Концепции современного естествознания

Возраст Земли оценивается в 4,7 млрд лет. Это, однако, не значит, что она столько лет существует в нынешнем виде. Её современный вид и нынешнее состояние – это результат длительной, продолжавшейся миллиарды лет ЭВОЛЮЦИИ. Идея эволюции оказала революционное влияние на развитие геологического знания, стала одной из основополагающих идей современной геологии. Благодаря ей стало возможным говорить о геологическом времени и моделировать геологическое прошлое.

Таким образом, литологический и биостратиграфический способы определения геологического времени могут устанавливать не абсолютный, а лишь относительный возраст осадочных пород в сравнительной степени «старше – моложе».

Для измерения геологического времени обычно пользуются одним из следующих вариантов радиологического метода: рубидий – стронциевым, ураново-свинцовым и калий-аргоновым. Дело в том, что радиоактивные элементы – рубидий и уран, а также радиоактивный изотоп калия имеют очень большие периоды полураспада, сравнимые с возрастом древних геологических пород. Так, например, калий, который содержится в большинстве геологических пород и во многих минералах, самопроизвольно распадается, обращаясь в аргон с периодом полураспада 1,28 млрд. лет.

Радиоактивный изотоп углерода (С₁₄) имеет период полураспада 5730 лет. Однако в живом организме его количество все время пополняется, так как живое органическое вещество усваивает углерод-14, образовавшийся в результате космического излучения. Понятно, что в момент смерти организма это усвоение радиоактивного углерода прекращается, и содержание углерода-14, оставшись без пополнения, будет убывать в организме со скоростью полураспада. Исходя из этого, стали применять РАДИОУГЛЕРОДНЫЙ МЕТОД как самый удобный и точный способ датировки ископаемых органических останков и археологических артефактов.

Концепции геологической истории.

Идея эволюционизма пробивала себе путь в геологию вместе с формированием различных, сменяющих друг друга геологических концепций: НЕПТУНИЗМ, ПЛУТОНИЗМ, КАТАСТРОФИЗМ (теория катастроф), УНИФОРМИЗМ, ЭВОЛЮЦИОНИЗМ, МОБИЛИЗМ и ГЛОБАЛЬНЫЙ ЭВОЛЮЦИОНИЗМ.

К началу ХХ столетия позиции эволюционизма завоёвывают передовые рубежи в геологии, вытесняя оттуда нептунизм, плутонизм, катастрофизм и униформизм.

Позиции эволюционизма ещё более укрепляются за счёт гипотезы мобилизма, выдвинутой немецким физиком Альфредом Вегенером (1880-1930). Он предложил и пропагандировал гипотезу дрейфа континентов. Вегенер связал воедино совпадения очертаний береговых линий материков, продолжение геологических пород возрастом более 180 млн. лет за пределы континентов, совпадение направлений намагниченности предполагаемых разломов, сведения о распространении геологических видов и климатических зон. Ученый доказал, что жизнь суперконтинента длится около 100 млн. лет. Океаны, образующиеся при расколе суперконтинента, не могут существовать более 400 млн. лет. Таким образом, каждые 500 млн. лет все континенты собираются в единый массив суши.

МОБИЛИЗМ (от лат. mobilis – подвижный) – это геологическая концепция, предполагающая большие (до нескольких тысяч км) горизонтальные перемещения крупных литосферных плит. По мере накопления научных данных, мобилизм трансформируется в т. н. НОВУЮ ГЛОБАЛЬНУЮ ТЕКТОНИКУ, которая, по существу, представляет собой современный вариант гипотезы мобилизма, т. е. неомобилизм.

Неомобилизм показал несостоятельность ФИКСИЗМА – геологической гипотезы, признающей незыблемость (фиксированность) положений континентов на земной поверхности. Он ещё в большей степени укрепляет позиции геологического эволюционизма, фактически трансформируя его в концепцию глобальной эволюции Земли, согласно которой в едином процессе эволюции находятся все оболочки нашей планеты, все геосферы. Данная концепция ведёт к важным структурным изменениям в геологии, которая начинает теснее взаимодействовать с физикой, химией, биологией и некоторыми другими естественными науками. Можно сказать, что в последние десятилетия ХХ столетия геология вступила в качественно новую фазу своего развития. Современная геология уже не может решать многие вопросы, связанные с процессами, происходящими в земном ядре, магнитосфере Земли, других геосферах без привлечения и использования данных квантовой механики, квантовой электродинамики, теории элементарных частиц, неклассической химии и других отраслей современной (неклассической) науки. Это значит, что сама геология становится неклассической наукой.

