферы.

2. Биосфера и космос.

3. Человек и космос.

4. Человек и природа.

7. Задания для итогового контроля усвоения материала

7.1. Перечень контрольных вопросов по дисциплине

1.    Предмет и задачи курса КСЕ.

2.    Общенаучные методы эмпирического познания.

3.    Общенаучные методы теоретического познания.

4.    Формы научного познания.

5.    Методы научного познания.

6.    Научная картина мира и ее содержание.

7.    Системный подход в современном естествознании.

8.    Наука и ее характерные черты.

9.    Отличие науки от других отраслей культуры.

10.                      Совместимы ли наука и религия.

11.                      Этапы развития Космологии. Современная Космология.

12.                      Происхождение и эволюция Вселенной.

13.                      Галактики. Звезды.

14.                                                                                                                                                                                   Состав Солнечной, системы.

15.                                                                                                                                                                                   Современные научные представления о Солнечной системе

16.                      Законы движения планет вокруг Солнца.

17.                      Теория О. Ю. Шмидта об образовании планет Солнечной системы.

18.                      Формирование Земли.

19.                      Состав Земной атмосферы.

20.                      Планета Земля в разрезе.

21.                      Оболочки Земли

22.                      Метеорные тела.

23.                      Вулканизм как причина формирования среды обитания живых организмов - биосферы

24.                      Несогласованность научных теорий о происхождении земли с идеей божественного творения.

25.                      Гипотеза о происхождении жизни на Земле путем конденсирования космической пыли.

26.                      Внеземные цивилизации и гипотеза «земного шовинизма».

27.                      Поиски путей и связей с внеземными цивилизациями.

28.                                                                                                                                                                                                                                                                              Богатство форм живого на земле.

29.                                                                                                                                                                                                                                                                              Библия о происхождении живых организмов.^:

30.                      Учение Дарвина об искусственном отборе.

31.                      Генетика.

32.                      Природа гена.

33.                      Наследственность.

34.                      Классификация живых существ по К. Линнею.

35.                      Гибриды и помеси.

36.                      Приспособляемость живых существ к условиям внешней среды.

37.                      Основные типы адаптации.

38.                      Экологические системы или взаимная зависимость живых существ и растений.

39.                      Библейские мифы о происхождении человека.

40.                      Труды средневековых ученых о строении человеческого тела вопреки запретам церкви.

41.                      Концепция «лестницы существ» Аристотеля.

42.                      Концепция становления современного человека.

43.                      Научная революция.

44.                      В чем заключается изменение взглядов на природу в связи с исследованием процессов в микромире?

45.                      Как происходила эволюция культуры человека?

46.                      Творчество.

47.                      Феномен человека по Вернадскому В.И.

48.                      Основные принципы атомистического учения о природе, обоснованные Демокритом.

49.                      Закон всемирного тяготения И. Ньютона на службе науки о Земле.

50.                      Жизнь как биологический круговорот веществ.

51.                      Экологический кризис. Синтетическая теория эволюции.

52.                      Основные теории антропогенеза.

53.                      Современная наука о человеческой психике и сознании.

54.                      Здоровье человека, его работоспособность и творчество.

55.                      Биоэтика: сущность и основные проблемы.

56.                      Биосфера, человек, космос.

57.                      Концепция ноосферы В.И. Вернадского.

58.                      Основы экологии.

59.                      Природные ресурсы и их использование человеком.

60.                      Охрана окружающей среды и рациональное природопользование.

7.2.1. Тесты для проверки остаточных знаний

1. Естествознание это:

а) раздел науки основанный на воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создании теории или эмпирических обобщений, описывающих природные явления.

б) раздел науки изучающий законы развития природы.

в) раздел науки взаимоотношения живой и неживой природы.

г) Любая область науки подлежащая эмпирической проверке и описанию явлений.

2. Особенностями естествознания античного периода были ....

а) теологизм

б) механицизм

в) метафизичность

г) абстрактность и отвлеченность

3. Какой период развития естествознания указан неправильно:

а) Наивно-диалектический в) Схоластический д) Эмпирический ё) Метафизический

б) Теологический г) Кризиса е) Сознательно диалектический

4. В начале 20 века астрономия основывала на двух основных утверждениях:

а) Вселенная бесконечна.

