Концепции происхождения жизни

Классическая и современная наука

Понятие классической науки охватывает период с XVII в. по 20-е годы ХХ в. Этот этап развития науки характеризуется рядом специфических особенностей:

1. Стремление к завершенной системе знаний, фиксирующей истину в окончательном виде.

2. Механистичность – представление мира в качестве машины, состоящей из элементов разной степени сложности. Даже живой организм понимался как механизм общемировой машины, функционирующей по законам механики.

3. Натурализм – признание идеи самодостаточности природы, управляемой естественными, объективными законами.

4. Метафизичность – рассмотрение природы как неизменного, неразвивающегося целого.

5. Доминирование количественного сопоставления и оценки всех явлений над качественным.

6. Причинно-следственный автоматизм – объяснение всех природных явлений естественными причинами.

7. Аналитизм – доминирование в научном мышлении аналитической деятельности над синтетической.

8. Геометризм – утверждение картины безграничного, однородного пространства, описываемого геометрией Эвклида.

9. Субстанциональность – поиск первоосновы мира.

10. Гипотетический метод познания. Внедрение этого метода связано с именем Галилея, который предлагал вести изучение не с эмпирического, а с теоретического. Затем требовалось осуществление эксперимента, который должен был подтвердить или опровергнуть гипотезу.

В результате наука вытеснила религию в качестве интеллектуального авторитета, заняла ее место и стала претендовать на роль истины в последней инстанции, не оставив в мировоззрении места ни религии, ни философии.

В XIX веке наука остается в целом механистической и метафизической, но в ней начинают формироваться предпосылки второй глобальной революции. Этому предшествуют комплексные научные революции, в результате которых в естествознании утвердились идеи всеобщей связи и началось стихийное проникновение диалектических воззрений.

В этот период на первый план выдвигаются физика и химия, изучающие взаимопревращения веществ и энергии. В геологии возникает теория развития Земли Ч. Лайеля, в биологии зарождается эволюционная теория Ж.-Б. Ламарка.

Особое значение имели революции, связанные с тремя великими открытиями второй трети XIX в.:

· клеточной теории Шлейдена и Шванна;

· закона сохранения и превращения энергии Майера и Джоуля;

· эволюционного учения Дарвина.

Затем последовали открытия, продемонстрировавшие диалектику природы еще более полно:

· теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова;

· периодический закон Д. И. Менделеева;

· химическая термодинамика Я. Х. Вант-Гоффа;

· основы научной физиологии И. М. Сеченова;

· электромагнитная теория света Дж. Максвелла.

В результате этих научных открытий естествознание поднимается на качественно новую ступень, становится дисциплинарно организованной, систематизирующей наукой, т. е. наукой о предметах и процессах, их происхождении и развитии. В естествознании активно идет процесс дифференциации наук, т. е. дробление крупных разделов наук на более мелкие, например, выделение в физике таких разделов, как термодинамика, физика твердого тела, электричество, магнетизм и т. д.

К концу XIX в. появляются первые признаки процесса интеграции наук, который будет характерен для науки ХХ века. Это появление новых научных дисциплин на стыках наук, охватывающих междисциплинарные исследования, таких, как биохимия, геохимия, физическая химия и др.

В конце XIX – начале ХХ вв. наука вступила в свой «золотой век». В ее важнейших областях произошли удивительные открытия, широко развернулась сеть научных институтов и академий, организованно проводящих различные исследования на основе соединения науки с техникой. Оптимизм этой эпохи был напрямую связан с верой в науку и ее способность преобразить жизнь человека.

Тем не менее, естествознание оставалось в рамках классической науки, основанной на метафизике и механицизме. Это противоречие было разрешено в ходе второй глобальной научной революции.

Вторая (новейшая) революция в естествознании началась с 90-х годов XIX в. и продолжалась до середины ХХ века. Она началась в физике, затем проникла в другие естественные науки, изменив основания науки в целом и создав феномен современной науки.

Толчком новейшей революции в естествознании послужил ряд ошеломляющих открытий в физике:

· экспериментальное обнаружение электромагнитных волн Г. Герцем;

· рентгеновских лучей В. Рентгеном;

· радиоактивности А. Беккерелем;

· электрона Дж. Томсоном;

· светового давления П. Н. Лебедевым;

· введения идеи кванта М. Планком;

· создание теории относительности А. Эйнштейном;

· разработка моделей атома Э. Резерфордом, а затем Н. Бором.

