ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО УРОВНЯ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ. ПРОБЛЕМЫ ГЕНЕТИКИ

овременное естествознание, как уже указывалось ранее, представля­ет собой совокупность наук, которые тесно связаны между собой и отражают единый, гармоничный мир природы. А поскольку этот мир не только един, но и многообразен, каждая из естественных наук имеет свой объект, изучает то или иное его проявление. Одной из таких наук наряду с физикой и химией является биология, изучающая живую мате­рию. Именно через биологическую проблематику естествознание наи­более близко подходит к объектам социально-гуманитарных наук и в ряде случаев, как это имеет место при изучении проблем биоэтики, сливается с ними.

8.1. предмет биологии, ее структура и этапы развития

Исходя из особого направления интересов биологической нау­ки, ее обычно определяют как науку о живом, его строении, фор­мах активности, сообществах живых организмов, их развитии, свя­зях друг с другом и неживой природой. Однако это определение приобретает смысл лишь в том случае, если мы имеем сложившееся представление о том, что такое «жизнь». Но поскольку понятие «жизнь» не поддается простому определению, его признаки будут рассмотрены отдельно (в § 8.2). Здесь же отметим, что жизнь была и остается одной из величайших тайн природы, которая до конца так и не раскрыта, и потому острые споры о ее происхождении и сущности продолжаются до сих пор.

Современная биология — результат длительного развития этой науки.

Интерес к познанию живого возник у человека очень давно. Этот интерес был обусловлен не столько любознательностью, сколь­ко необходимостью удовлетворения насущных человеческих по­требностей в пище, лекарствах, одежде, жилье и т.д.

Первоначально люди оценивали феномен жизни как одно из ве­ликих чудес, сотворенных всеведущим и всемогущим Богом, замыс­лы и дела которого недоступны человеческому разуму. Сотворение

мира актом божественной воли — одна из исходных догм в иудей­ской, христианской, исламской и ряде других религиозных систем.

Однако уже в первых древних цивилизованных обществах поя­вились любознательные люди, которые не удовлетворялись этими догмами. Они попытались исследовать живые организмы более тщательно, чем это делалось в священных текстах, стали составлять перечни растений и животных, населяющих различные регионы, описывать и классифицировать их. И хотя эти перечни и описания нередко были наивными, однако именно они положили начало научным биологическим исследованиям.

Одним из зачинателей биологии был выдающийся древнегрече­ский философ и ученый Аристотель, впервые подробно описавший многие виды животных и высказавший мысль о том, что сущест­вующие растения и животные есть результат развития природы от простых форм к более сложным и совершенным.

Но самостоятельной наукой биология стала лишь в XVIII— XIX вв. В процессе ее становления обычно выделяют три основных эта­па: традиционный (К. Линней), эволюционный (Ч. Дарвин), молеку-лярно-генетический (Г. Мендель). Каждый из этапов характеризует­ся не только увеличением объема биологических знаний, но и из­менением общих представлений о мире живого, самих основ биоло­гического мышления, или, говоря иначе, сменой биологических па­радигм.

В настоящее время биология представляет собой целый ком­плекс наук о живой природе, структуру которого можно рассматри­вать с разных точек зрения.

По общему направлению исследований био­логия подразделяется на микробиологию, ботанику, зоологию.

По изучаемым свойствам живого в биологиче­ской науке выделяются:

• морфология — наука о строении живых организмов;

• молекулярная биология, изучающая микроструктуру живых
тканей и клеток;

• экология, рассматривающая образ жизни растений и живот­
ных в их взаимосвязи с окружающей средой;

• генетика, исследующая законы наследственности и изменчи­
вости.

По уровню организации исследуемых жи­вых объектов выделяются:

• анатомия, изучающая макроскопическое строение животных;

• гистология, предметом исследования которой является строе­
ние отдельных тканей;

• цитология, исследующая строение живых клеток;

• бактериология и вирусология, изучающие соответствующие
живые организмы;

• молекулярная биология, исследующая живые организмы не только на молекулярном, но и на более глубоком, атомарном уровне.

Многоплановость комплекса биологических наук обусловлена чрезвычайным многообразием живого мира. К настоящему времени биологами обнаружено и описано более одного миллиона видов животных и около полумиллиона видов растений. Но поскольку мир растений и животных исследован далеко не полностью, количество неописанных видов оценивается по меньшей мере еще в один мил­лион. Кроме того, существует великое множество видов микроорга­низмов — вирусов и бактерий.

Важнейшим инструментом познания этого мира служит катего­рия «живого», являющаяся ключевой, исходной для всей многооб­разной системы биологических наук. Значение данной категории возрастает по мере того, как биология проникает все глубже в сущ­ность живого, исследуя жизнь на молекулярном уровне. В этих усло­виях становится очевидным как глубокое единство живой и неживой природы, так и качественное своеобразие, специфика живого.

Так что же такое жизнь, живая природа?

8.2. Сущность живого

и его основные признаки

Интуитивно мы понимаем, что есть живое и что есть мертвое.

Но при попытке определить сущность живого возникают опре­деленные трудности. Эти трудности подметил уже французский философ-просветитель Д. Дидро (1713—1784). «Я могу понять, — писал он, — что такое агрегат, ткань, состоящая из крохотных чув­ствительных телец, но живой организм!.. Но целое, система, пред­ставляющая собой единый организм, индивидуум, сознающий себя как единое целое, выше моего понимания! Не понимаю, не могу понять, что это такое!»

Вероятно, именно с этими трудностями связано существование в биологической литературе множества не вполне удачных и совсем неудачных определений данного понятия. Так, один из авторов предлагает следующее, довольно странное определение: «Живой ор­ганизм — это тело, слагаемое из живых объектов; неживое тело — слагаемое из неживых объектов». Несостоятельность данной дефи­ниции связана с ошибкой, именуемой в логике «кругом в опреде­лении», т.е. с неудачной попыткой определить «неизвестное через непонятное».

Не вполне приемлемым является и определение жизни, данное в свое время немецким философом Ф. Энгельсом (1820—1895), ко­торый рассматривал жизнь как способ существования белковых тел,

I

основным моментом которого является наличие постоянного обме­на веществ с окружающей их внешней средой. Уязвимость данного определения заключается в том, что в нем не соблюдается другое требование логики — об использовании в определении лишь такого признака или совокупности признаков, которые свойственны толь­ко данному понятию и отсутствуют у других понятий. Простой при­мер показывает, что состоять из белков и обмениваться веществами с окружающей средой могут также и неживые объекты. Так, живая мышь и горящая восковая свеча с физико-химической точки зре­ния одинаково имеют в своем составе белки и находятся в одина­ковом состоянии обмена веществ, равно потребляя кислород и вы­деляя углекислый газ. Однако в одном случае процесс обмена ве­ществ происходит в результате присущего живым организмам про­цесса дыхания, а в другом — в результате процесса горения. Таким образом, оказывается, что обмен веществ является хотя и необхо­димым, но недостаточным критерием для определения жизни, так же, как и наличие белков.

Учитывая этот негативный опыт, современная биология в соот­ветствии с логическими правилами определения понятий следует по пути перечисления всех необходимых и существенных признаков живых организмов, которые отличают их от неживых объектов. При этом подчеркивается, что только совокупность данных свойств дает представление о специфике жизни.