б) Вселенная конечна.

в) Материя во вселенной распределено равномерно.

г) Материя во вселенной распределено неравномерно.

д) Материя и Вселенная за галактиками конечны.

5. Магеллановы облака это:

а) галактики Вселенной; б) спутник галактики Млечный путь.

в) спутник галактики Туманность Андромеды;

г) просто скопления звезд.

6. Нейтронная звезда это:

а) громадная звезда. б) громадное атомное ядро.

в) звезда карлик.       г) небесное тело.

7. Какая последовательность расположения планет правильная:

а) Венера, Земля, Меркурий, Марс, Сатурн, Юпитер, Уран, Нептун, Плутон.

б) Меркурий, Земля, Венера, Марс, Сатурн,  Юпитер, Уран, Нептун, Плутон.

в) Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон.

г) Меркурий, Венера, Марс, Земля, Юпитер, Сатурн, Нептун, Уран, Плутон.

8. Тезис о бесконечности Вселенной отстаивал:

а) Николай Коперник

б) Джордано Бруно

в) Птолемей

г) Аристотель

9. При высоких температурах и давлении на Солнце термоядерные реакции синтеза:

а) водорода; б) углекислого газа; в) неона; г) гелия.

10. Возраст планеты Земля составляет около:

а) 2-3 милард. лет; б) 10 милард. лет; в) 5-6 милард. лет; г) 100 мил. лет.

11. Планета Земля состоит из:

а) Ядра, субядра, мантии; б) Земной коры, ядра, субядра; в) Земной коры и ядра; г) Земной коры, мантии и ядра.

12. Укажите правильную последовательность расположения геосферных оболочек в направлении центра Земли:

а) внутреннее ядро, внешнее ядро, мантия, земная кора.

б) мантия, внутреннее ядро, земная кора, внешнее ядро.

в) внешнее ядро, внутреннее ядро, мантия, земная кора.

г) земная кора, мантия, внешнее ядро внутреннее ядро.

13. Укажите правильную последовательность в структурной иерархии уровней организации живой материи (каждый предыдущий должен входить в последующий):

а) вид;

б) клетка;

в) особь;

г) популяция.

1. г-а-в-б; 2. б-в-а-г; 3. б-в-г-а; 4. в-б-г-а.

14. Основные идеи теории эволюции Ч. Дарвина: наследственность, естественный отбор и ...

а) изменчивость

б) популяционные волны

в) самовоспроизведение

г) конвариантная редупликация

15. Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом животной или растительной клетки, носит название ...

а) геном

б) ген

в) генофонд

г) генотип

16. Область распространения активной жизни на Земле, включающая атмосферу, гидросферу и литосферу, которые заселены живыми организмами, называется ...

а) биогеоценозом

б) биоценозом

в) биогенезом

г) биосферой

17.          Новое состояние биосферы, когда человеческая мысль и деятельность становятся определяющими факторами развития жизни на Земле, это ...

а) гидросфера

б) ноосфера

в) тропосфера

г) литосфера

18. Ледяная оболочка Земли это…

а) гидросфера; б) геосфера; в) криосфера; г) литосфера.

19. Из распространенных теорий возникновение жизни на Земле не существует:

а) креационизм

б) самопроизвольное зарождение

в) теория стационарного состояния

г) теория не стационарного состояния

20. Живое можно отличить от неживого по следующим критериям:

а) Обмен веществ и энергии, раздражимость, рост и развитие, размножение, движение, саморегуляция, наследственность, изменчивость.

б) Обмен веществ и энергии, размножение, движение, саморегуляция, наследственность, изменчивость.

в) Обмен веществ и энергии, раздражимость, рост и развитие, размножение, движение, изменчивость.

г) Обмен веществ, раздражимость, рост и развитие, размножение, движение, саморегуляция, наследственность, изменчивость.

