Становление современного естествознания

Размещено на http://www.allbest.ru/

"Становление современного естествознания"

Введение

Стремление человека к познанию окружающего мира бесконечно. Одним из средств этого познания является естествознание. Оно активно участвует в формировании мировоззрения каждого человека отдельно и общества в целом. К мировоззрению относится также социальная установка на понимание смысла жизни, жизненных идеалов, целей общества и средств их достижения. Мировоззрение - совокупность определенных знаний, комплекс норм и убеждений, проявляющихся в содержании практической деятельности. Определенный мировоззренческий и методологический подход к пониманию мира и объяснению эмпирических фактов выражает стиль мышления. Он включает в себя применяемые методы исследования, некоторую познавательную и социальную установку и может быть консервативным, ортодоксальным, критическим, революционным, конформистским, эклектичным и т.д.

Многие идеи, на которых строится современное естествознание, были сформулированы достаточно давно, однако их актуальность не вызывает сомнения. Но в то же время большое внимание уделяется проблемным вопросам естествознания, которые только входят в круг научных интересов ученых и ждут своего решения. Естествознание составляет существенную часть человеческой культуры, и важно понимать значение естественнонаучной культуры в духовной и материальной жизни общества и каждого человека в отдельности.

Наука постоянно наращивает свой объём, непрерывно усложняется. развитие это оказывается неравномерным: с " рваным" ритмом, причудливым переплетением медленного кропотливого накопления новых знаний, с "обвальным" эффектом внедрения в тело науки "сумасшедших идей", за непостижимо короткое время опрокидывающих складывающиеся веками картины мира. Фактическая история внешне выглядит достаточно дробно и хаотично. Но наука изменила бы самой себе, если бы в этом "броуновском движении" гипотез, открытий, теорий не попыталась бы отыскать некую упорядоченность, закономерный ход становления и смены идей и концепций. [1]

Современное естествознание затрагивает не только собственно естественно- научные проблемы, но и гуманитарные , потому что в нём рассматриваются научные методы и пути познания человеком природы. Изучение этих путей составляет также предмет философии как науки о мышлении и познании, социологии - как науки о развитии человеческого общества, психологии - как науки о человеческом интеллекте биологии- как науки о живом. Поэтому естествознание является до известной степени основой всякого знания - и естественно-научного, и технического, и гуманитарного. [2]

Разные исследователи определяют понятие естествознание по-разному: одни ученые говорят, что естествознание - это система наук о природе, а другие - что это единая наука о природе. Это противоречие видимое. Структура естествознания иерархична. Будучи единой системой знания, оно состоит из определенного количества входящих в эту систему наук, которые в свою очередь состоят из еще более дробных отраслей знания. На каждой ступени организации естествознания существует свой более или менее развитый методологический аппарат, который и позволяет считать систему знаний таких ступеней единой. Не следует забывать, что природа едина. Следовательно, множество естественных наук является континуумом, т.е. непрерывной совокупностью. Отдельные естественнонаучные дисциплины организованы по правилам, аналогичным естествознанию в целом. Поэтому и естествознание, и его отдельные отрасли являются некоторой системой взглядов на всю природу и на ее части.

Цель естествознания - раскрыть сущность явлений природы, познать их законы и предсказать на их основе новые явления, а также указать возможные пути использования на практике познанных законов природы.

естествознание научный история эволюция

1. Основная часть

Естествознание - наука о явлениях и законах природы. На современном этапе развития естествознание включает множество отраслей: физику, химию, биологию, биохимию, геохимию, астрономию, генетику, экологию и др.

Построение современного естествознания исходит из нескольких принципов: системности, историчности, эволюционизма, самоорганизации.

1. Принцип системности - или изучение целостного, составленного из упорядоченных определенным образом частей, взаимосвязанных между собой. При этом можно рассматривать как первичные неделимые элементы системы их свойства, поведение и взаимодействие так и систему в целом, ее взаимосвязь с другими системами. Часто на практике исследуемая система сознательно упрощается путем ее замены моделью, учитывающей только самые важные элементы и процессы. По мере развития теории модели усложняются, постепенно приближаясь к реальности.

2. Принцип историчности - состоит в поэтапном развитии естествознания, где новые теории могут быть выделены, опираясь на уже некоторые достижения и исторический опыт. Но при этом они не обязательно дублируют их, и даже напротив могут отрицать или корректировать.

3. Принцип эволюционизма - связан с постепенным усложнением и повышением организации живых существ и явлений. Это принцип необратимости, выражающийся в нарушении симметрии между прошлым и будущим.

4. Принцип самоорганизации - после выхода из равновесия системы в ней реализуется механизм самопроизвольного упорядочивания, и возникновения нового относительно устойчивого состава. т.е. она самоорганизуется и приобретает способности выдерживать опр. влияния не теряя своих свойств.

Системный метод в современном естествознании.

Принцип минимизации энтропии в живых системах.

Система - целостное, составленное из частей, упорядоченное опр. образом множество элементов, взаимосвязанных между собой и образующих некоторое единство.

Правила выделения системы:

1. Необходимо указать первичные неделимые элементы системы.

2. Определить связи между ними.

3. Установить условия, благодаря которым элементы образуют целостность, а связи реализуются.

