3 месяца назад
Нету коментариев

Направления развития биологии. Еще не­давно люди в большей мере интересова­лись конкретными научными закономер­ностями, нежели теми законами, по кото­рым развивается наука. Однако в по­следнее время появляется все больше публикаций, посвященных процессу развития самой нау­ки. Возникла специальная дисциплина — науковеде­ние, которая вносит большой вклад в понимание внут­ренних закономерностей эволюции научных знаний, осо­бенно в прогнозирование результатов научного прогрес­са.

Характерная черта развития любой науки, в том чис­ле и биологии, — непрерывная дифференциация на от­дельные области, а значит, выделение новых объектов или процессов, которые, оказывается, необходимо де­тально исследовать. Такой путь познания: расчлене­ние сложного на более простые составные части и изу­чение их природы и свойств — получил название редук­ционизма. Один из его ярких примеров — возникно­вение такой фундаментальной области современной био­логии, как молекулярная биология, исследующая совер­шенно определенный, а именно молекулярный уровень иерархической структуры живых систем.

Ученых интересуют не только специальные вопросы существования организмов, но и наиболее общие за­коны жизни, которые были бы в равной мере при­менимы к любым ее формам и основывались на мате­риале отдельных областей биологии. Этот путь позна­ния, ранее называвшийся органицизмом, теперь обозначается как интегратизм в науке. О сложном судят на основе совокупного анализа его частей.

Теория систем в биологии. Речь идет о системном подходе, базирующемся на общей теории систем и на теории биологических систем. Один из основателей этих теорий австрийский ученый Л. Берталанфи под систе­мой понимал любое множество элементов, любой мате­риальной природы, находящихся в определенных отно­шениях друг к другу и к среде. Реализация отношений между элементами (или их взаимодействие) неразрывно связана со свойствами биологических систем, которые обеспечивают им определенную организацию и целост­ность.

Теория биологических систем представляет собой важную часть науки, называемую сегодня чаще всего теоретической биологией. В теоретическую биологию входят также физико-химическая и математическая био­логия. Пожалуй, главная задача этой науки — разра­ботка и формулирование некоторых общих законов или принципов существования и развития живых существ, которые в полной мере были бы присущи им всем без исключения, делали бы качественно определенной и от­личающейся от других биологическую форму движения материи.

Важнейшая проблема теории биологических систем — их организация. Ведь любая существующая система оп­ределенным образом организована.

Уже много лет специалисты разных направлений пы­таются выяснить, на основе каких закономерностей идет образование биологических систем. Безусловно, это весь­ма сложный процесс, однако можно попытаться выде­лить здесь ряд моментов, или этапов. Первое — в систе­му должно входить некое количество элементов (их чис­ло должно быть больше одного). Второе — необходимо, чтобы эти элементы отличались друг от друга по како­му-то набору признаков (иначе это будет один элемент). Они должны быть комплементарными друг другу, ибо в противном случае их невозможно рассматривать вместе как совокупность. Необходимо существование каких-то связей между элементами и, следовательно, взаимодей­ствия. Взаимоотношения между элементами (их харак­тер, степень выраженности и т. д.) и сами элементы при­дают системе определенную организацию. Живая систе­ма — открытая, имеющая связи с окружающей средой. Для существования и поддержания своей организации она должна располагать антиэнтропийными механизма­ми, препятствующими рассеиванию ею энергии в прост­ранстве. Надо заметить, что сама организация системы в ее оптимальном выражении способствует сохранению энергии в системе путем минимального эффективного ее использования и, следовательно, в известном смысле представляет собой антиэнтропийный механизм.

При обсуждении проблемы организации биологичес­ких систем в качестве ее основных принципов выделяют пространственный и временной. По мнению известного советского ученого, академика В. А. Энгельгардта, структурная (т.е. пространственная) орга­низация не исчерпывает полностью специфику живого. К структурному трехмерному фактору добавляется чет­вертое измерение — время, вносящее совершенно но­вый, независимый, непредсказуемый элемент. Основа­тель кибернетики Н. Винер, отвечая в 1962 г. на вопрос корреспондента одной из американских газет о том, ка­ким он видит будущее наука, сказал, что главное на­правление развития биологии будет связано с системами и пойдет через организацию систем в пространстве и во времени.