Согласно креационизму жизнь рассматривается как божественное творение. Бог как высший создатель творит весь мир, в том числе и всех живых существ, включая человека. Следовательно, жизнь имеет не естественное, а сверхъестественное, божественное происхождение. Христианские теологи утверждают, что в результате зачатия появляется только тело, а душа создается Богом из ничего и им же соединяется с телом.

В 1650 году архиепископ Ашер из г.Арма (Ирландия) вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 года до н.э. и закончил свой труд 23 октября в 9 часов утра, создав человека. Ашер получил эту дату, сложив возраст всех людей, упоминающихся в библейской генеалогии, от Адама до Христа. С точки зрения арифметики это логично, однако получается, что Адам жил в то время, когда, как показывают археологические раскопки, на Ближнем Востоке существовала хорошо развитая городская цивилизация.

Витализм представляет собой идеалистическое биологическое учение, в соответствии с которым жизнь и все ее проявления объясняются нематериальным, сверхъестественным, иррациональным и неизменным началом – жизненной силой, обозначаемой через такие понятия как «энтелехия», «душа», «жизненный импульс» и др. Элементы витализма можно найти еще в представлениях Платона и Аристотеля. В эпоху Возрождения врач Теофраст Парацельс (1493-1541) формирует общее положение, которое впоследствии легло в основу витализма как биологического течения. Согласно данному положению, все существа рассматриваются как продукт соединения видимого земного (материального) тела и ненаблюдаемого небесного жизненного духа, названного Парацельсом «археем» (от греч. Arhaios – зачинщик). Идею Парацельса развивает далее врач Иоганн Баптиста Ван Гельмонт (1577-1644). Он разрабатывает виталистическую концепцию природы, в основу которой в качестве исходного принципа кладет архей как жизнеформирующую силу.

Многие ученые и мыслители прошлого не могли удовлетвориться ни креационизмом, ни витализмом, поскольку полагали, что жизнь по своей сущности и происхождению представляет собой естественное, а не сверхъестественное явление.

В 1668 году флорентийский врач Франческо Реди (1626-1697) провел эксперимент, который заставил его отказаться от концепции самозарождения жизни и сформулировать принцип, согласно которому живое может возникать только из живого. «Убежденность была бы тщетной, если бы ее нельзя было подтвердить экспериментом. Поэтому в середине июля я взял четыре больших сосуда с широким горлом, поместил в один из них змею, в другой – немного рыбы, в третий – угрей из Арно, в четвертый – кусок молочной телятины, плотно закрыл их и запечатал. Затем я поместил тоже самое в четыре других сосуда, оставив их открытыми… Вскоре мясо и рыба в незапечатанных сосудах зачервили; можно было видеть как мухи свободно залетают в сосуды и вылетают из них. Но в запечатанных сосудах я не видел ни одного червяка, хотя прошло много дней, после того как в них была положена дохлая рыба».

В конце XVII века появились первые микроскопические исследования Антона ван Левенгука (1632-1723). Его микроскопические исследования подтверждали принцип Реди.

В 1765 году Ладзаро Спалланцани (1729-1799) провел следующий опыт. Он подверг мясные и овощные отвары кипячению в течение нескольких часов и сразу же их запечатал, после чего снял с огня. Исследовав жидкости через несколько дней, он не обнаружил в них никаких признаков жизни. Их этого факта Спалланцани сделал вывод, что высокая температура уничтожила все формы живых существ и что без них ничто живое уже не могло возникнуть.

В 1860 году французский ученый-микробиолог Луи Пастер (1822-1895) экспериментально доказал несостоятельность концепции спонтанного самозарождения жизни. Он поставил серию опытов, в которых убедительно показал, что в достаточно надежно изолированном от внешней среды стерильно чистом растворе жизнь не возникает. Следовательно, в питательной среде живые организмы могут появляться только из их яиц, личинок или каких-нибудь иных зародышей, заранее попавших туда каким-то образом. Данный факт был использован для трансформации принципа Реди в принцип Реди-Пастера.