Системный метод в современном естествознании получил широкое распространение. Сегодня выделяют как простые системы, состоящие из небольшого числа переменных, так и сложные включающие в себя большое количество элементов и связей. Последние исследовать труднее, т.к. у них больше свойств которые составляют эффект целостности. Разделение систем на простые и сложные - является фундаментальным в естествознании. Но существуют и др. классификации: в частности системы делят на однородные и разнородные; на открытые (обменивающиеся энергией) и закрытые (обмен в которых исключен). Среди всех видов систем наибольший интерес представляют системы с обратной связью, механизм которой делает их более устойчивыми, надежными и эффективными. Он повышает степень их внутренней организованности и дает возможность говорить о самоорганизации в данных системах.

Также в естествознании важное значение имеет деление подход с точки зрения Равновесных или неравновесных систем.

Первые для перехода в новое состояние требую притока энергии, но когда этот переход осуществлен они в ней больше не нуждаются.

Вторые - требуют постоянного притока энергии, для поддержания собственной сложности, т.к. часть энергии постоянно рассеивается ( все жив. Организмы).

Т. о., мы подошли к понятию энтропия - это количественная мера рассеивания энергии. Очевидно, что в ходе необратимых процессов (т.е. при переходе к более вероятным состояниям) энтропия системы возрастает, а при обратимых переходах - сохраняется. Закон возрастания энтропии носит не строгий, а вероятностный характер. Иногда говорят, что энтропия является мерой беспорядка в системе. Принцип минимизации энтропии - Если допустимо не одинаковое состояние системы, неравновесной и открытой, а целая совокупность, то в конечном итоге реализуется то ее состояние, которое характеризуется минимумом рассеивания энергии, т. е. минимумом роста энтропии. Иначе говоря, система, выйдя в точке бифуркации из равновесия при наличии множества путей, эволюционирует к приоритетному - аттрактору, характеризующемуся минимизацией энтропии [3].

Признаки живого вещества по Вернадскому.

В.И. Вернадский - один из первых ученых, который увидел и показал геологическую роль живого вещества на планете. Он определил его как совокупность всех живых организмов, включая человека, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных существ по своей интенсивности, увеличивающейся с ходом времени. Вернадский рассматривал геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.

Для этого целого он разработал 10 отличительных признаков:

1. Для всего живого характерна большая свободная энергия.

2. Благодаря ферментам все хим. реакции в живом веществе ускоряются.

3.Индивидуальные хим. соединения устойчивы только в живых телах

4. Для живого характерно движение - пассивное (разложение) и активное (собственно передвижение).

5. Живое вещество обнаруживает огромное морфологическое и химическое разнообразие. 6. Живые вещества биогенные и абиогенные имеют сущ. Отличие в содержании изомеров - в них нарушена зеркальная симметрия.

7. Живое - это отдельные дискретные тела (жив. Организмы)

8. Все живое развивается в виде популяций, родов и видов.

9. Для него характерно наличие смены поколений, генетически связанных между собой ("Все живое из живого").

10. Характерен эволюционный процесс с накоплением полезных св-в.

Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку реально утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно поэтому В.И. Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей. Сегодня подсчитано, что совокупность всех живых организмов имеет массу 24*10 тонн. В качественном отношении живое вещество - выступает как наиболее высокоразвитая часть материи Земли. В вещественном отношении - в него всегда входят высокоупорядоченные макромолекулярные органические соединения. В структурном плане оно имеет клеточное строение. В функциональном отношении для живого вещества - характерно воспроизводство самого себя + наличие обмена веществ и способность к росту.[3]

1.1 Происхождение жизни

Теория Опарина - Холдейна.

Существуют разные точки зрения на проблему возникновения жизни на Земле. Например, по мнению Вернадского - она появилась одновременно с образованием Земли. Рихтер считал, что жизнь занесена из космоса (концепция панспермии). В настоящее время, широкое признание получила гипотеза, сформулированная русским биохимиком академиком А. И. Опариным и английским ученым Дж. Холдейном. Она исходит из предположения о постепенном возникновении жизни на Земле из неорганических веществ путем длительной абиогенной (небиологической) молекулярной эволюции. Взгляды этих ученых представляют собой обобщение доказательств возникновения жизни на Земле в результате закономерного процесса перехода химической формы движения материи в биологическую (Образование простых органических соединений.) Для обоснования этого они рассматривают условия, существовавшие на планете несколько миллиардов лет назад: На начальных этапах своей истории Земля представляла раскаленную планету. Вследствие вращения при постепенном снижении t атомы тяжелых элементов перемещались к центру, а на поверхности концентрировались атомы легких элементов (водорода, углерода, кислорода, азота). При дальнейшем охлаждении планеты появились химические соединения: метан, углекислый газ, аммиак, цианистый водород, кислород, азот и др. Физические и химические свойства воды и углерода позволили именно им выделится и оказаться у колыбели жизни. На этих начальных этапах сложилась и первичная атмосфера, которая носила восстановительный характер, после на ее месте образовалась вторая атмосфера, состоящая из наиболее химически активных газов. Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда газообразных соединений в жидкое и твердое состояние, т.е. образование земной коры. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слоев Земли на поверхность выносилось много раскаленной массы, содержащей углерод. Она попадала в океан и образовывала углеводородные соединения. Так на поверхности накапливались простейшие органические соединения и в конечном итоге под действием синтеза, энергии Солнца они образовали первичный бульон, в котором и смогла возникнуть жизнь. Их эксперименты убедительно подтвердили процесс универсальной эволюции, результатом которой и стало возникновение жизни на Земле.

Происхождение жизни. Теория панспермии. Теория вечности жизни.