Хронобиология и теоретическая биология. Если про­странственную организацию живых систем уже давно изучают морфологи (анатомы, гистологи, цитологи), то закономерен вопрос: а кто занимается исследованием их временной организации? Сегодня на этот вопрос можно дать вполне определенный ответ. Временная организа­ция биологических систем представляет собой централь­ную проблему в новой области биологии, получившей название хронобиологии (от греческих слов хро­нос — время, биос — жизнь, логос — учение, наука). Основная задача хронобиологии — выяснение роли фак­тора времени в существовании и развитии биологичес­ких систем. Дело в том, что процессы, пртекающие в живых системах, осуществляются упорядоченным образом во времени. Это — основа их временной орга­низации. К закономерностям течения времени в живых системах самое непосредственное отношение имеет осо­бый класс периодических изменений деятельности и по­ведения этих систем, которые были названы биологи­ческими ритмами.

Периодические колебания биологических процессов люди наблюдали давно. Однако научное изучение этого явления связывают с именем французского астронома де Мерана. В 1729 г. он описал ритмическое движение листьев у гелиотропа в полной темноте, подобное тому, как это происходит у растения, находящегося в услови­ях нормального чередования света и темноты на протя­жении суток. Это наблюдение свидетельствовало в поль­зу того, что суточные ритмические колебания биологиче­ских процессов надо рассматривать как внутренне при­сущее организму свойство. К аналогичному заключению впоследствии пришли многие ученые.

Учение о биологических ритмах в узком смысле по­лучило наименование биоритмологии, которая вхо­дит частью в более широкую дисциплину хронобио­логию. Сегодня признается, что биологический ритм представляет собой один из важных инструментов ис­следования роли фактора времени в деятельности жи­вых систем и их временной организации. Поскольку од­на из основных задач хронобиологии — изучение вре­менной организации биологических систем, то это озна­чает, что хронобиология — важнейший раздел теорети­ческой биологии. Вместе с входящей в нее биоритмоло­гией она относится к числу фундаментальных наук о жизни.

Хронобиология — междисциплинарная наука. Она включает в себя методы и представления других естест­веннонаучных дисциплин (молекулярной биологии, гене­тики, биохимии, биофизики, клеточной биологии, морфо­логии и других). Более того, она пользуется достиже­ниями точных наук (математики, физики, химии). Со своей стороны хронобиология дает другим наукам о жизни более точное и объективное представление о био­логических процессах и формирует правильную методо­логическую основу изучения различных сторон жизне­деятельности организма с учетом фактора времени. По мнению Б. С. Алякринского и С. И. Степановой, ритм является универсальной особенностью движения мате­рии, результатом борьбы противоположностей: созида­ния и разрушения. Авторы убедительно это про­иллюстрировали в своей книге «По закону ритма» ссыл­кой на слова Гераклита Эфесского: «Космос этот никто из богов или людей не сотворил, но был он вечно и есть и будет огнем вечно живым — мерно зажигающимся и мерно потухающим». С этим утверждением перекликает­ся написанное известным советским ученым и писате­лем-фантастом И. Ефремовым об учении орфиков в ро­мане «Таис Афинская»: «Боги не создавали Вселенную, она произошла от естественных физических сил мира. Космос — это прежде всего порядок. Из Хаоса, Хроноса (Времени) и Этера (Пространства эфира) образовалось яйцо Вселенной. Яйцо стало расширяться, одна его по­ловина образовала небо, другая — землю, а между ни­ми возникла Биос — Жизнь».

Попытаемся определить наиболее важные достиже­ния отечественной и зарубежной хронобиологии.