Это первый этап новейшей революции в естествознании, связанный с физикой. Он сопровождался крушением прежних представлений о материи, ее свойствах, формах движения, пространстве и времени.

Второй этап научной революции начался с середины 20-х годов ХХ в. Он связан с созданием квантовой механики в сочетании с теорией относительности. В ходе этого этапа были пересмотрены многие важнейшие постулаты науки:

· учение об атомах как твердых и неделимых частицах было заменено моделями, которые почти целиком заполнены пустотой;

· трехмерное пространство и одномерное время превратились в относительные проявления четырехмерного пространственно-временного континуума; время течет по-разному для тех, кто движется с разной скоростью; вблизи тяжелых предметов время замедляется, а при определенных условиях может совсем остановиться;

· законы Эвклидовой геометрии не обязательны в масштабах Вселенной; планеты движутся по эллиптическим орбитам не потому, что их притягивает Солнце, а потому, что пространство, в котором они движутся, искривлено;

· объекты микромира имеют двойную природу и обнаруживают себя как частицы, и как волны;

· была открыта невозможность одновременно вычислить местоположение частицы и измерить ее скорость (принцип неопределенности).

Началом третьего этапа научной революции были:

· овладение атомной энергией в 40-е годы ХХ в.;

· зарождение ЭВМ и кибернетики.

· наступление эпохи НТР, слияние науки с производством и превращение науки в производительную силу.

В этот период, наряду с физикой стали лидировать химия, биология и цикл наук о земле. С середины XX века наука окончательно сливается с техникой, приведя к современной научно-технической революции.

Вторая научная революция значительно изменила стиль научного мышления и привела к формированию современной науки.

Современная наука – это наука, связанная с квантово-релятивистской картиной мира. Ее основные особенности:

1. квантово-релятивистский подход;

2. диалектичность;

3. изучение объектов и явлений на основе теории вероятности;

4. признание неисчерпаемости материи вглубь;

5. антиэлементаризм, т. е. отказ от стремления выделить элементарные составляющие сложных структур;

6. неточность и нестрогость результатов исследований и научных теорий;

7. отказ от изоляции предмета исследования от окружающих воздействий;

8. динамизм, обусловленный исследованиями неравновесных, нестационарных, открытых систем с обратной связью;

9. развитие наук биосферного класса;

10. апогей противостояния науки и религии.

В различные периоды истории наблюдалось различное сочетание и соподчинение науки с различными сферами человеческой деятельности. В античный период наука была частью философии и выступала в комплексе со всеми формами общественного сознания. В Средние века наука находилась под властью религии, которая значительно сдерживала ее развитие. В эпоху Возрождения наука начинает бурно развиваться, но сохраняет за философией место ведущего элемента в мировоззрении.

В XIX в., в связи с успехами естествознания, наука начала доминировать в культуре и мировоззрении. Тогда же между наукой и философией разгорелся конфликт, который продолжается до настоящего времени. Суть конфликта – борьба за право обладать истиной в последней инстанции. Такие инциденты уже были в истории, например инквизиция в Средние века.

В XIX в. наука, не осознавая своих границ, пыталась дать ответ на все вопросы бытия. Так возникла идеология сциентизма – вера в науку как единую непререкаемую истину.

Исторически идеология сциентизма прошла определенную эволюцию от идей просветительства через философию позитивизма к технократизму, порождающему психологию потребительства.

Современный сциентизм формирует следующие мировоззренческие установки:

· рациональный расчет;

· прагматизм (люди – это средства для достижения цели);

· доминирование материальных интересов над духовными;

· сомнение в истинности духовных ценностей.

Таким образом, возник парадокс научного мышления, состоящий в том, что разрушая наивно-целостное воззрение на мир, которое дает религия и философия, наука не дает такого же целостного убедительного миропонимания.

Все конкретные истины науки охватывают достаточно узкий круг явлений, а научный скепсис породил вокруг себя мировоззренческий дефицит. Наука – это часть культуры, необходимая, но не самодостаточная.

Использование научных открытий для создания новых видов оружия, особенно ядерного, заставило человечество пересмотреть свою прежнюю безоговорочную веру в науку.