Существуют несколько гипотез, по-разному объясняющих появление жизни на Земле: 1.Креационизм - божественное сотворение живого;

2. Концепция многократного спонтанного зарождения жизни из неживого вещества (сторонником ее был Аристотель, который считал, что живое может возникать и в результате разложения почвы);

3. Концепция происхождения жизни в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам;

4. Концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь сущ. вечно;

5. Концепция панспермии - внеземного происхождения жизни.

Особое место в естествознании отводится двум последним.

Согласно гипотезе панспермии, жизнь занесена из космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путем намеренного "заселения" планеты разумными пришельцами из других миров. Прямых свидетельств в пользу этого нет. Да и сама теория панспермии не предлагает никакого механизма для объяснения первичного возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной. Либих считал, что атмосферы небесных тел, а также вращающихся космических туманностей можно рассматривать как вековечные хранилища оживленной формы, как вечные плантации органических зародышей, откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной. В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Его гипотеза была поддержана многими выдающимися учеными. Подобным образом мыслили Кельвин, Гельмгольц и др. в начале нашего века с идеей радиопанспермии выступил Аррениус. Он описывал, как с населенных др. существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счет светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, эти споры начинают на ней новую жизнь. Для обоснования панспермии обычно используют наскальные рисунки, напоминающие живые организмы, или появления НЛО. Сторонники же теории вечности жизни (де Шарден и др.) считают, что на всегда существующей Земле некоторые виды вынуждены были вымереть или резко изменить численность в тех или иных местах планеты из-за изменения внешних условий. Четкой концепции на этом пути не выработано, поскольку в палеонтологической летописи Земли есть некоторые разрывы и неясности. Согласно Шардену, в момент возникновения вселенной Бог слился с материей и дал ей вектор развития. Т. о., мы видим, что эта концепция тесно взаимодействует с креационизмом. [1]

1.2 История генетики, как пример смены научной парадигмы

Генетика - наука о закономерностях и материальных основах изменчивости и наследственности организмов. Она является основой селекции, на ее базе создана синтетическая теория эволюции.

Генетика прошла в своем развитии 7 этапов и явилась примером смены научной парадигмы:

1 этап Опыты Менделя 1865 г. Он установил законы наследственности, скрещивая горох. 2 этап Исследования Вейсмана показали что половые клетки являются обособленными от остального организма и не подвержены влиянию, действовавшему на соматические ткани. 3 этап Гуго де Фриз - открывает существование наследуемых мутаций, предполагая, что новые виды возникают вследствие их воздействия.

4 этап Томас Морган - создал хромосомную теорию наследственности, в соответствии с которой каждому виду присуще свое число хромосом.

5 этап Меллер - 1927г. установил, что генотип может изменяться под действием рентгеновских лучей. Отсюда берут начало некоторые мутации.

6 этап Татум и Бидл в 1941 г. выявили ген. Основу процессов биосинтеза.

7 этап Исследования Уотсона и Крика, которые предложили модель молекулярной структуры ДНК и механизма ее репликации. Выяснили, что именно ДНК отвечает за перенос информации.

Биологи прежних лет в целом строили исследования "сверху вниз". Они брали целый организм, разнимали его на части, далее изучали отдельные клетки и т.д. Новая же биология, построенная на принципах генетики, начинает с другого конца и поднимается с самого низа вверх. Она изучает простейшие компоненты живого организма, пренебрегая остальным, и постепенно восходит на макроуровень. В этом и состоит историческое значение генетики, поэтапное открытие которой сравнимо разве ж только с революцией, которая привела к смене научной парадигмы. Изменились не только методы исследования живых организмов, но и представления людей о таких понятиях, как наследственность, изменчивость и т. д. Сегодня человечество уже строит целые программ ("Геном человека") - основная цель которых состоит в прочтении наследственности в ДНК человека, изучении сочетания связок генов, их динамики, функционального значения. В целом открытие генетики - это прорыв в биологии. Революция в ней была подготовлена всем ходом могущественного развития идей и методов менделизма и хромосомной теории наследственности. Современная Молекулярная генетика - это истинное детище всего XX века, которое на новом уровне впитало в себя прогрессивные итоги развития хромосомной теории наследственности, теории мутации, теории гена, методов цитологии и генетического анализа.[2]

Биологическая наследственность. ДНК и генетический код

На путях молекулярных исследований в течении последних 20 лет генетика претерпела поистине революционные изменения. Она является одной из самых блестящих участниц в общей революции современного естествознания. Благодаря ее развитию в практику вошли новые могущественные методы управления и познания наследственности, оказавшие влияние на сельское хозяйство, медицину и производство. Основным в этой революции было раскрытие молекулярных основ биологической наследственности. Оказалось, что сравнительно простые молекулы ДНК несут в своей структуре запись генетической информации, и она действует в клетке по принципам управляющих систем. Эти открытия создали единую платформу генетиков, физиков и химиков в анализе проблем наследственности. Вопреки старым воззрениям на всеобъемлющую роль белка как основу жизни, новые открытия показали, что в основе преемственности жизни лежат молекулы нуклеиновых кислот. Под их влиянием в каждой клетке формируются специфические белки. Управляющий аппарат клетки собран в ее ядре, точнее - в хромосомах, из линейных наборов генов. Каждый ген, являющийся элементарной единицей наследственности, вместе с тем представляет собой единичный участок цепи ДНК, отвечающий за информацию о структуре одной молекулы белка. Генетический код заключает в себе правило перевода информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Он триплетен (3 осн = 1 амин. Кисл), универсален (одинаков в ядрах на Земле), вырожден (т.е. имеет начало и конец). Как показали исследования по молекулярной биологии, осн. Механизм с помощью которого ДНК передает и перерабатывает ген. Информацию - явл. петля обратной связи, т.е. ДНК содержащая всю информацию, участвует в последовательности реакций, в ходе которых вся информация кодируется в виде последовательности протеинов. Некоторые ферменты осущ. Обратную связь, активируя автокаталитический процесс репликации ДНК, позволяющий копировать ген. Информацию. (сравнимо с печатаньем фоток) Далее идет стадия транскрипции - переноса самого кода ДНК путем образования одноцепочной молекулы и РНК на одной нити ДНК, и наконец стадия трансляции - это синтез белка на основе ген. кода. Такое взаимодействие молекул ДНК, белков и РНК лежит в основе жизнедеятельности клетки и ее воспроизведения. Поскольку явление наследственности, в общем смысле этого понятия, есть воспроизведение по поколениям сходного типа обмена веществ, очевидно, что общим субстратом наследственности является клетка в целом.