Однако, опыты Пастера не преследовали цели отвечать на вопрос об источнике жизни вообще и о том, существует ли на самом деле пропасть между живой и неживой материей.

В 1865 году немецкий ученый Г.Рихтер выдвигает концепцию «панспермии», где он возрождает идею о вечности жизни и ее повсеместной распространенности во Вселенной. Согласно этой гипотезе, жизнь не зарождалась на Земле, а была занесена на нашу планету из космоса. Представители этой гипотезы полагают, что зародыши простейших организмов могли попасть на Землю вместе с метеоритами и другими космическими объектами, или же их споры под действием давления света могли достичь Земли и таким образом положить начало биологической эволюции, в результате которой появляется наблюдаемое сегодня многообразие живой природы. При изучении материала метеоритов и комет в них были обнаружены многие «предшественники живого» - такие вещества, как цианогены, синильная кислота и ряд органических соединений и объектов, напоминающих примитивные формы жизни.

В защиту концепции панспермии выступили такие крупные ученые, как немецкий физик Герман Гельмгольц (1821-1894), шведский физик и химик Сванте Аррениус (1859-1927) и др. Однако, после открытия космических излучений и установления губительного для живых организмов действия радиации подавляющее большинство ученых стали скептически смотреть на гипотезу панспермии, и она утратила свое значение. Теорию панспермии нельзя считать теорией возникновения жизни как таковой; она просто переносит проблему возникновения жизни в какое-то другое место Вселенной.

Теория стационарного состояния (или теория этернизма) созданная в 1880 году немецким ученым В.Прейером (1841-1897), исходит из идеи вечности жизни. Согласно данной концепции, Земля и жизнь на нашей планете никогда не зарождались, а существовали всегда. При этом утверждается, что ни сама Земля, ни жизнь на ней не претерпевали никаких изменений, а всегда существовали в том неизменном виде, в котором мы их наблюдаем сегодня. Виды также никогда не возникали, они существовали всегда. У каждого вида есть лишь две возможности – либо изменение численности, либо вымирание. Наличие ископаемых останков указывает на время вымирания того или иного вида.

Однако гипотеза стационарного состояния в корне противоречит данным современной астрономии, которые указывают на конечное время существования любых звёзд и, соответственно, планетных систем вокруг звёзд. По современным оценкам, основанным на учете скоростей радиоактивного распада, возраст Земли, Солнца и Солнечной системы исчисляется примерно 4,6 млрд. лет.

Среди критиков идеи вечности жизни был Ф.Энгельс (1820-1895), полагавший, что предположение о вечности белка и вечности первичных форм жизни недопустимо, так как оно противоречит принципу развития. Энгельс определял жизнь как способ существования белковых тел. Он высказывал мысль о происхождении жизни из неорганической природы путем естественного химического синтеза. Энгельс считал, что положившие начало биологической эволюции простейшие белковые тела при благоприятных условиях синтезируются из неорганических веществ.

Теория биохимической эволюции А.И.Опарина.

Идея возникновения жизни на Земле путем химического синтеза из неорганической природы легла в основу выдвинутой в 1922 году советским биохимиком А.И.Опариным (1894-1980) гипотезы. В данной гипотезе предполагается, что под воздействием электрических разрядов, ультрафиолетовых лучей, тепловой энергии и прочих естественных факторов в первичной атмосфере и гидросфере нашей планеты из неорганических веществ были синтезированы простейшие органические соединения, которые положили начало эволюции углеводородов. Эта эволюция привела к появлению сложных высокомолекулярных органических соединений (аминокислот, нуклеотидов и их полимеров), которые в свою очередь способствовали образованию в «первичном бульоне» земной гидросферы (мировом океане) «коацерватных капель». Коацерватные капли представляют собой высокомолекулярные органические соединения, которые имеют сложные внутренние структуры, позволяющие им определенным образом реагировать на изменения внешней среды. Эти капли представляют тот рубеж, где химическая эволюция вплотную подводит к эволюции биологической, начинает в нее перерастать.

Что же касается самой биологической эволюции, то она начинается с простейших анаэробных форм жизни и лишь впоследствии, по мере насыщения первичной земной атмосферы свободным кислородом, она приводит к возникновению аэробов.

