Следует отметить, что ни в какой другой области естествознания, как в биологии, не обнаруживается столь глубокая связь между методами и техникой эксперимента, с одной стороны, и появлением новых идей, гипотез, концепций, с другой. При рассмотрении истории методов физико-химической биологии можно выделить пять этапов, которые находятся между собой как в исторической, так и в логической последовательности. Иными словами, нововведения на одном этапе неизменно стимулировали переход к следующему.
Какие же это методы?
1) МЕТОД МЕЧЕНЫХ АТОМОВ.
Мечение атомов, вводимых в организм, позволяет точно прослеживать передвижение и превращение веществ в организме. Это дало возможность установить динамичность процессов обмена веществ, выявить роль отдельных структур организма в протекании этих процессов. Так был открыт, например, механизм ферментативного биосинтеза белка и нуклеиновых кислот, промежуточный обмен углеводов и жиров и т.д.
2) МЕТОДЫ РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОГО АНАЛИЗА И ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ
Второй этап в истории методов физико-химической биологии можно связать с началом использования рентгеноструктурного анализа (рентгеновских лучей) и электронного микроскопирования, позволяющих исследовать крупные молекулярные компоненты и субмикроскопические структуры клетки. С помощью этих методов английскими исследователями во главе с У. Астбюри (1930-1950-е годы) была установлена двойная спираль строения молекулы ДНК, нитевая структура белков.
3) МЕТОДЫ ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ
Третий этап в истории физико-химических методов связан с применением методов фракционирования. Это, прежде всего, методы фракционирования различных биополимеров. В конце 1930-х годов А. Тизелиус разработал метод фракционирования (разделения) белков с помощью электрофореза. Суть этого метода в дальнейшем была использована в различных типах хроматографии - адсорбционной, распределительной, осадочной.
Недостатком этих методов было то, что объектом изучения являлся не целостный организм, а фрагменты различных уровней его организации.
4) МЕТОДЫ ПРИЖИЗНЕННОГО АНАЛИЗА
Четвертый этап в истории методов связан с применением методов прижизненного анализа.
К настоящему времени определился комплекс методов прижизненного анализа структурных и функциональных характеристик организма. К их числу можно отнести методы:
1) микроспектрального и микрофлуорометрического анализов (флуоресценция - испускание ранее поглощенной энергии в виде света);
2) приема оптического сканирования (глубокое проникновение света). Это так называемая оптическая биохимия.
3) радиоспектроскопии;
4) скоростного рентгеноструктурного анализа;
5) анализа структур с помощью ультразвука (УЗИ);
6) электронного микроскопирования.
Эти методы используются не только в физико-химической биологии, но и в медицинской практике.
5) ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭВМ
Пятый этап в истории методов физико-химической биологии можно представить как широчайшее внедрение электронно-вычислительной техники (ЭВМ) в практику биологического эксперимента.
ЭВМ, с одной стороны, позволяет расшифровывать глубинные структуры и их изменения, которые не выявляют описанные выше методы, а с другой стороны, помогают обрабатывать огромное количество полученной информации.
Современная физико-химическая биология объединила в единый комплекс биологические дисциплины, которые ранее по объективному признаку считались самостоятельными. Иначе говоря, традиционное разделение биологии на науки о строении - цитологию, гистологию, анатомию, морфологию - и науки; исследующие физиолого-биохимические процессы - физиологию и биохимию - в значительной мере утратило свой первоначальный смысл.
3. Эволюционная биология
Предметом ее является изучение истории развития как отдельного организма, т.е. его онтогенез, так и органического мира в целом или отдельных его таксонов, т.е. филогенез.
Концепция развития для биологии получила фундаментальное значение, поскольку именно для живой природы развитие во времени - неотъемлемое и наиболее характерное свойство.
В итоге сформировалась достаточно самостоятельная область знания эволюционная биология. Понятие «эволюционной биологии» намного шире, чем понятие «теория естественного отбора» и понятия «эволюционное учение»! Многоплановый облик эволюционной биологии сложился в результате интеграции двух потоков знания.
Во-первых, в итоге развития самого эволюционного учения, приведшего к разнообразию самих теорий эволюции (дарвинизм, синтетическая теория эволюции - СТЭ, недарвиновская и т.д.).