21. К важнейшим врожденным запретам относятся следующие:

а) Не убей своего; вылизывай своего; соблюдай ритуал; предложи нарушить запрет; не позволяет бить того, кто принял позу покорности; неприкосновенностью жилища, личной жизни и имущества.

б) Не убей своего; соблюдай ритуал; предложи нарушить запрет; не позволяет бить того, кто принял позу покорности;  неприкосновенностью жилища, личной жизни и имущества.

в) Не убей своего; вылизывай своего; соблюдай ритуал; предложи нарушить запрет; не позволяет бить того, кто принял позу покорности; неприкосновенностью жилища.

г) Не убей своего; соблюдай ритуал; предложи нарушить запрет; неприкосновенностью жилища, личной жизни и имущества.

22. Из перечисленных групп к вирусам относятся:

а) Риккетсии; б) Бациллы; в) бактериофаги; г) диатомиты.

23. Из перечисленных групп к грибам относятся:

а) Риккетсии; б) Бациллы; в) диатомиты; г) базидиомицеты.

24. Из перечисленных групп к зеленым растениям относятся:

а) криофиты; б) губки; в) риккетсии; г) зигомицегы.

25. Из перечисленных групп к животным относятся:

а) криофиты; б) губки; в) риккетсии; г) зигомицегы.

26. Предком современного человека является:

а) Австралопитеки; б) Неандерталец; в) Кроманьонец; г) Питекантроп.

27. Рудименты это:

а) органы, которые когда-то активно функционировали у предков, а сейчас утратили свае значение, хотя и сохранились полностью или частично.

б) появление признаков, свойственных нашим далеким предкам.

в) органы сближающие человека к животным.

г) активно функционирующие органы человека.

7.2.2. Материалы итогового тестирования по КСЕ

1. Естествознание это:

а) раздел науки основанный на воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создании теории или эмпирических обобщений, описывающих природные явления.

б) раздел науки изучающий законы развития природы.

в) раздел науки взаимоотношения живой и неживой природы.

г) Любая область науки подлежащая эмпирической проверке и описанию явлений.

2. Особенностями естествознания античного периода были ....

а) теологизм

б) механицизм

в) метафизичность

г) абстрактность и отвлеченность

3. Процесс научного познания начинается с ...

а) построения модели

б) выдвижения гипотезы

в) наблюдения и сбора фактов

г) постановки эксперимента

4. Естественнонаучные знания от гуманитарных отличаются по признаку ...

а) историчности

б) математичности

в) однозначности и строгости языка

г) эмпирической проверяемости

5. Какой период развития естествознания указан неправильно:

а) Наивно-диалектический в) Схоластический д) Эмпирический ё) Метафизический

б) Теологический г) Кризиса е) Сознательно диалектический

6. Термин «философия» означает:

а) Любовь к богу

б) Любовь к природе

в) Любовь к мудрости

г) Любовь к человеку

7. Предметом изучения философии являются:

а) Бытие, познание, отношения человека и мира

б) Сознание, наука, мировое отношение

в) Материя, наука, человек

г) Мировое отношение

8. Крупнейшими философами древности были:

а) Лейбниц, Беркли

б) Аристотель, Платон, Демокрит

в) Гегель, Кант, Ницше

г) К. Маркс Ф. Энгельс

9. Укажите представителей немецкой классической философии:

а) Вольтер, Бруно, Монтескье

б) Кант, Фихте, Гегель

в) Локк, Юм, Ньютон

г) К. Маркс Ф. Энгельс

10.Основоположниками материалистической диалектики были:

а) Лейбниц, Беркли

б) Аристотель, Платон, Демокрит

в) Гегель и Фейербах

г) К. Маркс Ф. Энгельс

11. В какой стране развивалось конфуцианство?

а) Япония

б) Китай

в) Корея

г) Греция

12. Во второй половине XX века в научном мировоззрении появилась идея самоорганизации материи. Теориями, изучающими общие закономерности самоорганизации, являются...

а) равновесная термодинамика

б) химическая кинетика

в) неравновесная термодинамика

г) синергетика

13. В период классической ньютоновской космологии существовала модель...