Анаэробы – простейшая биологическая форма, существующая без свободного кислорода (воздуха).

Аэробы – это организмы, которые могут существовать только при наличии свободного молекулярного кислорода.

Жизнь, согласно Опарину, материальна по своей природе; это особая, качественно отличная от неорганического мира форма движения материи. При этом ее возникновение «не является какой-то счастливой случайностью, а представляет собой вполне закономерное событие, неотъемлемую составную часть общей эволюции Вселенной».

В 1953 году американский ученый Стэнли Миллер (1930-2007) провел ряд опытов и показал, что при помощи электрических разрядов, пропущенных чрез газовую смесь водорода, аммиака и метана можно из данной смеси получить сложные органические соединения, такие, как сахара (рибоза), жирные кислоты или аминокислоты (аденин). Позднее в лабораторных условиях были искусственно синтезированы высокомолекулярные органические вещества из исходных низкомолекулярных соединений.

Теория Опарина завоевала широкое признание, но она оставляет нерешенными проблемы, связанные с переходом от сложных органических веществ к простым живым организмам. Опарин полагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежит белкам (коацерватным каплям). Предполагалось, что коацерваты способны к самовоспроизведению и перестройке. Самое трудное для этой теории – объяснить появление способности живых систем к самовоспроизведению. Жизнь возникла лишь тогда, когда начал действовать механизм репликации (т. е. механизм копирования генетического материала). Любая сколь угодно сложная комбинация аминокислот и других сложных органических соединений – это еще не живой организм.

Предположим, что при каких-то исключительно благоприятных обстоятельствах где-то на Земле возникла «пра-ДНК», которая и послужила началом всему живому на Земле. Но даже современная ДНК сама по себе является совершенно беспомощной. Она может функционировать только при наличии белков-ферментов, которых должно быть более 100 и которые тоже должны были как-то случайно возникнуть. Верить во все это – значит верить в чудо. Один из основоположников современной молекулярной биологии проф. Фрэнсис Крик на Бюраканском симпозиуме в сентябре 1971 г. сказал: «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».

К важнейшим существенным признакам живого необходимо отнести следующее:

1. 
   Обмен веществ, энергии и информации.
   
2. 
   Раздражимость. Живой организм соответствующим образом реагирует на любые воздействия окружающей среды, видоизменяя при этом свое состояние или свою деятельность. Реакция организма отличается активностью, избирательностью и целенаправленностью.
   
3. 
   Гомеостазис. Живой организм характеризуется динамическим постоянством состава и свойств своей внутренней среды (постоянство температуры тела, кровяного давления, содержания глюкозы в крови и др.), которого он достигает при помощи сложных приспособительных реакций.
   
4. 
   Способность к размножению (репродуктивность). Живому организму имманентно присуща способность к воспроизведению себе подобных. Именно она обеспечивает непрерывность и преемственность жизни. Основные способы репродуктивности живого: бесполый и половой.
   
5. 
   Рост. Живой организм способен к постоянному самообновлению и росту.
   
6. 
   Изменчивость и развитие. Количественные изменения особей как правило ведут к их качественным изменениям, в результате которых появляются новые биологические формы (виды, подвиды и т. д.).
   
7. 
   Движение в пространстве. Живой организм меняет свое местонахождение в пространстве для того, чтобы обеспечить себе необходимые для своей жизнедеятельности условия.
   
8. 
   Приспособляемость. Живой организм вынужден перестраивать свое строение, свои функции, чтобы они лучше соответствовали условиям окружающей среды.
   
9. 
   Наследственность. Живой организм повторяет в ряду поколений характерные для его предков признаки. Эти признаки передаются ему через материальные единицы наследственности – гены, которые локализованы в специфических структурах ядра клетки – хромосомах.
   
10. 
    Основной биогенетический закон. В своем индивидуальном развитии, т.е. в онтогенезе живой организм в сжатой форме и общих чертах повторяет основные этапы исторического развития мира организмов (органического мира) – филогенеза.
    

Данная закономерность была сформулирована в 1866 году немецким биологом-эволюционистом Эрнстом Геккелем.

11. 
    Естественный отбор и борьба за существование. Живой организм должен в жестокой конкуренции доказать свою биологическую состоятельность и жизнеспособность. В противном случае его ждет неминуемая гибель.