К числу необходимых и существенных свойств живого относят следующее.

1. Живые организмы являются высокоорганизованными структу­
рами. Уровень их организации значительно выше, чем тот, который
достигнут неживыми системами. Это своего рода острова упорядо­
ченности в окружающем их океане хаоса. Высшим проявлением
этого важнейшего свойства всего живого является человек и соз­
данный им социальный, общественный организм, наиболее ярким
выражением упорядоченности которого выступают выработанные
людьми общечеловеческие нормы нравственности.

2. Но для того чтобы поддерживать достигнутый уровень упоря­
доченности, живые системы могут существовать только как нерав­
новесные и незамкнутые, т.е. открытые. Они должны постоянно
взаимодействовать с окружающей их неживой средой, черпая из нее
вещества, энергию и перерабатывая их в необходимые для поддер­
жания жизни формы. Для осуществления этого обмена живые ор­
ганизмы прямо или косвенно используют солнечную энергию. Ос­
новную роль в осуществлении обмена веществ, или метаболизма, в
живых организмах играют белковые соединения, замечательным
свойством которых является их высокий химизм, т.е. способность к
активному взаимодействию с другими веществами.

Глубокое осознание неразрывной связи живого с окружающей природной средой — необходимая предпосылка для решения со­временной цивилизацией возникших острых экологических про­блем.

3. Живые организмы в отличие от неживых в процессе своего
развития быстро усложняются. Эта способность к усложнению и
дальнейшему совершенствованию проявляется не только на уровне
развития всего мира живого и составляющих его групп, т.е. в филоге­
незе, но и в процессе индивидуального развития отдельного организ­
ма, т.е. в процессе онтогенеза. Так, у растения или животного в ходе
его индивидуального развития появляются новые ветви или новые
органы, отличающиеся не только по своей форме, но и по своему
химическому составу от породивших их структур. Причем формы
развития на уровнях фило- и онтогенеза как бы повторяют друг дру­
га, что позволяет говорить о том, что «онтогенез есть повторение
филогенеза». Например, развитие человеческого эмбриона (онтоге­
нез) как бы воспроизводит в миниатюре всю историю эволюции чело­
веческого рода (филогенез).

4. Еще одним уникальным признаком живого является его спо­
собность к самовоспроизведению, размножению. Данная способность
живых организмов оценивается как самое существенное их свойст­
во. На химическом уровне этот признак живого связан с особыми
свойствами самовоспроизведения, копирования, которыми облада­
ют входящие в состав всех живых организмов наряду с белками
нуклеиновые кислоты. Именно нуклеиновые кислоты обеспечивают
способность живых организмов передавать потомкам информацию,
необходимую для жизни, развития и размножения. Данную инфор­
мацию несут гены — мельчайшие единицы наследственности, лока­
лизованные во внутриклеточных структурах. Именно генетический
материал определяет целенаправленное, упорядоченное развитие орга­
низма. Вот почему потомки оказываются похожими на родителей.
Однако в процессе передачи потомству содержание наследственной
информации не остается неизменным: подвергаясь различного рода
случайным воздействиям, оно изменяется, перестраивается, иска­
жается, или, как говорят биологи, мутирует. Мутации являются ис­
точником индивидуальной изменчивости (потомки оказываются не
только похожими на родителей, но и отличаются от них), чем и
обеспечивается развитие видов.

Обобщая и несколько упрощая все изложенное о специфике жи­вого, можно свести его отличительные признаки к т р е м главным:

1) наличие метаболизма, или обмена веществ;

2) способность к передаче наследственной информации и само­
воспроизведению;

3) изменчивость под воздействием мутаций, или мутабельность.

На базе этих основных признаков может быть сформулировано следующее краткое определение сущности живого.

Жизнь есть форма существования высокоорганизованных неравно­весных открытых систем, в структуре которых решающую роль иг­рают белки и нуклеиновые кислоты; эти системы способны к об­мену веществ, самовоспроизведению путем передачи наследствен­ной информации и изменчивости на основе мутаций.

Приведенное определение жизни в настоящее время является общепринятым среди биологов¹. Вместе с тем следует отметить, что в последнее время появились и некоторые иные, новейшие форму­лировки сущности жизни, которые активно обсуждаются учеными. Одно из таких определений предложил известный американский физик Ф. Типлер в своей сенсационной книге «Физика бессмер­тия» (1995). «Мы не хотим, — пишет он, — привязывать определе­ние жизни к молекуле нуклеиновой кислоты, потому что можно вообразить себе существование жизни, которая к этому определе­нию не подходит. Если к нам в космический корабль явится вне­земное существо, химическую основу которого составляет не нук­леиновая кислота, то нам все равно захочется признать его живым». И это произойдет, по мнению Типлера, потому, что жизнь пред­ставляет собой лишь информацию особого рода, которая может существовать сама по себе, независимо от тех или иных ее химиче­ских носителей. «Я, — заключает американский ученый, — опреде­ляю жизнь как некую закодированную информацию, которая со­храняется естественным отбором».

Однако шок в научном мире вызвало не столько это определе­ние, сколько защищаемое Типлером положение о существовании Бога в качестве источника этой информации и возможности вос­крешения мертвых и вечной жизни всех людей, коль скоро эта жизнь сводится к чистой информации. Именно эти утверждения американского физика были оценены многими учеными как «удар по репутации науки», которая традиционно не связывает себя ни с категорией Бога, ни с другими догматами церкви².

Дискуссионным является до сих пор не только вопрос о сущно­сти жизни, но и теснейшим образом связанная с ним проблема про­исхождения живого, его зарождения и развития.

8.3. Происхождение жизни

Для более полного понимания любого явления необходимо рас­смотреть его не только в статике, с точки зрения основных при-

¹ Волькенштейн М.В. Современная физика и биология // Вопросы философии. —
1989. - № 8. - С. 9.

² Физика бессмертия: Интервью с Ф. Типлером // Зеленый мир. — Спец. вып.
№ 29. - 1996. - С. 13.

знаков, но и в динамике — в плане возникновения и развития. Дополняя и уточняя друг друга, эти два подхода помогают соста­вить более глубокое представление о сущности предметов и явле­ний окружающей нас действительности. То же относится и к по­знанию феномена жизни.

В современной культуре существуют две главные концепции происхождения живых существ — религиозная, или креационист­ская, и научная, или эволюционистская. Несмотря на претензии на непогрешимость, которые пытается предъявить каждая из этих кон­цепций, с научной точки зрения обе они носят лишь вероятностно-гипотетический характер.

□ Креационистская концепция

Креационистская (от лат. creatio — сотворение) теория, если из­ложить ее содержание, не опираясь на те или иные религиозные догмы, представляет собой основанное на вере религиозное учение о чудесном сотворении мира, в том числе и жизни, Богом из ничего, из пустоты. Наиболее последовательно данное учение представлено в монотеистических религиях — иудаизме, христианстве, исламе. Креационизм утверждает постоянство, неизменность всех видов живых организмов, сотворенных Богом в результате единовремен­ного акта.

Так, в Библии акт творения, продолжавшийся в течение шести дней, изображается следующим образом.

