CC BY
78
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.109.7.034
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ: ИСТОРИЯ И ПУТИ РАЗВИТИЯ
Научная статья
Карпин В.А.*
ORCID: 0000-0002-8731-0786, Сургутский государственный университет, Сургут, Россия
* Корреспондирующий автор (kafter57[at]mail.ru)
Аннотация
Сложившаяся к настоящему времени значительная дифференциация биологических дисциплин привела к разрозненности биологического знания, ставшей существенным препятствием для дальнейшего развития биологической науки. Возникшая ситуация привела к необходимости создания нового направления - теоретической биологии, стратегической целью которой является объединение множества разобщенных биологических дисциплин в единую науку о жизни, без которого дальнейшее плодотворное развитие биологии не представляется возможным. В этом направлении удалось добиться значительных результатов, дальнейшее продвижение которых возможно при условии устранения сохраняющихся противоречий между редукционизмом и холизмом, а также объединения возникших различных общетеоретических концепций.
Ключевые слова: теоретическая биология, редукционизм, холизм, объединение общебиологических теорий.
THEORETICAL BIOLOGY: HISTORY AND DEVELOPMENT TRAJECTORIES
Research article
Karpin V.A.*
ORCID: 0000-0002-8731-0786, Surgut State University, Surgut, Russia
* Corresponding author (kafter57[at]mail.ru)
Abstract
Today's significant differentiation of biological disciplines, which is the reason for the fragmentation of biological knowledge, has become a significant obstacle to the further development of biological sciences. Consequently, the situation has led to the need to create a new direction under the name of theoretical biology, the strategic goal of which is to unite many disparate biological disciplines into a single science of life, without which the further fruitful development of biology is not possible. This domain has seen significant results, and further progress is possible if the remaining contradictions between reductionism and holism are eliminated and various arising general theoretical concepts are combined.
Keywords: theoretical biology, reductionism, holism, unification of general biological theories.
Биология с момента своего появления многие века носила преимущественно описательный характер, что было безусловно связано с необычайно огромным разнообразием живых организмов. Первая попытка систематизировать это разнообразие принадлежит шведскому ученому К. Линнею (1707-1778), создавшему систему растительного и животного мира. Он впервые применил бинарную номенклатуру и построил искусственную классификацию растений и животных, но выступал в защиту постоянства видов и креационизма. Однако только XIX век можно считать началом завершения описательной науки о жизни в связи с появлением таких крупных достижений, как теории биологической эволюции Ж.-Б. Ламарка и Ч. Дарвина, работы основоположника генетики Г. Менделя, клеточная теория Т. Шванна и М. Лейдена. Теорию биологической эволюции Дарвина считают завершением описательного периода и началом биологии как науки, как теоретического знания.
Однако и в последующие годы процветал аналитический метод, биологические науки все более дифференцировались, неизбежно отдаляясь, порождая все больше узких специалистов, подчас не всегда понимающих друг друга. Такая тенденция неизбежно должна была породить противоположное направление, многочисленные попытки объединить, интегрировать разрозненные биологические знания.
В начале 20-го столетия появилось понятие «теоретическая биология», и первым крупным шагом в этом направлении была попытка слияния теории биологической эволюции с генетикой с последующим рождением неодарвинизма - синтетической теории эволюции (СТЭ), что уже само по себе было серьезным вызовом аналитической биологии.
Последующее развитие теоретической биологии сопровождалось двумя основными противоположными тенденциями: во-первых, редукционизмом и холизмом, где ведущую партитуру играла молекулярная биология, и, во-вторых, различными направлениями интегратизма.
Начиная с 20-х - 30-х годов ХХ века теоретическая биология начинает формироваться как отдельное направление биологических исследований. И здесь, к сожалению, у ведущих ученых-биологов также не сложилось единого мнения о фундаментальном основании биологической науки.
Наиболее проблемной, по нашему мнению, развернулась продолжающаяся дискуссия между физико-химическими и биологическими основами жизненных процессов, породившими идею витализма.
Первым серьезным шагом теоретизации биологического знания является создание Л. Берталанфи [14] общей теории систем (ОТС), сыгравшей значительную роль в построении фундамента теоретической биологии. Он утверждал, что теоретическая биология должна относиться к описательной и экспериментальной биологии, как теоретическая физика к экспериментальной физике. Живой организм необходимо рассматривать не как сумму
отдельных элементов, а как целостную систему, качественно отличающуюся от своих составных частей. По сути дела, он выдвинул организмическую концепцию теоретической биологии.
На другой путь построения общей теории жизни встал Э. Бауэр в своей классической работе «Теоретическая биология» [1]. Ближайшую задачу теоретической биологии он видел в развитии наиболее общих законов движения живой материи, выходящих за пределы непосредственного опыта. Эти общие законы должны быть присущи всем видам живой материи, и только им. Сформулировав свой фундаментальный биофизический принцип устойчивого неравновесия, Бауэр в основание своей теории поставил термодинамику биологических систем.