Разновидности мутаций. Мутации - материал эволюции.

Мутация - Редкие, случайно возникающие стойкие изменения генотипа, затрагивающие весь геном (совокупность генов), целые хромосомы или их части. Конечный эффект мутации - изменение свойств белков. Мутационная изменчивость играет роль главного поставщика наследственных изменений. Именно она является первичным материалом всех эволюционных преобразований. Принята распространенная классификация мутаций на Соматические и половые, последние делятся на три вида: Генные, Хромосомные, Геномные. Генные мутации - наиболее частые. Они затрагивают изменения в структуре и порядке генов. Их делят на синонимичные (замена триплета, без замены аминокислоты), несинонимичные (мутации в несин. Триплетах с последующей заменой аминокислоты и изменением структуры белка: 99% - летальны, 0, 01% - материал для эволюции) нонсенс (замена триплета на начало, конец или стоп сигнал 99% - летальны, 0, 01% - материал для эволюции) Мутации отдельных генов происходят редко, все они как правило случайны. Хромосомные мутации - также играют важную эволюционную роль. Они связаны с изменением части или участка хромосом. Прежде всего необходимо указать на удвоение генов в одной хромосоме, т.к именно благодаря этому в процессе эволюции накапливается генетический материал. Нарастание сложности организации живого в ходе историч. развития в значительной степени опиралось на увеличение количества генетического материала. Геномные мутации - приводят к кратному изменению всего генома. Частный случай полиплоидия - кратное увеличение числа хромосом у растений. У животных встречается крайне редко. Она характеризуется более крупными размерами и мощным ростом. Сущ. и др. классификация мутаций на Аутосомные и мутации в половых хромосомах. Первые часто смертельны для организма (болезнь Дауна, синдром кошачьего крика). Вторые связаны с изменениями в половых хромосомах (синдром Жанны Д'Арк, Тернера, "ген преступности"). Также существуют более мелкие классификации мутаций на: доминантные рецессивные, вредные и полезные, летальные и полулетальные и т.д. В естественных условиях они появляются под влиянием факторов внешней и внутренней среды. К ним относятся химические факторы (компоненты табака, формальдегиды, кофеин, пищевые консерванты и т.д), физические факторы (ионизирующее излучение), биологические факторы (вирусы). Одна из наиболее важных задач современной генетики является получение направленных мутаций, для достижения управления наследственностью. [2]

1.3 Проблемы теории эволюции. Системы Аристотеля, Линнея, Ламарка

Теория эволюции занимает особое место в изучении истории жизни. Она явл. фундаментом для всего естествознания. Применительно к живым организмам эволюцию можно определить, как постепенное развитие сложных организмов из предсуществующих более простых с течением времени. Представление об эволюции берет свое начало от Аристотеля(384-322 до н. э.) Именно он первым сформулировал теорию непрерывного развития живого из неживой материи, создав представление о "лестнице природы" применительно к миру животных. Во всех орг. телах он различал две стороны: материю, обладающую различными возможностями и форму - душу. Аристотель различал три вида души: растительная, присущая растениям; чувствующая, свойственная животным и разумная, которой наделён только человек. Большой вклад в создание сист. взглядов о теории эволюции внес Карл Линней (1707-1778). Он предложил систему: класс - отряд - род - вид. Под последним он понимал группу организмов, происходящих от общих предков и дающих при скрещивании плодовитое потомство. Всех животных Линней разделил на 6 классов (млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, насекомые и черви) поместив Человека рядом с обезьянами, оговорившись, что близость в системе не говорит о кровном родстве. Вопроса о происхождении видов для Линнея не существовало. Он полагал, что все виды созданы "всемогущим творцом". Выдающаяся заслуга в создании первого эволюционного учения принадлежит франц. естествоиспытателю Ламарку (1744-1829).Он изложил историю развития органич. мира, отвергая идею постоянства видов и противопоставляя ей их изменяемость. Ламарк не сомневался, что живое происходит от неживого. Он считал, что природа создает простейшие животные существа, а сложные организмы возникают путем их медленного и постепенного усложнения. Такое процесс Ламарк назвал градацией. По его мнению, все живые существа как бы поднимаются по ступенькам лестницы, Однако Ламарк допустил серьезные ошибки прежде всего в понимании факторов эволюционного процесса, выводя их из якобы присущего всему живому стремления к совершенству. Также неверно он понимал причины приспособленности , прямо связывая их с влиянием окружающей среды. Это породило очень распространенные, но научно необоснованные представления о наследовании признаков, приобретаемых организмами под непосредственным воздействием среды. Но при всех крупных недочетах идеи Ламарка легли в основу первой эволюционной теории[1]

Теория Дарвина. Синтетическая теория эволюции

Весь ход развития XIX века неудержимо вел к формированию нового взгляда на природу и эволюцию. Естественные науки к этому времени накопили огромное количество фактов, которые нельзя было совместить с метафизическими представлениями о неизменяемости природы. Следствием всего этого явилось возникновение навой теории, разработчиком которой стал Чарльз Дарвин.