а) расширяющейся Вселенной

б) эволюционной Вселенной

в) пульсирующей Вселенной

г) стационарного состояния Вселенной

14. В начале 20 века астрономия основывала на двух основных утверждениях:

а) Вселенная бесконечна.

б) Вселенная конечна.

в) Материя во вселенной распределено равномерно.

г) Материя во вселенной распределено неравномерно.

д) Материя и Вселенная за галактиками конечны.

15. Магеллановы облака это:

а) галактики Вселенной; б) спутник галактики Млечный путь.

в) спутник галактики Туманность Андромеды;

г) просто скопления звезд.

16. Нейтронная звезда это:

а) громадная звезда. б) громадное атомное ядро.

в) звезда карлик.       г) небесное тело.

17. Какая последовательность расположения планет правильная:

а) Венера, Земля, Меркурий, Марс, Сатурн, Юпитер, Уран, Нептун, Плутон.

б) Меркурий, Земля, Венера, Марс, Сатурн,  Юпитер, Уран, Нептун, Плутон.

в) Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон.

г) Меркурий, Венера, Марс, Земля, Юпитер, Сатурн, Нептун, Уран, Плутон.

18. Какой ученый предположил, что Земля- это движущаяся планета?

а) Николай Коперник

б) Джордано Бруно

в) Птолемей

г) Аристотель

19. Тезис о бесконечности Вселенной отстаивал:

а) Николай Коперник

б) Джордано Бруно

в) Птолемей

г) Аристотель

20. Какому ученому принадлежит высказывание «все есть число»?

а) Платону

б) Лейбницу

в) Пифагору

г) Аристотель

21. При высоких температурах и давлении на Солнце термоядерные реакции синтеза:

а) водорода; б) углекислого газа; в) неона; г) гелия.

22. Возраст планеты Земля составляет около:

а) 2-3 милард. лет; б) 10 милард. лет; в) 5-6 милард. лет; г) 100 мил. лет.

23. Планета Земля состоит из:

а) Ядра, субядра, мантии; б) Земной коры, ядра, субядра; в) Земной коры и ядра; г) Земной коры, мантии и ядра.

24. Укажите правильную последовательность расположения геосферных оболочек в направлении центра Земли:

а) внутреннее ядро, внешнее ядро, мантия, земная кора.

б) мантия, внутреннее ядро, земная кора, внешнее ядро.

в) внешнее ядро, внутреннее ядро, мантия, земная кора.

г) земная кора, мантия, внешнее ядро внутреннее ядро.

25. Кто явился автором теории естественного отбора в природе?

а) Галлей

б) Лаплас

в) Мальтус

г) Дарвин

26. Укажите правильную последовательность в структурной иерархии уровней организации живой материи (каждый предыдущий должен входить в последующий):

а) вид;

б) клетка;

в) особь;

г) популяция.

1. г-а-в-б; 2. б-в-а-г; 3. б-в-г-а; 4. в-б-г-а.

27. Основные идеи теории эволюции Ч. Дарвина: наследственность, естественный отбор и ...

а) изменчивость

б) популяционные волны

в) самовоспроизведение

г) конвариантная редупликация

28 . Свойственная живым организмам единая система «записи» наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов, - это ...

а) конвариантная редупликация

б) генетический код

в) генетический дрейф

г) транскрипция

29. Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом животной или растительной клетки, носит название ...

а) геном

б) ген

в) генофонд

г) генотип

30. Информационный стресс – это реакция на…

а) негативную информацию

б) информационные перегрузки

в) неожиданную информацию

г) любую информацию

31. Область распространения активной жизни на Земле, включающая атмосферу, гидросферу и литосферу, которые заселены живыми организмами, называется ...

а) биогеоценозом

б) биоценозом

в) биогенезом

г) биосферой

32. Современная концепция общения с Природой - это ...

а) установка: «нельзя ждать милостей от природы, взять их у нее – наша задача».

б) главенство человека над природой.

в) преобразование Природы.

г) установление гармонии человека и Природы.