1-й день: Бог создал небо и землю, а также свет и воду, т.е. материал, который стал началом единой Вселенной.

2-й день: Бог создал небо, которое разделило воды верхние и нижние.

3-й день: Бог указал воде место, куда течь, чтобы обнажи­лась суша. Затем он покрыл сушу травами и деревьями.

4-й день: Бог создал солнце, луну и звезды.

5-й день: Бог создал «пресмыкающихся, душу живую» в воде.

6-й день: Бог создал и «зверей земных по роду их», и чело­века «по образу Своему, по образу Божию»¹.

Таким образом, согласно библейскому тексту, для создания все­го живого Богу хватило нескольких дней.

□ Эволюционистская концепция

Эволюционистская концепция представляет собой научную тео­рию, основанную на человеческом разуме; она связывает возникно­вение жизни с длительным процессом универсальной эволюции природы, взаимодействием порядка и хаоса и ее самоорганизацией,

¹ Библия. Быт. 1: 14—30.

упорядочением на определенном этапе. Эволюционизм является результатом тщательных экспериментальных и теоретических ис­следований и весьма детально разработан современным естество­знанием.

И по своему содержанию, и по используемым методам эти кон­цепции противоположны. Однако в современных условиях усиле­ния взаимной терпимости религии и науки наметилась тенденция к их сближению. Некоторые современные ученые, как уже отмеча­лось выше, размышляя о целях универсальной, в том числе и био­логической, эволюции Вселенной, порой используют категорию Высшего Разума, близкую по сути к понятию Бога. Что же касается теологов, то они внимательно анализируют новейшие достижения естествознания, правда, главным образом для того, чтобы подверг­нуть их жесткой критике с позиций креационизма¹.

Эволюционная теория сегодня ищет новые аргументы для своего подтверждения в достижениях всей совокупности естественных наук. В частности, для ее дальнейшего обоснования используется теория самоорганизации, созданная во второй половине XX в. бельгийским ученым русского происхождения, специалистом в области физиче­ской химии, лауреатом Нобелевской премии И.Р. Пригожиным.

Согласно его идеям, положившим начало новой науке о само­организации систем — синергетике, наша Вселенная явилась ре­зультатом длительного процесса саморазвития, самоорганизации. Основными характеристиками этого процесса, по мнению Приго-жина, являются как постепенное, плавное развитие, так и его пере­рывы в виде взрывов, революций и катастроф, ведущих к качест­венным сдвигам в развитии материи. В этих процессах велика роль и закономерности, и случайности².

В свете фундаментальной естественно-научной теории самоор­ганизации дарвиновская теория биологической эволюции предстала как частный случай, как момент, или этап, в универсальной эволюции Вселенной.

Решающим моментом в истории Земли, образовавшейся около 6 млрд лет тому назад в составе Солнечной системы, а затем и в истории развития жизни на ней было появление атмосферы. В ее составе кроме водорода появились также азот, углерод и кислород. Атмосфера «молодой» Земли постоянно подвергалась мощным воз­действиям высоких температур, давления, радиации. В результате этих процессов появились первые молекулы органического вещества.

Дальнейшее взаимодействие органических веществ привело к образованию основных химических компонентов живого: нуклеино­вых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты первыми среди органи-

¹ Хобринк Б. Эволюция. Яйцо без курицы. — М.: Мартис, 1993.

² Пригожим И.Р., Стенгерс И. Порядок из хаоса. — М.: Прогресс, 1986.

ческих веществ в процессе их самоорганизации приобрели способ­ность к самовоспроизведению, самокопированию, а белки обнару­жили свойство высокой химической активности и способность на этой основе создавать различные структуры с разнообразными функциями. Именно поэтому из этих двух органических веществ — нуклеиновых кислот и белков — и возникли на Земле около 5 млрд лет назад первые простейшие живые организмы, способные переда­вать наследственную информацию и осуществлять обмен веществ. На этом этапе завершился продолжавшийся многие миллиарды лет процесс добиологической эволюции и начался качественно новый, гораздо более динамичный период биологической эволюции. Знаме­нательный момент перехода от неживого к живому, от сложных ор­ганических веществ к простейшим живым организмам в процессе универсальной эволюции до сих пор остается «белым пятном» в ес­тествознании. Биологи пока не пришли к единому мнению о деталях данного процесса. Центральной проблемой происхождения жизни является экспериментальное воспроизведение возникновения меха­низма наследственности. Оценивая сложившуюся ситуацию, англий­ский биолог, лауреат Нобелевской премии Ф. Крик признает: «Мы не видим пути от первичного бульона до естественного отбора. Мож­но прийти к выводу, что происхождение жизни — чудо, но это сви­детельствует только о нашем незнании».

Так или иначе, но возникновение на основе молекулярных трансформаций первых живых существ стало величайшей револю­цией в развитии природы, которая положила начало качественно новому процессу — конкуренции между живыми организмами, кото­рый впервые был описан Ч. Дарвином, создавшим теорию биоло­гической эволюции. Содержанию этой тео­рии, и сегодня сохраняющей свое значение важнейшего обобщения в биологической нау­ке, будет посвящен § 8.7.

Конечно, со времен Дарвина естествозна­ние ушло далеко вперед; процесс возникнове­ния и развития жизни описывается сегодня не только с помощью дарвиновской теории, но и на основе теории самоорганизации, созданной И. Пригожиным, которая раскрывает на атом-но-молекулярном уровне механизмы добиоло­гической эволюции, создавшей физико-хими­ческие предпосылки возникновения живого.

Совмещение дарвиновской теории эволюции с новейшей теорией самоорганизации, а также с открытиями современной генетики и создание, на этой основе универсальной теории эволюции является одним из крупнейших достижений современного естествознания. Причем отметим, что универсальная теория эволюции обосновыва-

ется наукой не только теоретически, но и подтверждается экспери­ментально множеством физических, химических и биологических опытов, проведенных в различных научных центрах многих стран, в том числе и в России.

Большой вклад в исследование проблем перехода от сложных органических веществ к простым формам жизни внес выдающийся русский биохимик академик А.И. Опарин (1894—1980). Его экспе­риментами убедительно подтвержден описанный выше процесс универсальной эволюции, результатом которой и стало возникно­вение жизни на Земле.

Отметим, что рассмотренные выше концепции происхождения жизни — религиозная и научная — продолжают сохранять свое влияние. Это связано с тем, что существуют они как бы в разных измерениях, в разных сферах духовной жизни. Креационистская концепция, основанная на вере, признает в качестве истин положе­ния, которым нет доказательств в научном смысле. В результате она оказывается за рамками научного исследования. Религия и наука как две сферы человеческого постижения действительности изна­чально по своим методам исключают друг друга. Для ученого исти­на всегда содержит элемент гипотезы, предварительности, в то вре­мя как для верующего теологическая истина абсолютна.

Тем не менее, как показывает опыт, наука и религия не всегда должны противостоять друг другу. Именно такого мнения придер­живался Ч. Дарвин. Он отнюдь не был атеистом, каким его изобра­жают некоторые последователи-дарвинисты. Об этом свидетельству­ют и последние строки, которыми Дарвин заканчивает свой главный труд. Давая общую оценку своего учения о происхождении видов пу­тем естественного отбора, он пишет: «Есть величие в этом воззре­нии на жизнь с ее различными силами, изначально вложенными Твор­цом в одну или незначительное число форм (выделено авт. — Э.О.) ... из такого простого начала возникали и продолжают возникать не­сметные формы, изумительно совершенные и прекрасные»¹.