Основные принципы своего эволюционного учения он свел к следующим положениям: 1.Каждый вид способен к неограниченному размножению.

2.Ограниченность жизненных ресурсов препятствует реализации потенциальной возможности размножения. (Большая часть особей гибнет в борьбе за существование и не оставляет потомства).

3.Гибель или успех в борьбе за существование носят избирательный характер. Организмы одного вида отличаются друг от друга совокупностью признаков. В природе преимущественно выживают и оставляют потомство те особи, которые лучше приспособлены. Такое избирательное выживание и размножение наиболее приспособленных организмов Ч. Дарвин назвал естественным отбором.

4.Под действием естественного отбора, происходящего в разных условиях, группы особей одного вида из поколения в поколение накапливают различные приспособительные признаки. Они приобретают настолько существенные отличия, что превращаются в новые виды.

Крупнейшие ученые в разных странах способствовали распространению эволюционной теории Дарвина, защищали ее от нападок и сами вносили вклад в ее дальнейшее развитие. Дарвинизм оказал сильнейшее влияние не только на биологию, но и на общечеловеческую культуру, способствуя развитию естественнонаучных взглядов о появлении и развитие живой природы и самого человека. Современная генетика привела к новым представлениям об эволюции, которые получили название синтетической теории эволюции (Неодарвинизма). Ее можно определить как теорию органической эволюции путем естественного отбора признаков, детерминированных генетически. Такой взгляд, не только подтвердил теорию Дарвина, но и объяснил ее на качественно новом уровне. Механизм эволюции стал рассматриваться, как состоящий из двух частей: случайные мутации на генетическом уровне и наследование наиболее удачных с точки зрения приспособления к окружающей среде мутаций, т.к. их носители выживают и оставляют потомство.

Системная теория эволюции, понятие эволюции в синергетике

Развитие любой биологической системы связано с эволюцией систем более высокого ранга, в которые она входит в качестве элемента. Эта теория получила название Системной теории эволюции. Она предполагает рассмотрение взаимодействий "сверху - вниз": от биосферы к экосистеме сообществам организмам и т.д. Такой подход позволяет выделить первичные связи, которые традиционный взгляд "снизу-вверх" воспринимает как случайные и незначительные. В мире, как мы знаем, постоянно идет процесс возникновения нового, эволюции и развития разного рода систем. Согласно эволюционной теории Дарвина, живая природа развивается в направлении усовершенствования и усложнения всё новых видов растений и животных. Причем гибель или успех в ходе этого процесса борьбе за существование носят избирательный характер и в природе преимущественно выживают и оставляют потомство те особи, которые лучше приспособлены. ("Выживает сильнейший" - принцип естественного отбора). Спрашивается, как исходя из этого, объяснить эти явления с позиций синергетики. И возможно ли это? Оказывается, возможно! Возникновение нового всегда кажется невероятным чудом. Ответить на вопрос, как это происходит синергетика, решила совместно с новой неравновесной термодинамикой, теорией открытых систем. В частности в открытых неравновесных системах согласно теории Ильи Пригожина стационарное состояние соответствует минимальному производству энтропии. А процесс эволюции связан с процессом накопления свободной энергии и уменьшением энтропии. Кибернетическая система обладает устойчивостью при достаточном внутреннем разнообразии . Разный уровень порядка рождает новый, более высокий уровень в органическом мире и мы видим, как биологическое разнообразие организмов проявляется на молекулярно-кинетическом, популяционном, видовом и биоценотических уровнях. Эволюция - это вечная самоорганизация, поиск структурами своих оптимумов в меняющихся условиях. Сущность ее в синергетике - это вечная борьба хаоса и порядка, структурного и бесструктурного во Вселенной. В этой борьбе может работать бифуркационный принцип (пример с волосатым слоном). Возникающие случайности могут привести систему к повышенной неравновесности - флуктуации, т.е. отклонениям от среднего значения - и как следствие могут возникать мутации, поддержанные окружающей средой. Возврат назад практически не возможен и мутации становятся материалом эволюции, двигая ее вперед в постоянное развитие. [2]

Биосфера - глобальная открытая система. Биоразнообразие.

В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни. Именно в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским палеонтологом Зюссом. Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими естествоиспытателями. Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы.