33.          Новое состояние биосферы, когда человеческая мысль и деятельность становятся определяющими факторами развития жизни на Земле, это ...

а) гидросфера

б) ноосфера

в) тропосфера

г) литосфера

34. Ледяная оболочка Земли это…

а) гидросфера; б) геосфера; в) криосфера; г) литосфера.

35. Укажите верное утверждение, характеризующее динамический закон:

а) это закон, который определяет широкий диапазон возможностей для поведения отдельно взятого элемента из большой совокупности.

б) в динамическом законе по известному начальному состоянию определяется вероятность того или иного значения физической величины.

в) динамический закон позволяет по заданному начальному состоянию системы однозначно установить значение характеризующих систему физических величин в любой другой момент времени.

г) это закон, связи между величинами в котором неоднозначны

36. С современной точки зрения систематизирующим фактором периодической системы Д.И. Менделеева является...

а) масса ядра атома

б) масса атома

в) заряд ядра атома

г) заряд атома

37. Вещество, которое изменяет скорость химической реакции, но не расходуется и не входит в состав продуктов, называется ...

а) катализатором

б) стабилизатором

в) активатором

г) регулятором

38. Организмы, синтезирующие органические соединения:

а) редуценты; б) продуценты; в) консументы; г) сапрофаги.

39. Из распространенных теорий возникновение жизни на Земле не существует:

а) креационизм

б) самопроизвольное зарождение

в) теория стационарного состояния

г) теория не стационарного состояния

40. Живое можно отличить от неживого по следующим критериям:

а) Обмен веществ и энергии, раздражимость, рост и развитие, размножение, движение, саморегуляция, наследственность, изменчивость.

б) Обмен веществ и энергии, размножение, движение, саморегуляция, наследственность, изменчивость.

в) Обмен веществ и энергии, раздражимость, рост и развитие, размножение, движение, изменчивость.

г) Обмен веществ, раздражимость, рост и развитие, размножение, движение, саморегуляция, наследственность, изменчивость.

41. К важнейшим врожденным запретам относятся следующие:

а) Не убей своего; вылизывай своего; соблюдай ритуал; предложи нарушить запрет; не позволяет бить того, кто принял позу покорности; неприкосновенностью жилища, личной жизни и имущества.

б) Не убей своего; соблюдай ритуал; предложи нарушить запрет; не позволяет бить того, кто принял позу покорности;  неприкосновенностью жилища, личной жизни и имущества.

в) Не убей своего; вылизывай своего; соблюдай ритуал; предложи нарушить запрет; не позволяет бить того, кто принял позу покорности; неприкосновенностью жилища.

г) Не убей своего; соблюдай ритуал; предложи нарушить запрет; неприкосновенностью жилища, личной жизни и имущества.

42. Из перечисленных групп к вирусам относятся:

а) Риккетсии; б) Бациллы; в) бактериофаги; г) диатомиты.

43. Из перечисленных групп к грибам относятся:

а) Риккетсии; б) Бациллы; в) диатомиты; г) базидиомицеты.

44. Из перечисленных групп к зеленым растениям относятся:

а) криофиты; б) губки; в) риккетсии; г) зигомицегы.

45. Из перечисленных групп к животным относятся:

а) криофиты; б) губки; в) риккетсии; г) зигомицегы.

46. Предком современного человека является:

а) Австралопитеки; б) Неандерталец; в) Кроманьонец; г) Питекантроп.

47. Рудименты это:

а) органы, которые когда-то активно функционировали у предков, а сейчас утратили свае значение, хотя и сохранились полностью или частично.

б) появление признаков, свойственных нашим далеким предкам.

в) органы сближающие человека к животным.

г) активно функционирующие органы человека.