Неоценимый вклад в развитие теоретической биологии внес российский ученый В. И. Вернадский, развивший новое направление эволюционной теории - учение об эволюции биосферы [2]. Он утверждал о первичности биосферы по отношению к отдельному организму, рассматривая организованность как специфическую особенность живой оболочки нашей планеты.
Продолжает развиваться СТЭ [4]. Основным моментом в развитии теоретической биологии является замена организмоцентрического мышления на популяционное. Хотя СТЭ претендует на завершенную общебиологическую теорию, она не разрешила всех накопившихся проблем, что породило продолжающиеся поиски третьего синтеза.
В 40-е - 50-е годы ХХ века в теоретической биологии наряду с математическими методами и системными исследованиями получают широкое распространение методы физико-химического анализа - наступает период развития молекулярной биологии, с достижениями которой связывают дальнейшее развитие науки о живой материи [13]. Важнейшим достижением в этом направлении явилось установление структуры ДНК (1953 г.). Однако развитие молекулярной биологии, изучающей органические структуры на грани живой и неживой материи, не могло стать основным базисом общетеоретической науки.
Таким образом, к середине прошлого века наметились три основных направления развития теоретической биологии: эволюционное (теория биологической эволюции), физико-химическое (молекулярная биология) и системное (общая теория систем).
Очередная попытка объединить складывающиеся различные направления общей теории жизни была предпринята в 60-е - 70-е годы. Апогеем этого периода явилось создание фундаментальных трудов «Теоретическая и математическая биология» [8] и «На пути к теоретической биологии» [5]. Организаторы и редакторы отметили, что главной целью предпринятой попытки было «разработать мощную систему основных конструктов такой глубины и широты, чтобы частные явления можно было объяснить дедуктивным путем как логические следствия небольшого числа фундаментальных принципов» [9, С. 14]. Они утверждали, что в биологических науках последнего времени все теории и гипотезы можно поделить на две главные категории - физико-химические и биологические, причем окончательное научное объяснение жизни должно стать биологическим.
В рассматриваемый период наряду с системным активно развивается информационный подход. Действительно, теория информации завоевала прочные позиции в теоретической биологии на всех уровнях исследования живой материи [10], [11]. Полагали, что теория информации поможет разрешить все проблемные вопросы теоретической биологии. Действительно, информационные процессы играют важнейшую роль в организации жизнедеятельности. Существует мнение, что они вообще характерны именно для живых систем. Многие ученые-биологи воспринимали теорию информации как реальный путь к созданию такой же строгой теоретической биологии, как теоретическая физика. «Критерий живого надо искать в каких-то качественных признаках целостной организации биосистем, функционирующих на всех уровнях иерархии живой системы. К выяснению качественных признаков организации биосистем следует подходить с точки зрения их информационных характеристик, ибо внутренние и внешние вещественно-энергетические процессы биосистем регулируются информационными программами и связями. Информационные характеристики биосистем следует рассматривать как содержание их организации, отражающее все их внутренние и внешние признаки» [6, С. 27].
Важнейшим подходом к понятию информации явилось появление кибернетики, как науки об управлении и связях в живых организмах [3]. Одним из фундаментальных положений этой теории явилось понятие «обратной связи» и разработка принципа управления по отклонению фактического состояния управляемого объекта от заданного, что явилось важнейшим доказательством информационного характера процессов регулирования и управления в биологии. Однако большие надежды, которые возлагались на кибернетику как новую фундаментальную общебиологическую науку, не оправдались.
Развитие теории биологической эволюции на базе продолжающегося усовершенствования методологии показывает ее важнейшее значение в совершенствовании теоретической биологии, но одного эволюционного подхода явно недостаточно для познания сущности жизни. Дальнейшее изучение научной картины мира показало, что эволюционные процессы свойственны всем объектам материального мира, что позволило разработать современную концепцию универсального (глобального) эволюционизма [7].
Итак, основной задачей теоретической биологии должно стать изучение общих особенностей различных типов биологических теорий. К началу XXI века стало ясным, что на базе какой-то одной из намеченных программ, а именно физико-химической, системной или эволюционной создание современной теоретической биологии не представляется возможным. Необходим принципиально другой творческий подход. Нам представляется наиболее продуктивным подход А. Эйнштейна к методу построения теоретической физики, который можно положить в основу любой теоретической науки: «Для применения своего метода теоретик в качестве фундамента нуждается в некоторых общих предположениях, так называемых принципах, исходя из которых он может вывести следствия. Его деятельность, таким образом, разбивается на два этапа. Во-первых, ему необходимо отыскать эти принципы, во-вторых - развивать вытекающие из этих принципов следствия. ... Здесь не существует метода, который можно было бы выучить и систематически применять для достижения цели. Исследователь должен, скорее, выведать у природы четко формулируемые общие принципы, отражающие определенные общие черты совокупности множества экспериментально установленных фактов» [12, С. 5]. Именно такой подход, т.е. поиски наиболее фундаментальных
биологических принципов, может стать наиболее результативным при любых попытках построения современной теоретической биологии. Причем эти принципы должны отвечать двум важнейшим условиям: во-первых, они должны быть применимы для всех биологических объектов, от одноклеточных организмов до высших млекопитающих всех известных форм организации, и, во-вторых, только для представителей биологической картины мира.