Кроме рассмотренных концепций происхождения жизни, суще­ствуют и некоторые другие. Одной из них, пользующейся особой популярностью у писателей-фантастов и уфологов, является кон­цепция панспермии, или внеземного происхождения жизни. Данная концепция исходит из представления о возможности переноса жи­вых организмов с одного космического тела на другое. Согласно концепции панспермии, рассеянные в мировом пространстве заро­дыши жизни переносятся с метеоритами или перемещаются сами по себе под давлением светового излучения; подобным образом будто бы появилась и жизнь на Земле: ее источником стали зане-

¹ Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора. — М.: Тейдекс Ко, 2003. - С. 489.

сенные из космоса споры микроорганизмов. По сути, эта теория не дает объяснения проблемы происхождения жизни, а лишь перено­сит ее в какое-то другое место Вселенной.

8.4. Структурные уровни живого

Существующий на нашей планете мир живой природы чрезвы­чайно разнообразен. Чтобы проанализировать его состав, выявить закономерные связи между составляющими его частями, биологи­ческая наука применяет метод классификации растений и живот­ных, используя для этого различные основания. На основе опреде­ленных критериев выделяются разные уровни, или подсистемы, живого мира. Наиболее часто в современной биологии при классифи­кации уровней организации живого используется критерий масш­табности. По этому основанию в мире живого обычно выделяют следующие структурные уровни.

1. Биосферный уровень включает всю совокупность живых орга­
низмов Земли, существующих в тесной взаимосвязи с окружающей
природной средой. На этом уровне биологической наукой решается,
в частности, такая актуальная проблема, как регулирование концен­
трации углекислого газа в атмосфере. Исследуя биосферный уровень
организации живого, ученые выяснили, что в последнее время в ре­
зультате значительного усиления хозяйственной активности и слабой
природоохранной деятельности концентрация углекислого газа в
атмосфере планеты стала неуклонно возрастать. В связи с этим воз­
никла опасность глобального повышения температуры, обусловлен­
ного «парниковым эффектом», и увеличения в ряде районов земного
шара количества осадков до масштабов Всемирного потопа.

2. Биогеоценотический уровень — следующая ступень структуры
живого. Под биогеоценозами понимают участки Земли с опреде­
ленным составом тесно взаимосвязанных живых и неживых компо­
нентов, представляющих собой единый природный комплекс, или эко­
систему. Рациональное использование природных ресурсов невоз­
можно без знания структуры и законов функционирования биогео­
ценозов, или экосистем.

3. Популяционно-видовой уровень образуют свободно скрещи­
вающиеся между собой особи одного и того же вида. Его изучение
важно для выявления факторов, влияющих на численность популя­
ций. На этой основе соответствующие службы обеспечивают под­
держание оптимальной численности популяций. Популяционно-
видовой уровень также важен с точки зрения исследования путей
исторического развития живого, его эволюции.

4. Организменный и органно-тканевый уровни отражают призна­
ки отдельных особей, их строение, физиологию, поведение, а также
строение и функции органов и тканей живых существ.

у 195

5. На клеточном и субклеточном уровнях исследуются процессы
функционирования и специализации клеток, а также различные
клеточные органеллы.

6. Молекулярный уровень — объект исследований молекулярной
биологии, одна из важнейших задач которой состоит в изучении
механизмов биосинтеза, передачи наследственной информации и
развитии генной инженерии и биотехнологии.

Разделение живой материи на уровни весьма условно. Оно име­ет значение лишь как инструмент биологического исследования. Решение же конкретных биологических проблем, например про­блемы регулирования численности того или иного вида животных, опирается на данные о всех уровнях живого, которые теснейшим образом взаимосвязаны друг с другом. Однако все без исключения биологи согласны с тем, что в мире живого существуют ступенча­тые уровни, своего рода уровни иерархии. Представление о них от­ражает системный подход к изучению природы, который помогает глубже понять ее.

Вместе с тем следует помнить о том, что в этом бесконечно раз­нообразном мире тем не менее существует некий фундамент, кото­рый объединяет все его многообразие. «Первокирпичиком» живого мира является клетка. Ее исследование помогает глубже уяснить специфику живого.

8.5. Клетка как «первокирпичик» живого, ее строение и функционирование, механизм управления клеткой

Своего рода «первокирпичики» имеются на каждом уровне ор­ганизации материи.

Так, на уровне, изучаемом физикой, такую роль играют кварки — мельчайшие из известных науке частиц вещества-поля, которые ха­рактеризуются тем, что даже с помощью самых совершенных при­боров бывает трудно определить их точное местонахождение.

В сфере химических наук «первокирпичиками» являются уже более крупные частицы — атомы. Из них состоят различные хими­ческие элементы. В отличие от кварков, атомы — устойчивые, ста­бильные частицы.

Есть подобная фундаментальная частица и в биологии — живая клетка. Именно она является мельчайшей системой, обладающей всей совокупностью свойств живого, в том числе и свойством пере­давать наследственную информацию.

Создание клеточной теории, основы которой были впервые из­ложены в 1838 г. немецкими учеными М. Шлейденом (1804—1881) и Т. Шванном (1810—1882), стало одним из крупнейших достижений биологической науки XIX в.

Основное положение клеточной теории состоит в утверждении, что все живые организмы от амебы до человека состоят из клеток, сходных по своему строению. Данное положение стало еще одним свидетельством единства происхождения и развития всех видов живого.

Многочисленные исследования в области цитологии — биологи­ческой науки, занимающейся исследованием живой клетки, показа­ли, что все клетки имеют не только некоторые общие свойства, но и сходство в строении и выполняемых функциях. Так, все они осу­ществляют обмен веществ, способны к саморегуляции и передаче наследственной информации.

Вместе с тем выяснилось, что часть клеток являются высоко­специализированными и, кроме того, они весьма многообразны. Они могут существовать как одноклеточные организмы, а также в составе многоклеточных организмов, где их число может достигать нескольких миллиардов, как, например, у человека.

У клеток разный срок существования. В частности, некоторые клетки пищевода человека отмирают через несколько дней после появления, а нервные клетки могут существовать на протяжении всей человеческой жизни. Жизненный цикл любой клетки заверша­ется или делением и продолжением жизни, но уже в обновленном виде, или гибелью.

Разнообразны и размеры клеток: они колеблются от одной ты­сячной сантиметра до 10 см.

Специализированные группы клеток образуют различные ткани организма: нервную, мышечную, соединительную и др. Несколько типов тканей формируют органы: сердце, легкие и т.д. Группы ор­ганов, выполняющих какую-либо общую функцию организма, на­зываются системами организма.

Многообразием функций клетки обусловлена ее сложная струк­тура. Клетка отграничена от окружающей среды оболочкой, кото­рая, будучи неплотной и рыхлой, обеспечивает ее взаимодействие с внешним миром — обмен с ним веществом, энергией и информа­цией. Обмен веществ, или метаболизм, клеток — важнейшее свой­ство всего живого.