8. Задание для самостоятельной работы студентов

8.1.Перечень вопросов для самостоятельного изучения

1.    Наука как часть культуры

2.    Наука среди других сфер культуры

3.    Естественно-научная и гуманитарная культуры

4.    Критерии научного знания

5.    Структура научного знания

6.    Научная картина мира

7.    Физическая картина мира

8.    Понятие физической картины мира

9.    Механическая картина мира

10.         Электромагнитная картина мира

11.         Квантово-полевая картина мира

12.         Соотношение динамических и статистических законов

13.         Принципы современной физики

14.                      Современные концепции физики

15.                      Структурные уровни организации материи

16.                      Движение и физическое взаимодействие

17.                      Концепции пространства и времени в современном естествознании

18.                      Современные концепции химии

19.                      Специфика химии как науки

20.                      Первый уровень химического знания.

21.                      Учение о составе вещества

22.                      Второй уровень химического знания.

23.                      Структурная химия

24.                      Третий уровень химического знания.

25.                      Учение о химическом процессе

26.                      Четвертый уровень химического знания.

27.                      Эволюционная химия

8.2. Тематика рефератов и творческих работ

1.    Естественные и гуманитарные культуры.

2.    Декарт и Бэкон о методах  научного познания.

3.    Кант: Метафизика свободы.

4.    Логика Аристотеля

5.    Основные законы диалектики.

6.    Образ мира в философии

7.    Русский космизм.

8.    Современные концепции естествознания

9.    Философия религия и наука.

10.                                                                                                                                                                                 Эволюционные идеи Ч.Дарвина

11.                                                                                                                                                                                 Глобальные проблемы современности

12.                                                                                                                                                                                 Научная революция

13.                                                                                                                                                                                 Дифференциация и интеграция в науке.

14.                                                                                                                                                                                 Научные взгляды В.И. Вернадского.

15.                                                                                                                                                                                 Переход биосферы в ноосферу: прогноз и реальность

16.                                                                                                                                                                                 Естествознание: смысл слова и история развития.

17.                                                                                                                                                                                 Природа как единственный объект естествознания.

10. Информационное обеспечение дисциплины

10.1. Обеспечение основной учебной литературой.

№ п/п	Автор издания	Название	Место, год издания и издательство
1.	Горелов А.А.	Концепции современного Естествознания.	М., 1996 г.

10.2. Обеспечение учебно-методической литературой.

№ п/п	Автор издания	Название	Место, год издания и издательство
1.	Самыгина С.И. и др.	Концепции современного естествознания. Учеб. пособие для вузов.	(Авт. кол.). 2-е изд., перераб. и доп. Ростов - на - Дону: Феникс, 1999.
2.	Самыгин СИ.	Концепции современного Естествознания.	Р-Д., 1997г.
2.	Лавриенко В.Н.	Концепции современного Естествознания.	М., 1999 г.
3.	Карпенков С.Х.	Концепции современного естествознания. Учеб. для вузов.	Изд. 2 - е. М.: 2000.
4.	Найдыш В.М.	Концепции современного естествознания. Учеб. пособие.	М.: Гардарики, 1999.
5.	Рузавин Г.И.	Концепции современного Естествознания.	М., 1987г.
6.	Садохин А.П.	Концепции современного Естествознания.	Изд. Юнити М.,2006