Конфликт интересов Conflict of Interest
Не указан. None declared.
Список литературы / References
1. Бауэр Э. Теоретическая биология / Э. Бауэр. - СПб. : Росток, 2002. - 352 с.
2. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера / В. И. Вернадский. - М. : Айрис-пресс, 2007. - 576 с.
3. Винер Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине / Н. Винер. - М. : Советское радио, 1968. - 327 с.
4. Воронцов Н. Н. Развитие эволюционных идей в биологии / Н. Н. Воронцов. - М. : КМК, 2004. - 432 с.
5. На пути к теоретической биологии. Пролегомены. - М. : Мир, 1970. - 180 с.
6. Пресман А. С. Организация биосферы и ее космические связи / А. С. Пресман. - М. : Гео-СИНТЕГ, 1997. - 240 с.
7. Степин В. С. Теоретическое знание / В. С. Степин. - М. : Прогресс-Традиция, 2003. - 744 с.
8. Теоретическая и математическая биология. - М. : Мир, 1968. - 445 с.
9. Уотермен Т. Проблема / Т. Уотермен // Теоретическая и математическая биология. - М. : Мир, 1968. - С. 11-29.
10. Хакен Г. Информация и самоорганизация / Г. Хакен. - М. : КомКнига, 2005. - 248 с.
11. Чернавский Д. С. Синергетика и информация / Д. С. Чернавский. - М. : ЛИБРОКОМ, 2013. - 304 с.
12. Эйнштейн А. Физика и реальность / А. Эйнштейн. - М. : Наука, 1965. - 359 с.
13. Энгельгардт В. А. Познание явлений жизни / В. А. Энгельгардт. - М. : Наука, 1985. - 304 с.
14. Bertalanffy L. General system theory - a critical review / L. Bertalanffy. // General Systems. - 1962. Vol. 7. - P. 1-20.
Список литературы на английском языке / References in English
1. Bauer E. Teoreticheskaya biologiya [Theoretical biology] / E. Bauer. - St. Petersburg : Rostok, 2002. - 352 p. [in Russian]
2. Vernadskii V. I. Biosfera i noosfera [Biosphere and noosphere] / V. I. Vernadskii. - Moscow : Airis-press, 2007. -576 p. [in Russian]
3. Viner N. Kibernetika, ili upravlenie i svyaz' v zhivotnom i mashine [Cybernetics, or control and communication in the animal and the machine] / N. Viner. - Moscow : Sovetskoe radio, 1968. - 327 p. [in Russian]
4. Vorontsov N. N. Razvitie evolyutsionnykh idei v biologii [Development of evolutionary ideas in biology] / N. N. Vorontsov. - Moscow : KMK, 2004. - 432 p. [in Russian]
5. Na puti k teoreticheskoi biologii. Prolegomeny [Towards theoretical biology. Prolegomena]. - Moscow : Mir, 1970. -180 p. [in Russian]
6. Presman A. S. Organizatsiya biosfery i ee kosmicheskie svyazi [Organization of the biosphere and its space connections] / A. S. Presman. - Moscow : Geo-SINTEG, 1997. - 240 p. [in Russian]
7. Stepin V. S. Teoreticheskoe znanie [Theoretical knowledge] / V. S. Stepin. - Moscow : Progress-Traditsiya, 2003. -744 p. [in Russian]
8. Teoreticheskaya i matematicheskaya biologiya [Theoretical and mathematical biology]. - Moscow : Mir, 1968. - 445 p. [in Russian]
9. Uotermen T. Problema [Problem] // Teoreticheskaya i matematicheskaya biologiya [Theoretical and mathematical biology] / T. Uotermen. - Moscow, 1968. - P. 11-29. [in Russian]
10. Khaken G. Informatsiya i samoorganizatsiya [Information and self-organization] / G. Khaken. - Moscow : KomKniga, 2005. - 248 p. [in Russian]
11. Chernavskii D. S. Sinergetika i informatsiya [Synergetics and information] / D. S. Chernavskii. - Moscow : LIBROKOM, 2013. - 304 p. [in Russian]
12. Einshtein A. Fizika i real'nost' [Physics and Reality] / A. Einshtein - Moscow : Nauka, 1965. - 359 p. [in Russian]
13. Engel'gardt V. A. Poznanie yavlenii zhizni [Cognition of the phenomena of life] / V. A. Engel'gardt. - Moscow : Nauka, 1985. - 304 p. [in Russian]
14. Bertalanffy L. General system theory - a critical review / L. Bertalanffy. // General Systems. - 1962. Vol. 7. - P. 1-20.