  1. Биологические ритмы обнаружены на всех уровнях организации живой природы— от одноклеточных до сложно устроенных многоклеточных организмов расте­ний и животных, в том числе человека, и от молекуляр­ных и субклеточных структур до биосферы. Это свиде­тельствует о том, что биологическая ритмика — одно из наиболее общих свойств живых систем.
  2. Биологические ритмы признаны важнейшим меха­низмом регуляции функций организма,включающим принцип отрицательной обратной связи и обеспечиваю­щим гомеостаз (правда, сейчас часто говорят «хомеокинез»), динамическое равновесие и процессы адаптации в биологических системах.
  3. Установлено, чтобиологические ритмы,с одной стороны, имеют эндогенную природу и генетическую регуляцию, а с другой — их осуществление тесно связа­но с модифицирующим действием факторов внешней среды, так называемых датчиков времени (внешних по отношению к биологической системе). Эта связь лежит в основе единства организма со средой и во многом оп­ределяет экологические закономерности.
  4. Сформулированы положения о временной органи­зации живых систем,в том числе человека, как одного из основных принципов биологической организации. Развитие этого положения очень важно в анализе пато­логических состояний живых систем.
  5. Теоретическиразработаны проблемы биологичес­кого времени,его свойств и закономерностей, а также его размерности.
  6. Обнаруженыбиологические ритмычувствительн­сти организмов к действию факторов химической и фи­зической природы, среди них лекарственных средств. Это стало основой для развития хронофармэколо­гии, т. е. способов применения лекарств с учетом зави­симости их действия от фаз биологических ритмов функ­ционирования организма и от состояния его временной организации, изменяющейся при развитии болезни.
  7. Знания о закономерностях биологических ритмов используют при профилактике, диагностике и лечении заболеваний человека (раздел медицины, названныйхрономедициной), при организации режимов тру­да и отдыха людей (хроногигиена), в космической биологии и медицине и т. д.

Несомненно, что дальнейшее развитие хронобиологии и возникновение ее новых областей возможны лишь на основе комплексного изучения. Так, для правильного толкования категории времени в биологии необ­ходимы совместные исследования с философами. Анализ биологических ритмов у человека требует учета социаль­ных факторов, а проведение хрономедицинских меро­приятий — соответствующего режима в лечебных уч­реждениях. В сферу хронобиологии здорового и больно­го человека вовлекаются такие дисциплины, как социо­логия, социогигиена и организация здравоохранения. Полученные знания применяют при решении вопросов сменной работы человека, особенно в трудных условиях, например, при вахтово-экспедиционной работе на Севе­ре и Дальнем Востоке. Для исследования временных за­кономерностей влияния лекарственных средств сегодня привлекают современные методы фармакологии, фарма­кокинетики и знания механизмов действия лекарств, в том числе на молекулярном уровне.

В последние годы при изучении биологических рит­мов все чаще используют системный подход, по­зволяющий понять совокупность биоритмов в организме как некоей системы. В сочетании с биокибернетическими методами системный подход позволяет моделировать и анализировать модели системной организации биорит­мов.

Хронобиология в целом и учение о биологических ритмах в частности привлекают внимание ученых многих специальностей. Существуют Международное и Евро­пейское хронобиологические общества. В разных стра­нах (Франция, Италия, Китай и др.) имеются ассоциа­ции ученых-хронобиологов. За рубежом издаются три специальных журнала: «Международный журнал по хронобиологии» (с 1973 г.), «Хронобиология» (с 1974 г.), и «Журнал междисциплинарных исследований циклов» (с 1970 г.). Регулярно проводятся международ­ные и европейские хронобиологические научные конфе­ренции.

В нашей стране хронобислогические исследования координируются Проблемной комиссией по хронобиоло­гии и хрономедицине АМН СССР, работающей с 1981 г. Состоялось несколько всесоюзных конференций по хро­нобиологии. Регулярно проводятся советско-немецкие симпозиумы по хронобиологии и хрономедицине попере­менно в СССР и в ГДР. Первый такой симпозиум со­стоялся в 1978 г. В последние годы заметно растет коли­чество публикуемых научных работ в области хронобио­логии. Проведенные нами подсчеты показали, что за пе­риод 1949—1978 гг. коэффициент роста публикаций по биологическим ритмам во всем мире составил в среднем 1,3, что сравнимо или даже превышает в некоторые го­ды аналогичный показатель в такой ведущей области современной физики, как оптика. Есть все основания по­лагать, что в последнее десятилетие этот коэффициент увеличился.