Дополнительная литература

№ п/п	Автор издания	Название	Место, год издания и издательство
1.	Амбарцумян В.А	Загадки Вселенной.	М., 1987 г
2.	Аршинов В.И.	Вселенная и разум.	М., 1989 г.
3.	Аршинов В.И.	Загадки Вселенной.	М., 1987 г.
4.	Бронштейн В.А.	Планеты и их наблюдение.	М., 1979 г.
5.	Вернадский В.И.	Биосфера и ноосфера.	М., 1989 г.
6.	Вернадский В.И.	Начало и вечность жизни.	М., 1989г.
7.	Вернадский В.И.	Химическое строение биосферы Земли и ее окружения.	М., 1995г.
8.	Гинзбург В.Л.	О физике и астрофизике.	М, 1980г.
9.	Дагаев М.М.	Астрофизика.	М., 1983г.
10.	Данин Д.С.	Вероятностный мир.	М., 1981г.
11.	Дышлевский П.С.	Что такое общая картина мира?	М., 1984г.
12.	Евсюков Б.В.	Мифы о мироздании.	М., 1986г.
13.	Ефремов Ю.Н.	В глубины Вселенной.	М., 1977г.
14.	3авадовский Б.М.	Животное и растение.	М., 1956г.
15	Казначеев В.П.	Очерки теории и практики экологии человека	М., 1983г.
16.	Климишин И.А.	Открытие Вселенной.	М., 1987г.
17.	Круть И.В.	Введение в общую теорию Земли.	М., 1978г.
18.	Медников Б.М.	Дарвинизм в 20 веке.	М., 1987г.
19.	Мухин Л.М.	Мир астрономии.	М., 1987г.
20.	Назаретян А.П.	Интеллект во Вселенной.	М., 1983г.
21.	Новиков И.Д.	Эволюция вселенной.	М., 1990г.
22	Пригожий И.И.	Время, хаос и квант.	М., 1994г.
23.	Пригожий И.И.	От существующего к возникающему.	М., 1986г.
24.	Пригожий И.И.	Порядок из хаоса.	М., 1986г.
25.	Рогинский ЯЛ.	Проблемы антропогенеза.	М., 1969г.
26.	Рузавин Г.И.	Методы научных исследований.	М., 1974г.
27.	Савенков В.П.	Новое представление о возникновении жизни на Земле.	Киев, 1969г.
28.	Степии B.C.	Философская антропология и философия науки.	М., 1992 г.
29.	Тимиржев К.А.	Жизнь растений.	М., 1962г.
30.	Турсунов А.	Беседы о Вселенной.	М., 1976г.
31.	Чижевский А.Л.	Земное эхо солнечных бурь.	М., 1976г.
32.	Шама М.	Современная космология	М., 1973 г.
33.	Шарден П.Т.	Феномен человека	М, 1987г.
34.	Шкловский И.С.	Вселенная, жизнь, разум.	М., 1979 г.
35.	Шкловский И.С.	Звезды, их рождение, жизнь, сметь.	М., 1984 г.
36.	Шреденгер Э.	Что такое жизнь.	М., 1972 г.
37.	Энгельс Ф.	35. Диалектика природы	М., 1971г.
38.	Яблоков А.В., Юсуфов А.Г.	Эволюционное учение.	М, 1988 г.
39.	Якимов В.П.	Ближайшие предшественники человека.	В кн. «У истоков человечества». М., 1964 г.

---

[1] Достаточно вспомнить описания жизни царя Одиссея в «Илиаде» Гомера.

[2] Светимость звезды - отношение блеска звезды (такого, каким он был бы на расстоянии, равном расстоянию от Солнца до Земли) к блеску Солнца.

[3] Солнечная активность - совокупность явлений, вязанных с освобождением энергии в недрах Солнца.

[4] Газ, состоящий из частиц, имеющих электрические заряды (ионизированный),, представляет собой плазму.

[5] Сверхновыми называют вспыхивающие звезды, светимость которых при вспышке в сотни миллионов раз больше светимости Солнца.

[6] Предположение О. Ю. Шмидта о захвате Солнцем газово-пылевого облака из-вне встречает серьезные возражения.

[7] Если Солнце заменить холодной красной звездой, излучающей свет и тепло в 16 раз меньше, чем Солнце, зона активной жизни полностью будет лежать внутри орбиты Марса.

[8] По новым данным,  период осевого вращения Меркурия 59±5 суток.

[9] По данным А. Д. Кузина (СССР) и Б. Кларка (США).

[10] По данным «Маринер-4» (июнь 1965 г.).

[11] По тем же данным.

[12] Существует предположение, что Фобос - искусственный спутник. Это предположение основано на том, что перемещается он быстрее, чем должен перемещаться под действием притяжения Марса.

[13] От греч. hipsos - высота, grapho - пишу.

[14] Триангуляция - метод определения расстояний посредством измерения углов в треугольниках, специально разбиваемых на местности, и вычисления их сторон. Измерения расстояний на местности сводятся к измерению длины стороны одного из треугольников - базиса. Метод триангуляции был применен впервые голландцем В. Спеллием в 1615 г.

