10. Живая и неживая природа
Грандиозное многообразие окружающего нас мира распадается на две большие области. Это неживая и живая природа. Основные естественные науки, посвященные изучению первой, – астрономия, физика и химия. Исследованием второй занимается биология (греч. bios – жизнь и logos – учение, наука).
Интерес к познанию живой природы возник у человека очень давно, еще в первобытную эпоху, и был тесно связан с его важнейшими потребностями – в пище, лекарствах, одежде, жилье и т. п. Однако только в первых древних цивилизациях люди стали целенаправленно и систематически изучать живые организмы, составлять перечни животных и растений, населяющих разные регионы земли.
В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Причем существуют различные классификации последних. Например, по объектам исследования биологические науки подразделяются на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию и антропологию. По уровню организации живых объектов выделяются следующие науки: анатомия, посвященная изучению макроскопического строения животных; гистология, исследующая строение тканей; цитология, изучающая клетки, из которых состоят все живые организмы. По свойствам, или проявлениям живого биология включает в свой состав морфологию – науку о структуре, или строении живых организмов; физиологию, которая изучает их функционирование; молекулярную биологию, исследующую микроструктуру живых тканей и клеток; экологию, рассматривающую образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой; генетику, которая изучает законы наследственности и изменчивости живых организмов. Все эти классификации в известной степени условны и относительны и, как вы заметили, пересекаются друг с другом в различных пунктах. Такая многоплановость комплекса биологических наук во многом обусловлена необычайным многообразием живого мира.
К настоящему времени учеными обнаружено и описано более 1 миллиона видов животных, около полумиллиона видов растений, несколько сотен тысяч видов грибов, более 3 тысяч видов бактерий. Причем мир живой природы исследован далеко не полностью. Число пока еще не описанных видов живого оценивается по меньшей мере в 1 миллион. Кроме того, огромное количество видов живых организмов давно вымерло. По современным научным данным за все время развития жизни на Земле существовало колоссальное количество различных видов живых существ – приблизительно 500 миллионов.
Понятно, что живая природа представляет собой качественно новый, более высокий уровень организации материи, или виток мировой эволюции, поднявшийся на необыкновенную высоту по сравнению со ступенью неживой природы. В чем же заключается столь радикальное отличие живой природы от неживой? Интуитивно все понимают, что такое живое и что – неживое. Однако при попытке определить сущность живого возникают трудности. Оказывается, ответить на вопрос о том, что такое жизнь, довольно непросто.
Например, широко известно определение, предложенное немецким философом 19 в. Фридрихом Энгельсом, согласно которому жизнь – это способ существования белковых тел, важной особенностью которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. Тем не менее, живая мышь, например, и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае – в результате дыхания, а в другом – в процессе горения. Данный пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и неживые объекты; т. е. обмен веществ является хотя и необходимым, но недостаточным критерием определения жизни. То же самое можно сказать и о белковой природе живых объектов. Так американский ученый Ф. Типлер в своей книге "Физика бессмертия" говорит следующее: "Мы не хотим 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" (Цит. по: Концепции современного естествознания. М.: ЮНИТИ, 1997. С. 159).
Таким образом, невозможно указать только на один какой-нибудь главный, или основополагающий признак, по которому различаются объекты живой природы и неживой. Поэтому современная биология при определении и описании живого исходит из необходимости перечисления нескольких принципиальных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность этих свойств может дать представление о специфике жизни. К таким свойствам, или признакам относятся следующие.
1. Живые организмы характеризуются гораздо более сложным устройством, чем неживые тела.
2. Любой организм для поддержания своей жизнедеятельности получает энергию из окружающей среды. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию.
3. Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Если, например, вы толкнете камень, то он пассивно сдвинется с места, а если толкнуть животное, то оно отреагирует активно: убежит, нападет, изменит форму и т. д. Способность реагировать на внешние раздражения – это всеобщее свойство живых существ, как растений, так и животных.