Обмен веществ — сложный, многоступенчатый процесс. Он включает доставку в клетку исходных продуктов, получение из них энергии и белков, выведение из клетки в окружающую среду выра-ботанньрГ полезных продуктов, энергии и «вредных отходов произ­водства».

Метаболизм, в свою очередь, обеспечивает другое важнейшее свойство клетки — поддержание стабильности, устойчивости ее внут­ренней среды. Это свойство клетки, также присущее каждой живой системе, называют гомеостазом.

Особое место в мире живого занимают вирусы. Их иногда назы­вают бесклеточными организмами, поскольку они не имеют четко выраженной клеточной структуры и существуют, проникая в другие клетки и паразитируя в них.

Следует также отметить, что помимо вирусов существуют и не­которые другие организмы с клеточным строением, которые не име­ют типичной для большинства клеток структуры, например прока­риоты, не имеющие оформленного ядра. Исторически они являются предшественниками вполне развитых клеток, имеющих ядро, или эукариотов. К группе прокариотов, древнейших безъядерных клеток, относятся некоторые организмы, сохранившиеся и поныне, в част­ности бактерии, сине-зеленые водоросли и др. Не имея оформленно­го ядра, эти организмы тем не менее обладают нитями молекул нук­леиновых кислот, которые у них, как и у всех других клеток, выпол­няют управленческую функцию; однако расположены они не в ядре, а во внутриклеточной жидкости — цитоплазме. Несмотря на относи­тельную простоту организации, безъядерные клетки способны вы­полнять все свойственные типичным клеткам функции, включая обмен веществ, поддержание гомеостаза и т.п.

Но каким же образом обеспечивается управление этим слож­ным многоступенчатым процессом, происходящим в клетке? Ис­черпывающего ответа на этот вопрос пока нет. Общепризнанно, что управление внутриклеточным обменом осуществляют особые струк­туры, как правило, находящиеся в ядре клетки в виде длинных це­пей молекул нуклеиновых кислот. Их исходной структурной едини­цей является ген. Ген — это своего рода природное кибернетиче­ское устройство, которое содержит информацию, инструкции, ко­ды, определяющие характер всей деятельности клетки как по обме­ну веществ, так и по самовоспроизведению. Именно гены обеспе­чивают важнейшие метаболические и наследственные функции клетки и всего организма в целом. В связи с исключительно высо­кой ролью генов о них будет рассказано особо, в § 8.6.

Открытие в XX в. структуры и функционирования генетическо­го аппарата клетки сыграло в развитии биологии такую же роль, как открытие атомного ядра в физике. Если открытие атомного ядра позволило человеку овладеть практически неисчерпаемыми запасами энергии, то открытие гена дало людям возможность вме­шиваться в свойства живой клетки, управлять механизмом наслед­ственности и, наконец, практически решать задачи клонирования (копирования) живых организмов.

7.6. Ген и его свойства, генетика и практика

Содержание теории эволюции сегодня невозможно представить без анализа роли в ней генов, управляющих функционированием

каждой клетки, каждого живого организма. Что же такое ген? Ка­кова его роль в функционировании и развитии живых организмов?

Ген (от греч. genos — происхождение) — мельчайшая единица на­следственности, которая обеспечивает преемственность в потомст­ве того или иного элементарного признака организма.

У высших организмов ген входит в состав особых нитевидных образований — хромосом, находящихся внутри ядра клетки. Сово­купность всех генов организма составляет его геном. Геном человека насчитывает около ста тысяч генов. По своим химическим характе­ристикам ген представляет собой участок молекулы ДНК (у неко­торых вирусов — РНК), в определенной структуре которого закоди­рована та или иная наследственная информация. Каждый ген со­держит некоторый рецепт, который обеспечивает синтез опреде­ленного белка. Таким образом совокупность генов управляет всеми химическими реакциями организма и определяет все его признаки. Важнейшее свойство гена заключается в сочетании высокой устой­чивости, неизменяемости в ряду поколений со способностью к на­следуемым изменениям — мутациям, которые являются источни­ком изменчивости организмов и основой для действия естественно­го отбора.

О невероятной сложности генетического устройства свидетель­ствуют следующие факты:

• геном бактерии Helicobacter, вызывающей язву желудка у че­
ловека, включает 1603 гена или более полутора миллиона
единиц, «букв» информации;

• генбм крошечного, живущего в почве червя Elegans состоит
из 97 млн «букв» генетического кода;

• генбм человека, который удалось расшифровать в 2001 г., со­
держит около 100 тысяч генов, включающих около 3 млрд еди­
ниц информации, причем сбой, ошибка в функционировании
хотя бы одной из этих единиц может привести к тяжелому
заболеванию¹.

Гены являются объектом изучения одной из наиболее перспек­тивных отраслей биологической науки — генетики. Ее определяют как науку о наследственности и изменчивости организмов и прак­тических методах управления ими. Генетика лежит в основе разра­ботки методов селекции, т.е. создания новых пород животных, сор­тов растений и штаммов микроорганизмов с нужными человеку признаками.

Быстрое развитие генетики в XX—XXI вв. объясняется рядом причин:

¹ Большой энциклопедический справочник. — М.: Астрель, 2001. — С. 532, 533.

• огромной ролью, которую играет генетический материал в
существовании живых организмов. Как отмечалось выше, не­
которые исследователи считают, и не без оснований, способ­
ность живых организмов передавать наследственную инфор­
мацию главным свойством всего живого;

• динамизмом, изменчивостью генного материала, его способ­
ностью к мутациям, преобразованиям, перестройкам, что и
является исходным фактором эволюции, развития жизни и ее
огромного разнообразия;

• открытием генетиками уже в конце XIX в. определенной упо­
рядоченности, законов, которым подчиняются механизмы на­
следственности, что и сделало возможным целенаправленное
воздействие на эти механизмы, или селекцию животных и рас­
тений.

Основой генетики стали законы передачи наследственной ин­формации, открытые австрийским естествоиспытателем Г. Менде­лем. Эти закономерности были им обнаружены при проведении множества опытов по скрещиванию различных сортов гороха и четко сформулированы в 1865 г. Законы Менделя, касающиеся закономер­ностей наследования признаков, принадлежат к наиболее точным, количественно определенным биологическим обобщениям. Однако эти открытия были по достоинству оценены только после смерти ученого, а в России значительно позже, чем в других странах.

Главными направлениями исследований ученых-генетиков сегод­ня стали следующие:

• дальнейшее исследование особенностей структуры тех пре­
дельно мелких материальных объектов — участков молекул
нуклеиновых кислот, которые являются хранителями генетиче­
ской информации каждого вида живого, единицами наследст­
венности. Крупнейшим достижением генетики на этом на­
правлении стала расшифровка американскими и английскими
учеными на рубеже третьего тысячелетия генома человека;

• более глубокое исследование механизмов и законов передачи
генетической информации от поколения к поколению, а так­
же ее реализации в конкретные признаки и свойства орга­
низма, например в большую продуктивность животных или
урожайность сельскохозяйственных культур;

• выяснение предпосылок и механизмов изменения генетиче­
ской информации на разных этапах развития организма.