Еще с середины ХХ века в адрес науки высказывались многочисленные критические оценки со стороны философов, деятелей культуры, искусства. По их мнению, техника умаляет и дегуманизирует человека, окружая его искусственными предметами, она нарушает его связь с живой природой, ввергая в унифицированный мир, где цель поглощает средства, где промышленное производство превратило человека в придаток машины, где решение всех проблем видится в дальнейших технических достижениях, а не в человеческом решении.

Непрекращающаяся гонка технического прогресса, требующая напряжения всех сил человека и все новых экономических ресурсов, выбивает человека из колеи, разрушая его природную связь с Землей. Это приводит к разрушению традиционных устоев и ценностей.

К этой гуманистической критике добавились и тревожные факты неблагоприятных последствий научных достижений: опасное загрязнение воды, воздуха, почвы, вредное воздействие на растения, животных, вымирание большого числа видов, значительные нарушения в экосистеме всей планеты.

Эти факты все отчетливее проявляются в современной науке и мировоззрении, говоря об их кризисе. Разрешить этот кризис сможет только глобальная мировоззренческая революция, частью которой будет и новая революция в науке.

Такая же кризисная ситуация сложилась и в других сферах человеческой культуры. В настоящее время идет поиск путей выхода из этого глобального кризиса, намечаются черты будущего постмодернистского мировоззрения и постнеклассической науки.

По мнению большинства ученых, будущая постнеклассическая наука будет обладать следующими чертами:

1. Признавать равноправие таких сфер человеческой деятельности, как религия, философия, искусство. Постмодернизм принципиально отвергает выделение какой-то одной сферы человеческой деятельности в качестве ведущей. Постнеклассическая наука должна быть гармонично вписана в систему человеческой культуры и мировоззрения.

2. Иметь тенденцию к гуманизации, т. е. включить в свой предмет человека, допуская элементы субъективности в объективно истинном знании.

3. Познание в постнеклассической науке должно иметь диалогический характер.

4. Должна основываться на идее глобального эволюционизма – всеединой, нелинейной, самоорганизующейся системы, в недрах которой возникают и исчезают структуры от физических полей, до биосферы и более крупных систем.

5. Иметь комплексный характер на основе стирания граней между традиционно обособленными естественными, общественными и техническими науками, интенсификации междисциплинарных исследований.

6. Должна опираться на новые достижения в сфере хранения и получения знаний.

7. Выступать как предпосылка производства и воспроизводства человека как субъекта исторического процесса, как личности и как индивидуальности.

Многовековые исследования и попытки решения этих вопросов породили разные концепции возникновения жизни:

· креационизм – сотворение жизни Богом;

· концепция самопроизвольного зарождения из неживого вещества;

· концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда;

· концепция внеземного происхождения жизни (панспермии), в соответствии с которой жизнь занесена из Космоса.

Концепция креационизма, по существу, не является научной, поскольку 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 и сущности жизни. Тем не менее, эта концепция продолжала и продолжает пользоваться довольно большой популярностью.

Остальные концепции появились позже, но вплоть до XIX века ни одна из них не смогла сформировать единую биологическую картину мира и тем самым дать приемлемое объяснение происхождению жизни.

В XIX веке в биологии возникли концепции:

1) механистический материализм – не признавал качественной специфики живых организмов, представлял жизненные процессы как результат действия химических и физических реакций, рассматривал живые организмы как сложные машины. Но аналогия между живым существом и машиной не объясняет именно того, что она призвана объяснять: причину целесообразной организации живых существ. Однако, такой подход неверен, поскольку машины не возникают сами собой в природных условиях. Их целесообразность, приспособленность строения к выполнению определенной работы нельзя вывести из взаимодействия закономерностей неорганического мира. Она является продуктом созидательной деятельности человека, его целенаправленных творческих усилий. В силу этого механицизм и его более поздняя разновидность – редукционизм (пытавшийся свести явления жизни к химическим и физическим процессам как своим элементарным составляющим) – всякий раз беспомощно останавливались перед проблемой происхождения жизни.

2) витализм – противоположная точка зрения (от лат. vitalis – 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, разумным нематериальным началом и т. д. Между обоими направлениями шла ожесточенная борьба идей о происхождении и сущности жизни.