[15] Силу тяжести измеряют ускорением, которое получает свободно падающее тело в первую секунду своего падения. На экваторе ускорение Ч:илы тяжести 978,05 см/сек², на полюсе - 978, 04 см/сек².

[16] Это условное наименование истинной фигуры Земли было предложено в 1873 г. немецким ученым И. Листингом. Геоид - имеющий вид (фигуру) Земли (греч. geo - Земля, eidos - вид).

[17] Перигелий - ближайшая к Солнцу точка земной орбиты, афелий - наиболее удаленная.

[18] Кажущееся отклонение движущихся тел было впервые объяснено французским ученым Г. Г. Кориолисом (1792-1843).

[19] 365 суток 6 часов, 9 минут 9,6 секунды, или 365,25636 средних суток, - промежуток времени между двумя последующими прохождениями Земли через одну и ту же точку орбиты - звездный год.

[20] Часовой угол - одна из координат в экваториальной системе небесных координат. Часовой угол Солнца равен угловому расстоянию между меридианом, на котором находится наблюдатель, и большим кругом, проходящим через Солнце, северный и южный полюсы мира.

[21] Praecessio (лат.) - движение впереди.

[22] Точка пересечения небесного экватора с эклиптикой, в которой Солнце бывает при переходе из южного полушария в северное, - 21 марта.

[23] Эксцентриситет - мера сплюснутости.

[24] Центробежные силы, возникающие при вращении Земли вокруг оси, в данном случае можно во внимание не принимать.

[25] Согласно законам механики по орбите вокруг Солнца движется не центр Земли, а общий центр тяжести масс системы Земля - Луна.

[26] Это происходит потому, что при обращении Земли вокруг общего с Луной центра тяжести масс центр Земли описывает окружность около этого центра, а все остальные частицы описывают окружности такого же радиуса около своего центра. При этом радиус Земли перемещается в пространстве параллельно самому себе.

[27] Б.Л. Личков. О чертах симметрии, связанных с ее гравитационным полем, тектоникой и гидрогеологией. Сб. «Земля во Вселенной», изд. «Мысль», 1964.

[28] Поперечные волны в жидкости и в газе не возникают.

[29] Раздел Мохоровичича сокращенно называют «разделом Мохо».

[30] Если это так, то ядро могут иметь только планеты, обладающие большой массой и высоким давлением в центральных частях, такие, как Венера, Меркурий, Марс, Земля. Луна ядра не имеет.

[31] Isostasios (греч.) - имеющий одинаковый вес. Объяснение изостатического равновесия было дано впервые в середине XIX в. английскими учеными Эри и Праттом. Принцип изостазии основам на применении закона Архимеда к строению земной, коры.

[32] Геотермический градиент - изменение температуры Земли с глубиной на единицу расстояния.

[33] Геотермическая ступень - расстояние, на котором температура с глубиной изменяется на 1°.

[34] Если предположить, что температура повышается на 3° каждые 100 м на всем расстоянии от поверхности до центра Земли, то в центре Земли она должна составить более 180 000^е. Уже при температуре 8000° вещество Земли обратилось бы в газ, а давление земных слоев не могло бы удержать его.

[35] Магнитный экватор не совпадает с географическим и отступает от него к югу в западном полушарии и к северу в восточном.

[36] Названа по фамилии датского физика X.К. Эрстеда.

[37] По данным третьего искусственного спутника Земли, влияние Восточно-Сибирской аномалии на высоте около 300 км уменьшается очень незначительно.

[38] В последнее время доказано, что существует всего один гигантский радиационный пояс, охватывающий Землю, в котором по мере удаления от плотной атмосферы постепенно меняется доля протонов и электронов и их энергия. Ранее предполагавшееся деление этого единого пояса на пояса относят за счет несовершенства измерительных приборов.

[39] Пептидная связь - это химическая связь - CO-NH-.

[40] В силу важности этих свойств их называют гоминидной триадой.

[41] Средний размер мозга современного человека составляет 1400 см³ у мужчин и 1270 см³ у женщин.

[42] За исключением однояйцовых близнецов, имеющих практически идентичные генотипы.

[43] Вызывают онкологические заболевания.