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б. Ламарк (1744 - 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов. Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. В современном понимании биосфера - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых и не живых организмов. Такое толкование дал Вернадский. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, располагаясь в диапазоне от 10 км. Вглубь земли да 33 над ней. Изучая распределение хим. элементов по поверхности земли Вернадский пришел к выводу о том, что практически нет ни одного элемента табл. Менделеева, который не включался бы в живое вещество. Ученый при этом подчеркивал важное значение энергии и называл живые организмы - механизмами ее превращения. Т. е. по средствам их солнечная энергия преобразуется в энергию геохимических процессов - это приводит не только к дифференциации хим. элементов, но и к росту разнообразия, накоплению информации и уменьшению энтропии. Совокупность всех живых организмов биосферы составляет ее биоразнообразие. [3]

1.4 Прогрессивное развитие сообществ. Понятие кризиса

Древнейшее биотическое сообщество, которое существовало в узкой шельфовой зоне протерозойских морей, характеризовалось небольшой биомассой и высокой продуктивностью. В дальнейшем происходил процесс увеличения биомассы и уменьшения продуктивности сообщества. Выделят 2 закономерности прогрессивного развития:

1 с прогрессом коэффициент формирования жизни (продукция / биомасса) уменьшается, а сложность возрастает.

2 увеличивается разнообразие, т.к. сокращение энтропии возможно лишь при условии эффективного использования энергетических ресурсов, которые требую усложнение структуры сообщества. Прогрессивное развитие характеризуется общими тенденциями:

1. При смене доминирующих групп флоры и фауны последующие формы богаче, чем предыдущие.

2. Появление новых групп, сопровождается появлением новых экологических ниш.

3. Увеличивается продолжительность жизни организмов

4. Снижается конкуренция между видами.

5. Повышается замкнутость биогенного круговорота.

Кризисы - суть их состоит в том, что сложившаяся в результате эволюции структура сообществ нарушается. Выделяют два вида кризисов исходя из критериев времени: Короткие (21, 41,96,413 тыс. лет) и длинные (5, 180, 250 млн. Лет). В кризисные периоды, как правило, возрастает нестабильность биосферы, возникает общая тенденция к выживанию видов, приспособляющихся к измененным ситуациям. Менее эффективное использование ресурсов в периоды кризисов может привести к тому, что меньше видов смогут существовать совместно, а если это произойдет, то как следствие вызовет сокращение разнообразия. (часть неспособных видов - будет просто вымирать). Наконец в кризис уменьшается продуктивность сообщества, увеличивается отмирающая масса. Уменьшается замкнутость круговорота вещества, изменяются стратегии популяций, характер отбора, а следовательно и изменения на генетическом уровне.[2]

1.5 Человек и техническая эволюция. Глобальные проблемы

По ходу развития цивилизации перед человечеством неоднократно возникали сложные проблемы, порою и планетарного характера. Но все же это была далекая предыстория, своего рода “инкубационный период” современных глобальных проблем. В полной мере эти проблемы проявились уже во второй половине и, в особенности, в последней четверти XX века. Они были вызваны к жизни целым комплексом причин, отчетливо проявившихся именно в этот период. В самом деле, никогда прежде само человечество не возрастало количественно в 2,5 раза при жизни только одного поколения , наращивая тем самым силу “демографического пресса”. Никогда до этого оно не вступало в период НТР, не доходило до постиндустриальной стадии развития, не открывало дороги в космос. Никогда прежде для его жизнеобеспечения не требовалось такого количества природных ресурсов и энергии. Никогда до этого не возникало такое количество возвращаемых им в окружающую среду отходов и т.д. Сам термин "глобалистика" вошел в научный обиход на рубеже 60-70 годов, тогда же сформировалось и само понятие о глобальных проблемах, которые: во-первых, касаются всего человечества, затрагивая интересы и судьбы всех стран, народов и социальных слоев; во-вторых, приводят к значительным экономическим и социальным потерям, а в случае их обострения могут угрожать самому существованию человеческой цивилизации; в-третьих, требуют для своего решения сотрудничества в общепланетарном масштабе. Количество глобальных проблем варьирует в очень широких пределах: от, примерно, десяти до сорока и более. Поэтому разработана их классификация на:

1. Социальные.

2. Проблемы в системе человек - общество.

3. Проблемы в системе человек - природа.

Но если иметь в виду главные проблемы , то их не более десятка:

1. Проблема мира и разоружения, предотвращение новой мировой войны;

2. Экологическая проблема;

3. Демографическая проблема;

4. Энергетическая проблема;

5 Сырьевая проблема;

6. Продовольственная проблема;

7. Проблема использования Мирового океана;

8. Проблема мирного освоения космоса.

1.6 Этапы изменения характера науки

Современное естествознание состоит из большого количества дисциплин, причем некоторые естественно-научные дисциплины появились в античности или даже еще раньше (например, астрономия и география), другие возникли в Новое время (классическая механика), а третьи - уже в XIX в. (статистическая физика, электродинамика, физическая химия); наконец, часть дисциплин сформировалась совсем недавно (кибернетика, молекулярная генетика и т.д.). В современной литературе ведется спор о времени возникновения науки [34]. Вероятно, было бы полезно говорить не о том или ином рубеже, на котором возникла "настоящая" наука, а об этапах изменения функций науки в структуре общественной культуры. Можно говорить о пяти основных этапах изменения характера науки.

На первом этапе наука была связана с опытом практической и познавательной деятельности. Возникновение науки, вероятно, следует отнести к каменному веку, т.е. к той эпохе, когда человек в процессе непосредственной жизнедеятельности начинает накапливать и передавать другим знания о мире, и в первую очередь это касается естествознания. Так, один из основателей науковедения, английский физик XX в. Дж. Бер-нал, опираясь на тезис о том, что естествознание имеет дело с действенными манипуляциями и преобразованиями материи, полагает, что главный поток науки вытекает из практических технических приемов первобытного человека, следовательно, современная сложная цивилизация, основанная на механизации и науке, развилась из ремесел и обычаев наших предков [3]. Кульминационным пунктом этого этапа стала наука Древнего Египта и Вавилона.