4. Живые организмы могут не только изменяться, они также и усложняются. Так, например, у растения появляются новые ветви, а у животного – новые органы, значительно отличающиеся и по внешнему виду, и по устройству от тех, которые их породили.
5. Все живое размножается. Причем потомство и похоже на родителей, и в то же время чем-то от них отличается.
6. Сходство потомства с родителями обусловлено еще одной важной особенностью живых организмов – способностью передавать потомкам заложенную в них наследственную информацию, которая содержится в генах (греч. genos – происхождение) – мельчайших и очень сложно утроенных частицах, находящихся в ядрах клеток живых организмов. Генетический материал направляет развитие организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако наследственная информация в процессе жизни организма, а также во время передачи несколько искажается или меняется. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них.
7. Живые организмы хорошо приспособлены к среде своего обитания. Строение птицы, рыбы, лягушки, дождевого червя полностью соответствует тем условиям, в которых они живут. Этого никак нельзя сказать о неживых телах: камню, например, "все равно", где находиться – он может лежать на дне реки или валяться в поле, или летать вокруг Земли в качестве ее естественного спутника. Однако если мы заставим, например, птицу жить в речных глубинах, а рыбу – в лесу, то эти живые существа, конечно же, погибнут. Говоря проще, основные отличия живого от неживого заключаются в том, что все живые организмы питаются, дышат, растут и размножаются, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются.
Неживая природа существует на различных уровнях сложности. Первым из них, по современным представлениям, являются кварки, из которых состоят элементарные частицы. Далее следует уровень атомов, слагаемых из элементарных частиц, затем идут уровни: молекул, макроскопических тел, мегаобъектов, галактик, скоплений галактик, Метагалактики и Вселенной. Важно отметить, что каждый последующий уровень не сводится механически к предыдущему. Например, атом не является простой механической суммой образующих его элементарных частиц, а представляет собой нечто более сложное и качественно новое по сравнению с этой суммой и поэтому никак не сводим к ней. Вспомним, одна из характерных черт третьей, или современной научной картины мира – это антимеханицизм, в силу которого не только Вселенную в целом, но и каждый отдельный ее объект нельзя рассматривать как механическую совокупность составляющих частей.
В живой природе также можно выделить основные структурные уровни, или ступени сложности. Первый из них – это молекулярный уровень, представляющий собой предельно малые объекты живого, а именно молекулы ДНК, в которых заключена наследственная информация живых организмов. Следующий уровень является клеточным, за ним следуют органно-тканевый и организменный уровни. Далее идут популяционно-видовой и биогеоценотический, или экосистемный уровни. (Биогеоценоз, или экосистема – это участок Земли со всеми живыми организмами, которые его населяют и неживой среды их обитания; говоря иначе, – со всеми компонентами составляющей его живой и неживой природы. Примерами биогеоценозов, или экосистем могут служить лес, озеро, поле и т. п.). Завершающей ступенью в иерархии уровней организации живого мира является биосфера, которая представляет собой всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.
На вопрос о происхождении и эволюции неживой природы неклассическое естествознание, как мы уже знаем, отвечает с помощью гипотезы Большого взрыва. О том, каковы современные научные представления об эволюции и происхождении живой природы, речь пойдет далее.
11. Теория биологической эволюции
Издавна люди пытались объяснить многообразие живого мира. На протяжении нескольких тысячелетий господствовало очень простое объяснение, которое состояло в том, что будто бы все виды организмов были созданы однажды Богом в их нынешних формах и больше никогда не изменялись. Сторонники религиозных представлений считают, что все многообразие организмов, населяющих Землю, явилось результатом божественного творения мира за шесть дней (так сказано в Библии), а любое другое предположение они, как правило, воспринимают в качестве оскорбления своей религиозной веры. Вспомним, что классическое естествознание и неживую природу рассматривало как нечто неизменное, раз и навсегда созданное Богом. Именно под влиянием идеи о неизменности всего живого биология – наука о жизни – долгое время сводилась лишь к описанию многочисленных видов животных и растений. И действительно, если известно, откуда взялась живая природа, а также – то, что она неизменна, то остается только ее описать, разбить для удобства все живое на большие группы или классы, то есть – создать его классификацию. Наиболее совершенной для своего времени была классификация, созданная известным шведским ученым 18 века Карлом Линнеем.