Ученые-экспериментаторы вплоть до середины XIX века придерживались идеи самопроизвольного зарождения жизни из различных материальных образований, в том числе из гниющей земли, отбросов и иных объектов. Этой точки зрения придерживались такие крупные ученые и выдающиеся мыслители, как Аристотель, врач Парацельс, эмбриолог Гарвей, Коперник, Галилей, Декарт, Гете, Шеллинг и др. Их авторитет во многом определил длительный срок существования идеи самозарождения и ее широкое распространение. Достаточно сказать, что ни опыты Ф. Реди (XVII в.), который доказал невозможность самозарождения червей из гниющего мяса при отсутствии мух и провозгласил знаменитый принцип «все живое – от живого», ни даже опыты, показавшие, что в прокипяченных органических настоях не могут самопроизвольно зарождаться микроорганизмы, не оказали сильного влияния на господствующую в науке концепцию спонтанного самозарождения.

Лишь в 60-е годы XIX века в развернувшейся между Ф. А. Пуше и Л. Пастером дискуссии, потребовавшей экспериментальных исследований, удалось строго научно обосновать несостоятельность этой концепции. 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, то не произойдет никакого самозарождения. Опыты Пастера подтвердили принцип Реди и показали научную несостоятельность концепции спонтанного самозарождения организмов. Но и они не давали ответа на вопрос, откуда взялась жизнь.

Примерно в этот же период времени (1865 г.) на стыке космогонии и физики немецким ученым Г. Рихтером разрабатывается гипотеза занесения живых существ на Землю из космоса – так называемая концепция панспермии. Согласно этой идее, зародыши простых организмов могли попасть в земные условия вместе с метеоритами и космической пылью и положить начало эволюции живого, которая в свою очередь породила все многообразие земной жизни. Концепцию панспермии разделяли такие крупные ученые, как С. Аррениус, Г. Гельмгольц, В.И. Вернадский, что способствовало ее широкому распространению среди ученых. В 1908 г. шведский химик Сванте Аррениус поддержал гипотезу происхождения жизни из космоса. Он высказал мысль, что жизнь на Земле началась тогда, когда на нашу планету из космоса попали зародыши жизни. «Частицы жизни», носящиеся в бескрайних просторах космоса, переносимые давлением света от звезд, оседали то здесь, то там, осеменяя ту или иную планету.

Тем не менее пока и эта гипотеза полного научного обоснования не получила. 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. К тому же эта гипотеза не решает проблемы происхождения жизни, а лишь выносит ее за пределы земли – если жизнь была занесена на землю из космоса, то где и как она возникла? Есть вариант этой гипотезы, утверждающий вечность жизни во вселенной. Считается, что после большого взрыва, в результате которого образовалась наша вселенная, в процессе появления вещества на самых ранних этапах эволюции вселенной произошло разделение этого вещества на живое и неживое, и жизнь существует столько же времени, сколько и весь космос.

Наряду с гипотезой панспермии в современной научной литературе сохраняется также гипотеза о случайном характере возникновения на Земле первичной живой молекулы, которая появилась лишь раз за все время существования нашей планеты. В силу этого обстоятельства экспериментальную проверку данной гипотезы произвести невозможно. Эта гипотеза получила широкое распространение среди генетиков в связи с открытием роли ДНК в явлениях наследственности. Г. Меллер в 1929 г. развивал мысль, что чисто случайно на Земле возникла единичная «живая генная молекула», обладавшая внутримолекулярным жизнеопределяющим строением, которое она пронесла неизменным через все развитие земной жизни. Долгое время моделью такой «живой молекулы» считали частицу нуклеопротеида вируса табачной мозаики, но сейчас стало очевидным, что вирусы нельзя рассматривать как промежуточный этап на пути возникновения жизни: сперва должна была возникнуть жизнь, а затем вирус. Тем не менее, идея случайного возникновения ДНК до сих пор широко распространена в научной литературе, хотя вероятность такого события очень мала.

Таким образом, на протяжении веков менялись взгляды на эту проблему, но наука все еще далека от ее решения. И сегодня продолжаются споры о сущности жизни: является ли она просто чрезвычайно упорядоченным состоянием обычных атомов и молекул, из которых состоит «живое вещество», или существуют пока не открытые элементарные «частицы жизни», переводящие обычные химические и физические вещества в живое состояние. Веских доказательств и аргументов в пользу справедливости той или иной точки зрения нет.

