Взаимосвязь методов исследования живого

1. Некоторые новые тенденции развития современной биологии

Современные научные исследования живого достигли чрезвычайно высоких темпов развития. Чтобы влиять осознанно на их ход и направления, необходимо изучать сам процесс научного познания, логику его развития и взаимную связь его элементов.

Каждый раз, как только возникает необходимость исследовать новые объекты и явления, приходится не только формулировать теоретические принципы, но и изыскивать методы, наиболее эффективно обеспечивающие познание этих явлений. При этом делаются попытки приложения к новым объектам исследования идей, принципов и методов, уже действовавших и оправдавших себя в других областях науки. Однако это не просто механическое перенесение, оно всегда требует определенного их преобразования применительно к новым объектам. Поэтому принципы, идеи и методы в конечном счете изменяются в соответствии с приложением их к изучению новых объектов.

В биологии сосредоточены такие узловые проблемы, решение которых является важным этапом в дальнейшем познании природы. Из них прежде всего следует назвать проблемы сущности и происхождения жизни, основных структурных уровней развития биосистем, взаимосвязи между различными уровнями, кода генетической информации, преемственности, управления и регулирования, индивидуального и эволюционного развития, планомерного и рационального использования естественных ресурсов, охраны природы, создания новых форм животных, растений и бактерий и др. Их решение требует значительно более широких и лучше координированных усилий, чем решение тех проблем, с которыми биологическая наука имела дело в прошлом.

В общем процессе исследования биологических явлений все отчетливее намечается тенденция дополнять изучение самих объектов живой природы их моделированием. Исследования в современной биологии не ограничиваются только выяснением морфофункциональной организации, структуры объектов, выяснением их функций, физиологических процессов и химических реакций. Эти исследования дополняются попытками искусственного воспроизведения не только отдельных функций и процессов, но и целых биологических объектов.

Не менее отчетливо в современном биологическом познании выражена другая тенденция. Ее можно охарактеризовать как процесс становления и развития новых форм единства анализа и синтеза, а соответственно этому — новых форм дифференциации и интеграции отраслей биологии. Само биологическое знание делается все более точным и сложным. В его сферу включается бесконечный поток новых тончайших деталей и вместе с тем сложнейших взаимодействий, открываемых в явлениях жизни. И вместе с тем логика развития научного знания о живом выдвигает насущную необходимость создания единых теоретических принципов, способных охватить в целом многочисленные новые факты о развитии, структурах и функционировании живого. Обе названные тенденции выражаются в сближении идей и методов разных наук при изучении или искусственном воспроизведении одного и того же объекта. Это приводит к частичному стиранию граней между различными науками, казавшихся ранее «непереходимыми».

Третья общая тенденция, также все яснее выступающая в современной науке о жизни, может быть определена как взаимосвязь качественных и количественных методов исследования, сочетаемая с переходом к формализации, требующей комплексного применения логико-математических методов. Качественные методы создали предпосылки для перехода к количественным и формализованным методам исследования биологических явлений. Это вытекало также из необходимости более точного количественного выражения биологических закономерностей. Одно лишь качественное выражение биологических закономерностей затрудняло их использование в производственной практике и не отвечало достигнутому уровню научного исследования явлений жизни.

В последние годы эти три тенденции объединяются в той, которая получила наименование системно-структурных исследований. Следует подчеркнуть, что названными тенденциями, конечно, далеко не исчерпывается все многообразие новых тенденций развития современной биологии.

Рассмотрение проблем взаимосвязи методов различных наук в биологии не может быть полным без учета комплекса этих методов. Именно в системно-структурном комплексном исследовании живого как целого и проявляется высшая форма взаимосвязи методов в познании жизни.

Это определяется тем, что живые системы отличаются от неживых более высокой организацией, а значит — и более развитыми структурами, включающими значительно больше качественно новых опосредованных связей и отношений.

Последнее выражено в огромном возрастании (по сравнению с неживой природой) роли различных видов информационных процессов и структур — суперструктур. Сама природа любого биологического объекта отличается такими особенностями, которые заставляют объединять для его познания методы различных наук.

2. Некоторые общие проблемы взаимосвязи методов

Основой взаимосвязи разнообразных методов исследования живого является качественная специфика самих биологических объектов. Она состоит прежде всего в том, что в живых системах, как подметил еще Ф. Энгельс, физическое, химическое и биологическое слито в единое, нераздельное целое.

Любая живая система является «носительницей» законов: развития (эволюции, или истории вида, и онтогенеза), функционирования (физиологии, различных обменных процессов, ассимиляции и диссимиляции), структуры в широком смысле организации (строения и внутренней упорядоченности реакций, деятельности, поведения), соотношения целого и частей или системы и ее подсистем и основных элементов.

Большая сложность живого нередко приводилась раньше в качестве доказательства невозможности применения физико-химических и математических методов к его познанию. Все они, кроме логико-математических методов и некоторых областей топологии, относятся к классу количественных методов. А живые объекты значительно превосходят по своей сложности все объекты неживой природы сравнимых масштабов. Однако сложность живого нельзя признать в качестве принципиального препятствия для изучения его методами точных наук.