Второй этап начался примерно в V в. до н.э. в Древней Греции; в это время мифологическое мышление сменяют первые программы исследования природы и не только появляются образцы исследовательской деятельности, но и осознаются некоторые фундаментальные принципы познания природы. Науку стали понимать как сознательное, целенаправленное исследование природы, осмысливались сами способы обоснования полученного знания, а также принципы познавательной деятельности. Известно, что только в Древней Греции начали доказывать теоремы; Аристотель проанализировал процесс доказательства и создал теорию доказательств - логику. В античное время возникают первые законченные системы теоретического знания (геометрия Евклида), происходит становление натурфилософии, формируются учение о первоначалах, атомистика, развиваются математика и механика, астрономия; в то же время появились описания окружающего мира, систематизирующие природные явления (географические работы Страбона).

Третий этап, ознаменованный развитием схоластики (занятой обсуждением вопроса отношения знания к вере и отношения общего к единичному), длился до второй половины XV в. В это время большое значение придавалось вненаучным видам знания (астрология, алхимия, магия, кабалистика и т.п.). Развивались математика, астрономия и медицина, а центр естественно-научных исследований в начале этого этапа переместился в Азию. Поворот в естествознании в Западной Европе в XII-XIV вв. связан с переосмыслением роли опытного знания. Наука в этом понимании формируется в первую очередь в Англии и связана с работами естествоиспытателей, математиков и одновременно деятелей церкви - епископа Р. Гроссетеста, монаха Р. Бэкона, теолога Т. Брадвардина и др. Эти ученые полагают, что следует опираться на опыт, наблюдение и эксперимент, а не на авторитет предания или философской традиции (безусловно, это и сейчас считается важнейшей чертой научного мышления), шире применять математические методы в естествознании; так, по мнению Бэкона, математика является вратами и ключом к прочим наукам.

Четвертый этап - вторая половина XV-XVIII в. -отмечен возникновением науки в том смысле, что наука - не что иное, как естествознание, умеющее строить математические модели изучаемых явлений, сравнивать их с опытным материалом, проводить рассуждения посредством мысленного эксперимента. Начало этого этапа отмечено созданием гелиоцентрической системы (Н. Коперник) и учением о множественности миров и бесконечности Вселенной (Дж. Бруно). В XVII в. происходит признание социального статуса науки, рождение ее как особого социального института. Это выразилось, в частности, в том, что во второй половине XVII в. возникают Лондонское Королевское общество и Парижская академия наук. В это время появляются работы И. Кеплера, X. Гюйгенса, Г. Галилея, И. Ньютона. С их именами связано рождение основ современной физики и необходимого для нее математического аппарата, формулирование основных идей классической механики (три основных закона движения, закон всемирного тяготения и т.п.), экспериментального естествознания. Кроме того, это эпоха Великих географических открытий (В. да Гама, Ф. Магеллан и др.).

Пятый этап относят к первой половине XIX в., начало которого характеризуется совмещением исследовательской деятельности и высшего образования. Первыми реформаторами стали ученые Германии, прежде всего Берлинского университета. Суть реформ состояла в оформлении науки в особую профессию. Во главе реформ стоял известный исследователь того времени В. Гумбольдт. Наиболее полно идеи реформирования высшего образования в данном направлении были реализованы в лаборатории известного химика Ю. Либиха, который привлекал студентов к исследованиям, имеющим прикладное значение. С середины XIX в. проводятся исследования с целью разработки технологий производства удобрений, ядохимикатов, взрывчатых веществ, электротехнических товаров, затребованных мировым рынком. Процесс превращения науки в профессию завершает ее становление как современной науки. Научная деятельность становится важной, устойчивой социокультурной традицией, закрепленной множеством осознанных норм, а государство берет на себя некоторые обязательства по поддержанию этой профессии. Данный этап можно назвать этапом эволюционных идей в естествознании. В это время появляются космогоническая гипотеза Канта-Лапласа, теория катастроф, теория геологического и биологического эволюционизма, формулировка Периодической системы химических элементов, начала клеточной теории, закон сохранения и превращения энергии.

В конце XIX - начале XX в. разрабатывается классическая электродинамика, обнаруживается и изучается явление радиоактивности, открыты электрон и атомное ядро, формулируются квантовая гипотеза и квантовая теория атома, а также специальная теория относительности, а в первой половине XX в. - общая теория относительности. Важными событиями развития естествознания XX в. являются создание модели расширяющейся Вселенной, квантовой механики, кибернетики, открытие расщепления ядра урана и структуры генетического кода и т.д.

Научные революции Нового и Новейшего времени

В настоящее время популярна идея о том, что в истории науки со времени становления ее как социального института в XVII в. произошли четыре глобальные революции и были соответственно три периода в развитии науки, различающиеся по типам преобладающей рациональности [29, 30].

Первая научная революция произошла в XVII в. и завершилась становлением классического естествознания. С этого времени основное внимание уделялось поиску очевидных, принципов бытия, на базе которых можно строить теории, объясняющие и предсказывающие опытные факты. соответствии с распространенной идеей о возможности реакции (сведения) всего знания о природе к фундаментальным принципам и представлениям механики строилась и развивалась механистическая картина природы, которая выступала современно и как картина реальности применительно к сфере физического знания, и как общенаучная картина мира. преобладали представления о познании как наблюдении и экспериментировании с объектами природы, которые раскрывают тайны своего бытия познающему разуму.