Очевидно, более целесообразно рассматривать жизнь как особую форму движения материи, закономерно возникшую на определенном этане ее развития. Разумеется, возникновение жизни содержало элемент случайности, но оно было не абсолютно случайным, а в основе своей закономерным, необходимым. Видимо, появление жизни произошло, когда химическая эволюция после одной из точек бифуркации привела к появлению живого организма и началу биологической эволюции.

Поэтому сегодня наиболее перспективным направлением для естествознания является исследование возникновения жизни на нашей планете из неживой материи в ходе процессов самоорганизации.

Гипотеза происхождения жизни А. И. Опарина (1924 г.) явилась первой научной концепцией, доказавшей на основе экспериментов возможность естественного возникновения простейших организмов из неорганических веществ. Ученый выступил с утверждением, что монополия биотического синтеза органических веществ характерна лишь для современного периода существования нашей планеты.

В начале своего существования, когда Земля была безжизненной, на ней осуществлялись абиотические синтезы углеродных соединений и их предбиологическая эволюция. Затем шло постепенное усложнение этих соединений, формирование из них индивидуальных обособленных систем, превращение их в протобионты, а затем в первичные живые вещества.

А. И. Опарин стал рассматривать появление жизни как естественный процесс, который состоял из первоначальной химической эволюции, протекавшей на ранних этапах развития планеты и перешедший постепенно на качественно новый уровень – биохимическую эволюцию.

Этот процесс с самого начала был неразрывно связан с геологической эволюцией Земли. Опарин предположил и экспериментально доказал, что под действием электрических разрядов, тепловой энергии, ультрафиолетового излучения в газовых смесях, содержащих пары воды, аммиака, цианистого водорода, метана и др., появляются аминокислоты, нуклеотиды, полипептиды, другие вещества, свойственные живым организмам.

Согласно гипотезе Опарина, возникновение и развитие химической эволюции произошло в ходе образования и накопления в первичных водоемах исходных органических молекул, которые скапливались в сравнительно неглубоких местах, прогреваемых солнцем, богатым ультрафиолетовым излучением при отсутствии озонового слоя атмосферы.

Ультрафиолетовые лучи обеспечивали энергией протекание химических реакции между органическими соединениями. Таким образом, в некоторых зонах первичных водоемов протекали случайные химические реакции. Большая их часть быстро завершилась из-за недостатка исходного сырья. Но в хаосе химических реакций произвольно возникали и закреплялись реакции циклических типов, обладавшие способностью к самоподдержанию. Результатом этих реакций и стали коацерваты – пространственно обособившиеся целостные системы. Существенной их особенностью была способность поглощать из внешней среды различные органические вещества, что обеспечивало возможность первичного обмена веществ со средой. Естественный отбор способствовал сохранению наиболее устойчивых коацерватных систем. Система, описанная Опариным, представляла собой открытую химическую микроструктуру и уже была наделена способностью к обмену веществ, хотя еще не имела системы для передачи генетической информации на основе функционирования нуклеиновых кислот.

В ходе естественного отбора возникли важнейшие свойства жизни, отличающие ее от предыдущего этапа развития. Возникшие целостные многомолекулярные системы, обособленные от окружающей среды определенной границей раздела, сохраняли с ней взаимодействие по типу открытых систем. Только такие системы, черпающие из внешней среды вещества и энергию, могли противостоять нарастанию энтропии и даже способствовать ее уменьшению в процессе своею роста и развития, что является характерным признаком всех живых существ.

Естественный отбор сохранял те целостные системы, в которых более совершенной была функция обмена веществ, способствовавшая быстрому росту системы и ее динамической устойчивости в данных условиях существования.

Выживающие в ходе естественного отбора системы имели специфическое строение белков и нуклеотидов, которые и обусловили появление наследственности. В органической химии известны примеры реакций такого типа. Их отбор и выживание следует рассматривать как возможный качественный скачок, создавший предпосылки для перехода от химической эволюции к биологической. Вместе с отбором и совершенствованием циклических комплексов происходил отбор и совершенствование участвующих в этих реакциях органических молекул.

Популярность концепции Опарина в научном мире очень велика. Его ученики и последователи и сегодня продолжают исследования в этом направлении. Но у этой концепции есть как сильные, так и слабые стороны.

Дата добавления: 2014-01-03