Однако в том же 18 столетии некоторые ученые в различных странах мира (например, Жорж Бюффон во Франции, Эразм Дарвин – дед Чарльза Дарвина – в Англии, Иоганн Гете в Германии, Михаил Ломоносов в России) пришли к выводу, что организмы, населяющие Землю, не неизменны, а находятся в состоянии непрерывного развития. Процесс изменения или развития называется в науке эволюцией (лат. evolutio – развертывание). Такой вывод им позволили сделать обнаруженные в разных местах нашей планеты остатки животных и растений, существовавших на Земле миллионы лет назад. Эти остатки казались странными, так как они совершенно не были похожи на современные живые организмы. Из этого различия древних и нынешних форм жизни вполне можно было сделать вывод о том, что живая природа находится не в стационарном состоянии, а в эволюционном. Правда также высказывались предположения о том, что найденные остатки – это не следы давно вымерших организмов, а некие предметы, которые Бог поместил в горные породы, чтобы людям было интереснее жить не свете. Однако такого рода объяснения мало что могли дать науке, и поэтому биология сосредоточилась на эволюционных идеях.
Одним из первых попытался выяснить как происходит эволюция известный французский биолог 18 века Жан Ламарк. (Именно он предложил впервые термин "биология"). Ламарк объяснил изменение видов живых организмов тем, что на них в значительной степени влияет окружающая среда (питание, климат и т. д.), под воздействием которой происходит формирование новых признаков, а также – тем, что они передаются по наследству от одного поколения к другому, постепенно приводя, таким образом, к образованию новых видов живых организмов. Создателем стройной и развернутой теории эволюции является знаменитый английский ученый Чарльз Дарвин, который обобщил в середине 19 века отдельные эволюционные идеи в единое учение. В 1859 году увидела свет его знаменитая книга "Происхождение видов путем естественного отбора". С тех пор дарвиновская теория остается самым плодотворным результатом биологической мысли за все время ее существования. Правда, время от времени появляются люди, объявляющие, что Дарвин был неправ. Однако ничего достойного взамен его идей они предложить не могут. До сих пор не появилось другой, сколько-нибудь значимой теории, которая дала бы объяснение столь обширному количеству фактов, наблюдаемых в живой природе, как это сделала эволюционная теория Дарвина. Более того, сегодня она находит все новые области применения.
Развитие любых видов живых организмов, говорит Дарвин, совершается следующим образом. Поскольку постоянно меняются условия среды их обитания (ландшафт, климат и другие), то неудивительно, что происходят различные изменения и с живыми организмами, которые приспосабливаются к новым условиям для того, чтобы выжить. То есть исчезают одни признаки, выгодные для старых условий, и появляются иные, более отвечающие новым условиям жизни. Эти признаки передаются по наследству последующим поколениям, закрепляются в них, обеспечивая выживание вида и сохраняются до тех пор, пока изменившиеся условия среды обитания не сделают их невыгодными или гибельными для жизни.