Эти задачи решаются учеными на разных уровнях организации живой природы: молекулярном, клеточном, организменном, попу-ляционном. Продвигаясь вперед, ученые-генетики в тесном контак­те с практиками-селекционерами активно решают задачи выбора оптимальной системы скрещивания и эффективных методов отбора и управления развитием наследственных признаков.

\

Крупнейшее открытие современной генетики, как уже отмеча­лось, связано с установлением способности генов к перестройке, по­лучившей название мутирования (от лат. mutatio — изменение). Му­тации могут иметь последствия троякого рода: они могут быть полез­ными, вредными или нейтральными. Одним из результатов мутаций может быть появление организма нового вида — мутанта.

Причины мутаций пока до конца не выяснены. Однако генети­кой установлены основные факторы, вызывающие мутации, или мутагены. Известно, что мутации могут быть вызваны некоторыми общими условиями, в которых оказывается организм: его питанием, температурным режимом, составом воздушной среды и т.д. Кроме того, к мутациям приводит воздействие некоторых внезапно возни­кающих экстремальных факторов, таких, как отравляющие вещест­ва и радиоактивное излучение. Под воздействием экстремальных факторов количество мутаций может увеличиваться по сравнению с нормальными условиями в сотни раз, причем возрастает оно про­порционально дозе воздействия.

Учитывая это, селекционеры часто используют химические ве­щества, радиационное излучение и другие мутагены для получения направленных полезных мутаций.

Активная работа ученых в этом направлении привела к выделе­нию в качестве самостоятельной отрасли генетики генной инжене­рии, целью которой является конструирование новых, не сущест­вующих в природе генов и организмов. С помощью современных биотехнологий удалось получить впечатляющие результаты: ряд эффективных лекарств, например инсулин; сыворотку против гепа­тита и др.; создать первые образцы пищи, подвергнутой генетиче­скому инжинирингу (помидоры, картофель, кукуруза и др.); вывес­ти методами генной инженерии некоторые виды животных, таких, как мышь, обезьяна, овца, некоторые виды промысловых рыб, и даже вплотную подойти к решению проблемы клонирования чело­века, создания смоделированных живых организмов на основе ис­кусственных генов. Следует отметить, что эти достижения науки общественностью оцениваются неоднозначно. Так, некоторые ре­лигиозные деятели и многие специалисты по этике считают мо­рально недопустимыми подобные эксперименты, а законодатель­ные органы Европейского союза потребовали принятия закона, согласно которому все пищевые продукты, содержащие гормоны роста и чужеродные гены, должны иметь специальные этикетки, информирующие об этом потребителя.

Вместе с тем следует отметить, что модифицирование генного материала осуществляется не только в научно-исследовательских институтах и научных лабораториях, но и далеко за их пределами. В последнее время в связи с резким возрастанием загрязнения окру-

жающей природной среды, повышением содержания углекислого газа в атмосфере, усилением радиационного фона значительно воз­росло число спонтанных, стихийных, вредных мутаций как у жи­вотных, так и у человека.

Статистические данные последних лет свидетельствуют, что ежегодно в мире рождается около полутора миллионов детей с на­следственными заболеваниями мутагенного характера, — это со­ставляет около 2% общего количества рождаемых. Установлено, что именно с патологиями наследственного аппарата связана предрас­положенность к таким тяжелым заболеваниям, как туберкулез, по­лиомиелит, рак. Известны вызываемые теми же факторами дефекты психики — эпилепсия, слабоумие, шизофрения и т.п. Всемирной организацией здравоохранения зарегистрировано свыше тысячи серьезных аномалий развития человека в виде различных уродств, нарушений жизненно важных функций под влиянием тех или иных мутагенов.

Одним из наиболее опасных мутагенов являются вирусы (от лат. virus — яд). Вирусы — мельчайшие из живых существ, которые спо­собны проникать через любые фильтры, в связи с чем их иногда называют фильтрующимися вирусами. Вирусы обладают всеми ат­рибутами живой системы. Вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки, но всех структур развитой живой клетки, например ядра, они не имеют. По своему образу жизни они также отличаются от обычных клеток. Будучи неспособными синтезиро­вать белок, вирусы ведут паразитический образ жизни, получая необходимые для своей жизнедеятельности вещества путем про­никновения в живую клетку и использования готовых органических веществ и энергии. Как внутриклеточные паразиты, вирусы явля­ются возбудителями многих заболеваний растений, животных и человека. Размножаясь только в живых клетках, они используют их генетический аппарат, переключая клетку на синтез вирусных час­тиц. Вирусы настолько резко отличаются от других живых организ­мов, что иногда их выделяют в особое царство живой природы, наряду с царствами растений и животных. Конечно, описываемые вирусы нельзя путать с компьютерными, под которыми понимают­ся особые компьютерные программы, специально создаваемые ха­керами, хотя какое-то чисто внешнее сходство здесь присутствует.

Вирусы могут попадать в организм человека через дыхательную, пищеварительную и половую системы. Ббльшая их часть гибнет благодаря иммунной системе организма, вырабатывающей защит­ные антитела. Огромную опасность для иммунной системы пред­ставляют патогенные вирусы.

Сегодня будет своевременным напомнить, что вирусы, как и другие биологические организмы, например бактерии или споры,

могут использоваться в качестве биологического оружия, одного из средств террористической деятельности. С этой целью используют­ся возбудители сибирской язвы, холеры, чумы, оспы, брюшного тифа и даже гриппа. Основным методом их боевого применения является распыление в воздухе, заражение воды и пищи токсичны­ми микроорганизмами. Отдельные попытки применения оружия такого рода, вызвавшие человеческие жертвы, имели место на тер­ритории США вскоре после известных трагических событий 11 сен­тября 2001 г.

Однако и в мирных условиях патогенные вирусы вызывают у че­ловека множество заболеваний, одним из которых является СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита. Вирус СПИДа, или, как его иногда называют, ВИЧ (вирус иммунодефицита человека), пе­редается половым путем, при инъекциях, родовых контактах матери и ребенка, через донорские органы и кровь. Но он не передается воздушно-капельным путем, как вирус гриппа.

Попадая в клетки крови и мозга, вирус СПИДа встраивается в генный аппарат и парализует его защитное действие. Зараженный им человек становится беззащитным перед любой инфекцией. Проб­лема очищения генетического аппарата человека от чужеродной ин­фекции — одна из актуальных в современной медицине, но она, к сожалению, еще далека от своего решения. Поэтому сегодня основ­ным средством борьбы со СПИДом является комплекс мер по его профилактике, важнейшая из которых — санитарное просвещение. Для профилактики этой опасной болезни нужно знать, что сущест­вует тип людей, которые не воспринимают ВИЧ, оставаясь практи­чески здоровыми, хотя и являются его носителями: это люди с сильными, ВИЧ-устойчивыми генами, но они-то и являются ос­новными распространителями СПИДа. Подобное заболевание мож­но обнаружить только специальным анализом крови, в которой в этом случае обнаруживаются особые антитела, пожирающие ВИЧ. Однако данная методика эффективна только на достаточно высо­ком уровне развития инфекции, только после ее выхода из скрытой фазы. Поэтому медики используют и более глубокие методы иссле­дования с целью выявления заболеваний на его ранних стадиях, что необходимо, например, при получении донорской крови.