Второй поток - это вклад различных биологических дисциплин, да и всего естествознания в целом в единый комплекс знаний об эволюции и ее механизмах.
В настоящее время накоплено огромное количество информации в биологии и в естествознании, так что возникает необходимость в проведении нового эволюционного синтеза.
27. Концепции происхождения жизни на Земле (креационизм, самопроизвольное (спонтанное) зарождение, теория стационарного состояния, теория панспермии и теория биохимической эволюции)
Теории, касающиеся возникновения Земли, да и всей Вселенной, разнообразны и далеко не достоверны.
1. Креационизм.
Согласно этой теории, жизнь возникла в результате какого-то сверхъестественного события в прошлом; ее придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений. В 1650 году архиепископ Ашер из г. Арма (Ирландия) вычислил, что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. 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 («кто кого родил»). С точки зрения арифметики, это разумно, однако при этом получается, что Адам жил в то время, когда, как показывают археологические находки, на Ближнем Востоке существовала хорошо развитая городская цивилизация.
Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Хотя все христиане признают, что Библия — это завет Господа людям, по вопросу о длине «дня», упоминающегося в Книге Бытия, существуют разногласия. Некоторые считают, что мир и все населяющие его организмы были созданы за шесть дней продолжительностью по 24 часа. Они отвергают любые другие точки зрения и целиком полагаются на вдохновение, созерцание и божественное откровение. Другие христиане не относятся к Библии как к научной книге и считают, что в Книге Бытия изложено в понятной для людей всех времен форме теологическое откровение о сотворении всех живых существ всемогущим Творцом. Для них описание сотворения живых существ относится к ответу, скорее, на вопрос «почему», а не «каким образом». Если наука в поисках истины широко использует наблюдение и эксперимент, то богословие постигает истину через божественное откровение и веру.
2. Самопроизвольное (спонтанное) зарождение
Согласно этой теории жизнь возникала и возникает неоднократно из неживого вещества. Эта теория была распространена в Древнем Китае, Вавилоне, Египте. Аристотель, которого часто называют основателем биологии, развивая более ранние высказывания Эмпедокла об эволюции живого, придерживался теории самопроизвольного зарождения жизни. Он считал, что «..живое может возникать не только путем спаривания животных, но и разложением почвы». С распространением христианства эта теория оказалась в одной проклятой церковью «обойме» с оккультизмом, магией, астрологией, хотя и продолжала существовать где-то на заднем плане, пока не была опровергнута экспериментально в 1688 г. итальянским биологом и врачом Франческо Реди. Принцип «Живое возникает только из живого» получил в науке название Принципа Реди. Так складывалась концепция биогенеза, согласно которой жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни. В середине 19-го века Л. Пастер окончательно опроверг теорию самопроизвольного зарождения и доказал справедливость теории биогенеза.
3. Теория стационарного состояния
Согласно этой теории, Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды также существовали всегда. Совершенные методы датирования дают высокие оценки возраста Земли, что позволяет сторонникам теории стационарного состояния полагать, что Земля существовала всегда. Согласно этой теории, виды также никогда не возникали, они существовали всегда, и у каждого вида есть лишь две возможности — либо изменение численности, либо вымирание.
Сторонники этой теории не признают, что наличие или отсутствие определенных ископаемых остатков может указывать на время появления или вымирания того или иного вида, и приводят в качестве примера представителя кистеперых рыб — латимерию. По палеонтологическим данным кистеперые вымерли в конце мелового периода 70 млн. лет назад. Однако это заключение пришлось пересмотреть, когда в районе Мадагаскара были найдены живые представители кистеперых. Сторонники теории стационарного состояния утверждают, что только изучая ныне живущие виды и сравнивая их с ископаемыми останками, можно сделать вывод о вымирании, да и в этом случае весьма вероятно, что он окажется неверным. Используя палеонтологические данные для подтверждения теории стационарного состояния, ее немногочисленные сторонники интерпретируют появление ископаемых остатков в экологическом аспекте. Так, например, внезапное появление какого-либо ископаемого вида в определенном пласте они объясняют увеличением численности его популяции или его перемещением в места, благоприятные для сохранения остатков. Большая часть доводов в пользу этой теории связана с такими неясными аспектами эволюции, как значение разрывов в палеонтологической летописи, и она наиболее подробно разработана именно в этом направлении.