Приведем простой пример. Допустим в неком месте живут гусеницы серого цвета, питающиеся древесной листвой. Теперь, предположим, что в это место откуда-то прилетели и обосновались в нем птицы, которые начали питаться гусеницами. Появление таких нежелательных соседей является, конечно же, значительным изменением условий обитания гусениц. Будучи серыми, они прекрасно видны на зеленых листьях деревьев и становятся легкой добычей птиц. Для выживания гусениц необходимо, чтобы их окраска поменялась с серой на зеленую и стала сливаться с листьями, делая их незаметными. Если среди серых гусениц есть особи не с серой окраской, а с зеленой (что вполне возможно, так как особи даже одного вида могут значительно отличаться друг от друга), то понятно, что их шансы на выживание значительно выше. Так происходит формирование нового признака под влиянием изменившихся условий среды обитания: со временем серые сородичи зеленых гусениц погибают, а последние остаются жить и, размножаясь, передают своему потомству этот жизненно важный признак. Обратим внимание на то, что часть особей, не приспособившихся к новым условиям, погибает, а выживают, наоборот, наиболее приспособившиеся, выработавшие выгодные для жизни новые признаки, которые позволяют им не только выжить самим, но и размножиться, оставить после себя потомство. Иначе говоря, природа сама производит отбор наиболее сильных и приспособленных к жизни организмов и уничтожает слабые и неприспособленные. Такой отбор в эволюционной теории называется естественным. Он и является, по мнению Дарвина, главной движущей силой эволюции, ее всеобщим законом, которому подчиняется развитие всей живой природы. Изменчивость, наследственность и естественный отбор действовали с незапамятных времен появления живого и привели к поражающему ныне многообразию видов живых организмов.
Среди дарвиновских идей есть также утверждение о том, что человек, как один из биологических видов (называемый Homo Sapiens) является результатом длительной эволюции живой природы от менее совершенных к более совершенным организмам. В 1871 году появилась его книга "Происхождение человека и половой отбор", в которой была высказана эта гипотеза. Довольно часто можно услышать, что с точки зрения Дарвина человек произошел от обезьяны. Это высказывание является неверным, потому что оно значительно огрубляет и искажает дарвиновскую мысль. Кстати, когда нам говорят, что человек произошел от обезьяны, то довольно часто возникает справедливый вопрос: отчего же нынешние обезьяны не превращаются в людей? Так вот правильнее говорить, что и человек и нынешние обезьяны произошли от общих млекопитающих предков, которые жили много миллионов лет назад. Проиллюстрировать это утверждение можно так называемым "принципом пяти пальцев". Посмотрите на свою ладонь: четыре пальца направлены в одну сторону, а один – большой – в другую, он как бы противопоставлен всем остальным. Примерно то же самое наблюдается и в схеме эволюции человека: от общего млекопитающего предка в одну сторону пошло несколько ветвей эволюции, которые привели к появлению обезьян, а в другую сторону направилась эволюционная ветвь, увенчавшаяся появлением особого биологического вида – человека разумного. Это разделение двух ветвей произошло приблизительно 10–15 миллионов лет назад, и поэтому вполне понятно, что обезьяна и человек – это совершенно разные виды, не столько сходные, сколько противопоставленные друг другу (еще раз посмотрите на пять пальцев ладони), равно как ясно и то, что человек не "произошел от обезьяны" (а также совсем неудивительно, почему нынешние обезьяны не превращаются в людей).
В заключение необходимо отметить, что несмотря на огромные успехи биологии, до сих пор многие вопросы и проблемы, связанные и с происхождением жизни на Земле, и с эволюцией человека еще далеки от окончательного решения и ждут своих будущих исследователей. Однако огромная и несомненная заслуга дарвиновской теории помимо всего прочего заключается в том, что она пробила первую брешь в господствовавшей несколько столетий идее о стационарности неживого и живого мира. Эволюционное учение, появившееся в 19 веке, т. е. еще тогда, когда были сильны позиции классического механистического естествознания, утверждавшего неизменность всего существующего, как бы выпадало из него. Через полвека после создания эволюционного учения вторая или классическая научная картина мира начала рушиться, уступая место третьей или неклассической научной картине мире, одной из главных идей которой стало утверждение о том, что не только живая природа, но и Вселенная в целом есть результат грандиозной мировой эволюции.