Основным методом лечения СПИДа является введение в кровь больного препаратов, содержащих соответствующие антитела, раз­рушающие белковую оболочку ВИЧ.

Крупный вклад в развитие современной генетики и селекции, создание новых сортов растений и пород животных, борьбу с их болезнями, а также болезнями человека внесли отечественные био­логи Н.И. Вавилов, И.В. Мичурин, Н.П. Дубинин, Н.В. Тимофеев-Ресовский.

Н.И. Вавилов (1887—1943) на основе изучения мутаций растений установил законы их наследственности и изменчивости, обосновал идею о том, что важнейшим условием успешного создания новых сортов является использование для селекции разнообразного исход­ного материала. В поисках неизвестных видов растений он исколесил весь мир, собрал уникальную коллекцию, включающую тысячи об­разцов семян. Эта коллекция и по сей день служит основой селекци­онных работ. Вавилов возглавлял и направлял работы по организа­ции сельского хозяйства в стране, являлся членом ряда иностран­ных академий наук.

КВ. Мичурин (1855—1935) внес большой вклад в дело гибриди­зации, скрещивания разных видов растений. На основе методов межсортовой и отдаленной, т.е. межвидовой, гибридизации он соз­дал свыше 300 сортов плодовых культур. Благодаря работам Мичу­рина многие южные сорта плодовых культур удалось районировать в средней полосе нашей страны. Разработанные им методы успеш­но используются в селекции и других культур.

Н.В. Тимофеев-Ресовский (1900—1981), долгое время работавший в берлинском Институте биологии, а затем в России, известен как один из основателей современной радиационной генетики. Его исследования были отмечены наградами ряда зарубежных академий наук. Жизнь и творчество ученого подробно описаны в романе Д. Гранина «Зубр».

Н.П. Дубинин (1908—1998) вошел в историю генетики как пер­вооткрыватель ряда особенностей строения генов. В результате его исследований была подтверждена дробимость генов, выяснена их роль в процессе эволюции живых существ. Кроме того, он известен как крупнейший специалист в области радиационной генетики. Дубинин был избран членом ряда зарубежных научных учреждений, в том числе Академии наук США.

Основные выводы генетики стали неотъемлемой частью совре­менной концепции биологической эволюции, возникновения и развития всего живого. Но главной ее составляющей и сегодня ос­тается концепция естественного отбора, основы которой были за­ложены Ч. Дарвином.

8.7. Современная теория биологической эволюции

Под эволюцией обычно понимают процесс изменений, одну из форм движения, для которой, в отличие от революции, характерны постепенные, непрерывные, накапливающиеся перемены, тем не менее приводящие к качественным сдвигам в развитии, в том числе и живой природы.

Представление о том, что окружающий нас бесконечно много­образный мир живых организмов появился в результате длительно­го процесса изменения и развития, т.е. эволюционным путем, сло­жилось не сразу. В этом процессе становления эволюционной пара­дигмы, как правило, выделяют три основных этапа:

1) первый этап — традиционная биология (наиболее яркий ее
представитель — шведский естествоиспытатель К. Линней);

2) второй этап — классическая теория биологической эволюции
(создатель — английский естествоиспытатель Ч. Дарвин);

3) третий этап — синтетическая теория биологической эволюции
(ее содержание явилось результатом синтеза идей Ч. Дарвина и
австрийского естествоиспытателя, основателя генетики Г. Менделя).

□ традиционная биология

Общетеоретической основой традиционной биологии, которая господствовала в биологической мысли с древнейших времен вплоть до XIX в., была концепция креационизма, исходившая из представления о единомоментном возникновении всех форм жизни на Земле. В свете креационистской концепции в центре биологиче­ских исследований оказалась задача детального описания всего многообразия чудесным образом возникшего мира растений и жи­вотных, его классификация и систематизация, а не анализ возник­новения, развития, изменения и эволюции.

Первые попытки такой систематизации были предприняты, как уже отмечалось, древ­негреческим философом и ученым Аристо­телем. Эта, несомненно, полезная работа продолжалась и в Средние века. Однако наиболее значительный вклад в традицион­ную биологию внес шведский натуралист-естествоиспытатель К. Линней (1707—1778), создавший удачную систему классификации растительного и животного мира на основе учета сходств и различий в строении и по­ведении животных. Линней убедительно по­казал, что все живые организмы делятся на обособленные группы, или виды. Линнеевская система классификации во многом использу­ется и современной биологической наукой. Согласно современным представлениям, основной единицей классификации растений и животных является вид.

Под видом понимается популяция особей, обладающих сходным строением, поведением и происхождением.

В современной классификации также используется введенная Линнеем бинарная (двуименная) система именования организмов, в

соответствии с которой название рода пишется на первом месте, а название вида — на втором. Например, научное название домашней кошки — Felis domestica — относится ко всем породам домашних кошек. Все они принадлежат к одному и тому же виду. Близкими видами того же рода являются лев (Felis leo), тигр (Felis tigris) и леопард (Felis pardus). Но собака (Canis famili-aris) относится уже к другому роду.

□ Классическая теория биологической эволюции

Традиционная биология, хотя и имеет определенные недостат­ки, но по сравнению с другими направлениями обладает несомнен­ным преимуществом. Она накапливает свой научный материал наи­более надежным способом — путем непосредственного наблюдения живой природы. Традиционная биология продолжает развиваться в настоящее время и будет развиваться в будущем. Однако предпо­сылки для ее смены на определенном этапе развития биологиче­ской мысли другой, эволюционной, парадигмой были подготовлены уже в рамках самой традиционной биологии. Вскрытые ею целост­ность, единство, взаимосвязь и преемственность организмов в жи­вой природе вплотную подвели ученых к мысли о том, что все мно­гообразие их форм является результатом длительного процесса био­логической эволюции.

Представление об эволюции живых организмов с момента их воз­никновения и до наших дней — одно из важнейших обобщений биологической науки. Сущность этой великой объединяющей кон­цепции состоит в признании того, что все многочисленные формы растений и животных, существующие ныне, не были созданы по мановению волшебной палочки в один миг, а произошли от поя­вившихся в результате завершения этапа добиологической эволю­ции простейших организмов путем их постепенных изменений, накапливавшихся в следующих одно за другим поколениях.

Элементы этой идеи в неявной форме содержались в произве­дениях многих древнегреческих философов от Фалеса до Аристоте­ля. Так, Аристотель высказал мысль о постепенном развитии живых форм, которое он называл «лестницей существ». При этом он исхо­дил из предположения о существовании некоего стремления приро­ды к развитию, от простого и несовершенного к более сложному и совершенному. Мысли об эволюции живого мира высказывали мно­гие философы и естествоиспытатели в период с XIV по XIX в. Так, французский естествоиспытатель Ж. Б. Ламарк в 1809 г. выдвинул теорию эволюции, основанную на представлении о передаче по наследству приобретенных признаков. Однако лишь после того, как Ч. Дарвин опубликовал в 1859 г. книгу «Происхождение видов пу­тем естественного отбора», теория биологической эволюции при­влекла к себе всеобщее внимание.