Такая система взглядов соединялась с представлениями об изучаемых объектах, как о малых системах или механических устройствах, которые характеризовались относительно небольш. количеством элементов, их силовыми взаимодействиями и предопределенными (детерминированными) связями. Их знание связано с предположениями о том, что свойства целого полностью определяются состояниями и свойствами его отдельных частей, вещь можно представлять как относительно устойчивое тело, а процесс - как перемещение тел в пространстве с гением времени. Это обеспечивало успех механики и предопределяло редукцию (сведение) к ее понятиям представлений других областей естественно-научного исследования.

Вторая научная революция произошла в конце XVIII - первой половине XIX в. и отмечена переходом к дисциплинарно организованному естествознанию. В это время механистическая-я картина мира утрачивает статус общенаучной. Формируются в биологии, геологии, географии и других областях естествознания специфические картины реальности не сводимы к панической, а отражают идеалы эволюционного объяснения. Физика же продолжает строить свои знания, абстрагируясь от идеи развития, однако разработка теории поля приводит постепенному размыванию ранее преобладавших норм механического объяснения, хотя познавательные установки классической науки еще сохраняются. Одной из центральных становится проблема соотношения методов науки, синтеза знаний и классификации наук. Поиск путей единства науки, проблема дифференциации и интеграции знания превращаются в фундаментальную проблему.

Итак, первая и вторая глобальные революции в естествознании характеризуются формированием и развитием классической науки и ее стиля мышления.

Третья научная революция была связана со становлением неклассического естествознания в период с конца XIX до середины XX в. В это время в физике открыта делимость атома, происходит становление релятивистской и квантовой теории; в космологии формулируется концепция нестационарной Вселенной; в химии начинается развитие квантовой химии; в биологии происходит становление генетики; возникают кибернетика и теория систем, сыгравшие огромную роль в построении современной научной картины мира.

Идеалы и нормы неклассической науки связаны с пониманием относительной истинности теорий и картины природы, выработанной на том или ином этапе развития естествознания. Вместо представлений о единственно истинной теории допускается истинность некоторого количества отличающихся друг от друга теоретических описаний одной и той же реальности. Образцом служили идеалы и нормы квантово-релятивистской физики, где в качестве необходимого условия объективности объяснения и описания выступала фиксация особенностей средств наблюдения, взаимодействующих с объектом. Новая система познавательных идеалов и норм открывала путь к освоению сложных саморегулирующихся систем с уровневой организацией, наличием относительно независимых и изменчивых подсистем, вероятностным взаимодействием их элементов, существованием управляющего уровня и обратных связей, обеспечивающих целостность системы.

Включение таких систем в процесс научного исследования вызвало трансформации картин мира многих областей естествознания. Создавались предпосылки для построения целостной картины природы, отмеченной иерархической организованностью Вселенной как сложного динамического единства. На этом этапе картины реальности, вырабатываемые в отдельных науках, еще сохраняли свою самостоятельность, но каждая из них участвовала в формировании представлений, которые затем включались в общенаучную картину мира. Последняя рассматривалась не как точный и окончательный портрет природы, а как постоянно уточняемая и развивающаяся система знания о мире.

Четвертая научная революция происходит в современную эпоху, начиная с последней трети XX в. В ходе этой научной революции рождается новая, постнеоклассическая наука. Характер научной деятельности меняется в связи с применением научных знаний практически во всех сферах социальной жизни, а также вследствие радикальных изменений в средствах хранения и получения знаний (компьютеризация науки, появление сложных приборных комплексов и т.д.). На передний план науки выдвигаются междисциплинарные и проблемно ориентированные формы исследовательской деятельности. Если классическая наука была ориентирована на постижение все более сужающегося, изолированного фрагмента действительности - предмета конкретной научной дисциплины, то специфику современной науки определяют комплексные исследовательские программы, в которых принимают участие специалисты из различных областей знания. Кроме того, в процессе определения исследовательских приоритетов наряду с собственно познавательными целями все большую роль начинают играть цели экономического и социально-политического характера.

В настоящее время усиливаются процессы взаимодействия частных картин мира, они становятся взаимозависимыми и предстают как фрагменты целостной общенаучной картины мира. На ее развитие оказывают влияние и достижения фундаментальных наук, и результаты междисциплинарных прикладных исследований. В их рамках приходится сталкиваться со сложными системными объектами, которые в отдельных дисциплинах обычно изучаются лишь фрагментарно, поэтому эффекты, обусловленные их системностью, могут быть обнаружены только при синтезе фундаментальных и прикладных задач в проблемно ориентированном поиске.

Объектами современных междисциплинарных исследований все чаще становятся открытые и саморазвивающиеся системы, что начинает определять характер современного, постнеоклассического естествознания. Ориентация современного естествознания на исследование сложных, развивающихся систем приводит к трансформации идеалов и норм исследовательской деятельности. Историчность комплексного объекта и изменчивость его поведения предполагают построение возможного поведения системы в точках бифуркации (раздвоения). В естествознание начинает внедряться идеал исторической реконструкции, причем не только в дисциплинах, традиционно изучающих эволюционные объекты (геология, биология, география), но и в современной космологии и астрофизике. Например, современные модели, описывающие развитие такого уникального объекта, как Метагалактика, могут быть расценены как исторические реконструкции, посредством которых воспроизводятся основные этапы его эволюции.