Теория Дарвина стала результатом обобщения им огромного количества разнообразных фактических данных, которые он соби­рал, путешествуя в качестве натуралиста на корабле «Бигль», отпра­вившемся в пятилетнее кругосветное плавание. Дарвина поразило огромное разнообразие видов растений и животных, обнаруженное им в разных районах мира. Именно эти наблюдения и заставили его в конце концов отвергнуть концепцию божественного творения, на которую опиралась традиционная биология, и искать иное объ­яснение собранным фактам. Однако на осмысление и обобщение огромной массы фактических данных ему понадобилось около 20 лет, в результате чего и появился его фундаментальный труд «Происхождение видов...». Сущность своего великого открытия сам автор излагал следующим образом: «Так как особей каждого вида рождается гораздо больше, чем может выжить, и так как, следова­тельно, часто возникает борьба за существование, то из этого выте­кает, что всякое существо, которое в сложных и нередко меняющих­ся условиях его жизни хотя незначительно варьирует в выгодном для него направлении, будет иметь больше шансов выжить и, таким образом, подвергнется естественному отбору. В силу строгого принципа наследственности отобранная разновидность будет склон­на размножаться в своей новой модифицированной форме»¹.

Это объяснение Ч. Дарвином процесса эволюции можно свести к следующим положениям.

1. Любой группе животных и растений свойственна изменчи­
вость. Изменчивость — одно из свойств, внутренне присущих жи­
вым организмам.

Следует отметить, что понимание этого свойства живых орга­низмов, справедливо отмеченного Ч. Дарвином в качестве важней­шего, сегодня стало иным, более глубоким. Теперь биологи в свете генетической теории различают среди многообразных изменений, претерпеваемых живыми организмами, изменения двух различных типов — наследственные и ненаследственные. Для эволюции важны не все приобретенные организмом в течение жизни изменения, а только те, которые наследуются, передаются последующим поколе­ниям. Причем источником таких наследуемых изменений являются возникающие на генном уровне мутации, которые в условиях внеш­ней среды лишь закрепляются. Только естественный отбор измене­ний, основанных на генетических различиях, может привести к ко­ренному изменению последующих поколений данной популяции.

2. Число организмов каждого вида, рождающихся на свет, зна­
чительно больше того их числа, которое может найти себе пропи­
тание, выжить и оставить потомство. Бблыпая часть потомства в
каждом поколении гибнет.

¹ Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора. — М.: Тайдекс Ко, 2003. - С. 23.

3. Поскольку рождается больше особей, чем может выжить, су­
ществует конкуренция, борьба за пищу и место обитания. Она может
носить как явный, так и скрытый характер. Это может быть активная
борьба не на жизнь, а на смерть или же менее явная, но столь же
действенная конкуренция, как, например, при переживании расте­
ниями и животными засухи, холода, наводнений или других небла­
гоприятных условий.

4. Наследственные изменения, облегчающие организму выжи­
вание в определенной среде, дают своим обладателям преимущество
перед другими, менее приспособленными организмами. Выживаю­
щие особи дают начало следующему поколению, и таким образом
«удачные» изменения передаются потомству, закрепляются. Положе­
ние о выживании и отборе наиболее приспособленных представляет
собой ядро теории естественного отбора Дарвина.

В результате каждое новое поколение оказывается все более приспособленным к своей среде обитания. В итоге многолетнего воздействия естественного отбора отдаленные потомки могут ока­заться настолько несхожими со своими предками, что они образуют новый, самостоятельный вид. Именно таким образом от одного пред-кового вида возникают два и более видов, а в конечном счете сформировалось все многообразие ныне существующих видов рас­тений и животных.

Дарвиновская теория биологической эволюции оказалась на­столько хорошо обоснованной, что большинство биологов очень скоро признали ее. Эта концепция занимала центральное место в биологи­ческой науке на протяжении последующих ста лет. С некоторыми поправками, внесенными в нее в связи с последующими открытия­ми в области генетики и эволюции, ее принимает и большинство современных биологов.

□ Синтетическая теория биологической эволюции

Однако эти поправки, связанные прежде всего с открытиями в области генетики, оказались настолько существенными, что их со­вокупность составила содержание особого, нового этапа в развитии теории биологической эволюции — этапа синтетической биологиче­ской эволюции. Новое в ее содержании состоит главным образом в том, что она под биологической эволюцией стала понимать не толь­ко и не столько результат действия естественного отбора, сколько следствие стихийных, ненаправленных мутаций генных структур, которые и создают первооснову, первичное сырье для естественно­го отбора.

Следует отметить, что некоторые слабости, противоречия в тео­рии Дарвина были замечены уже его современниками. Так, в исто­рии биологии известно возражение инженера Дженкина, которое

Дарвин, будучи не в состоянии на него убедительно ответить, на­звал «кошмаром Дженкина» (о нем уже шла речь во второй главе). Это возражение состояло в том, что новые изменения, приобретен­ные организмом в результате естественного отбора, все равно долж­ны утрачиваться в результате их «растворения» при скрещивании изменившихся особей с другими, которые не имеют таких измене­ний. Возникший спор мог быть разрешен только на основе знаний о роли в процессах изменчивости генных структур, которые тогда еще не были известны. Теперь мы знаем, что вновь приобретенное изменение, если оно фиксируется на уровне гена, приобретает бла­годаря этому особую прочность, устойчивость и может закрепиться в последующих поколениях вопреки воздействию других генов.

Еще одно возражение состояло в том, что дарвинизм не может объяснить причины появления у многих организмов структур, не только бесполезных, но и вредных для их выживания. В свете гене­тического подхода появление таких признаков сегодня объясняется тем, что в силу случайного характера генных мутаций среди них могут появиться и такие, которые приводят к закреплению не толь­ко полезных, но и бесполезных признаков.

Совокупность подобных возражений так или иначе привела ученых к признанию того факта, что реальная физическая борьба между животными или конкуренция за пространство, солнечный свет или воду между растениями имеют меньшее значение, чем это представлялось Дарвину.

Но наиболее важным моментом в форсировании синтетической теории эволюции было обоснование в 1886 г. А. Вейсманом (1834— 1914) положения о непрерывности зародышевой плазмы. Его заслуга состоит в том, что в то время, когда еще не были открыты гены, он понял, что наследственность связана с передачей от одного поколе­ния к другому специфических молекулярных комплексов. Именно из этого положения вытекала существенно дополняющая дарвинизм мысль о том, что приобретенные признаки не наследуются до тех пор, пока не закрепятся в зародышевых клетках, в их молекулярных структурах.

Это обобщение, касающееся механизма наследования, послужи­ло новым импульсом для формирования синтетической теории эволюции еще и потому, что оно открыло дорогу для широкого использования в биологии математических методов, создало пред­посылки для превращения ее в точную науку.

Первые шаги, сделанные на пути становления современной био­логической парадигмы, были закреплены в дальнейшем, прежде всего на основе современных достижений генетики. Сущность эво­люционного учения определяется сегодня как синтетическая тео­рия эволюции путем естественного отбора признаков, детерминиро­ванных генетически.

Крупнейшим достижением, утвердившим современную биоло­гическую парадигму, стала расшифровка в 1953 г. американскими генетиком Ф. Криком и биологом Дж. Уотсоном структуры ДНК, посредством которой осуществляется механизм наследственности. Это открытие оценивается как крупне