Живой объект не просто принадлежит к числу «очень сложных систем», но включает целый ряд структурных уровней, взаимосвязи между которыми весьма существенны и достигают особенно высокого развития, включая различные виды биологического усиления влияний элементов на целое и целого — на части (подсистемы) и элементы. Даже простейшие биологические объекты включают несколько ступеней организованности материи. В этом смысле недостаточно сказать, что биологический объект есть система «многоуровневая». Это такая многоуровневая система, в которой взаимосвязи между ее уровнями приобретают значение одного из самых существенных ее признаков.

Именно поэтому в ней низшие уровни органически, а не механически включаются в единство целого. При этом в силу особенно высокого развития взаимосвязей «между уровнями» (в частности, между целым и элементами) для познания биологического объекта, как обнаружили биофизика и биохимия особенно в последние два десятилетия, необходимо доводить исследования до уровней не только молекул, но и атомов или даже электронов и фотонов («субмолекулярная» биология, по выражению А. Сент-Дьердьи).

Следовательно, физические, физико-химические и химические исследования оказываются не чем-то второстепенным или посторонним для биологии; наоборот, они органически входят в систему методов исследования и познания биологических объектов.

Таким образом, сама специфика биологических объектов вынуждает ученых применять методы различных наук для их исследования, а также стремиться к объединению иногда даже противоположных подходов к их познанию.

Взаимосвязь методов различных наук при исследовании живого обусловлена также чрезвычайной сложностью и «комплексностью» самих научных проблем современной биологии. Их всестороннее исследование возможно только с помощью всей совокупности методов естественных наук, математики и философии.

Достигнутые в последние годы успехи в познании живого— прямое следствие такого объединения различных методов исследований. Вот как характеризует его роль даже на молекулярном уровне В. А. Энгельгардт: «Химия закладывает тут необходимую первооснову, ибо без исчерпывающего знания первичной структуры биополимеров— белков и нуклеиновых кислот все дальнейшие исследования утрачивают в значительной степени свою отчетливость и достоверность. Молекулярная физика дает возможность истолковать новые закономерности, определяющие высшие уровни структуры макромолекул. Рентгеноструктурный анализ уточняет трехмерную, пространственную конфигурацию, а тонкие методы молекулярной генетики, энзимологии, электронной микроскопии и вирусологии обеспечивают возможность перехода от познания структуры молекул к углубленному истолкованию связи между этой структурой и биологическими функциями важнейших составных частей живой материи»^[1].

Поиски наиболее рациональных методов научного познания приобретают сейчас первостепенное значение для дальнейшего развития основ теории биологической науки, ибо для выбора направлений исследования нужны четкие представления о познавательной «силе» того или иного метода. В такие периоды научные методы сами становятся в ряд важнейших проблем биологии; они превращаются из средства исследования в его предмет.

Методы исследования биологических явлений формируются под воздействием многих факторов. Их формирование зависит не только от особенностей биосистем как объектов исследования, но и от тех теоретических концепций и принципов, на которых основываются исследования.

Большое влияние на формирование методов биологии, на характер их взаимосвязи оказывает состояние других наук и техники и, в частности, уровень развития философии. В биологии, как и в естествознании вообще, теории и методы находятся в диалектическом взаимодействии. Вместе с тем формирование научных методов в биологии подчиняется и своим внутренним законам, законам логики и диалектики как общей теории развития.

Следует обратить внимание еще на одну особенность методов научного исследования в биологии и естествознании вообще. Понятию методов научного исследования придают различное содержание в зависимости от того, имеется ли в виду описательная, экспериментальная (и вообще «эмпирическая») биология или же биология теоретическая.

Основные объекты эмпирической биологии — конкретные виды живых систем, их свойства и реакции, изменения, поведение, т. е. особенное и единичное в реальной действительности; методы современной эмпирической биологии — преимущественно эксперименты и наблюдения. Теоретические обобщения, разумеется, тоже необходимы, но они носят характер частных гипотез или выводов и занимают по отношению к первым подчиненное место.

Иное дело — в теоретической биологии. Ее непосредственные основные объекты — не столько сами живые тела, их свойства, реакции и т. д., сколько частные обобщения, сделанные эмпирической биологией, т. е. преимущественно уже обработанные в мышлении материалы эксперимента и описания, отображающие фрагменты реальной действительности; эти материалы и служат основой для отображения самого общего в ней (а не только особенного и единичного).

Соответственно таким отличиям теоретической биологии, исследование ее объектов ведется преимущественно специфическими методами мышления. Основными инструментами научного познания становятся понятийный аппарат науки, логика и логико-математическое моделирование.

Вот эти различия и обусловливают специфику проявления законов логики и теории развития в научных методах эмпирической и теоретической биологии. Однако в их развитии имеются и некоторые общие черты. К ним относятся преемственность и дополнительность, а также единство и различие метода и теории, метода и объекта, взаимосвязь одних методов с другими.

История биологической науки дает немало наглядных примеров диалектической взаимосвязи между теоретическими принципами и методами научного исследования. Новые теоретические принципы обычно обусловливают возникновение новых методов, а новые методы нередко ведут к формулированию новых теоретических идей. Спор о том, что чему предшествует — возникновение ли теоретических принципов новым методам или же, наоборот, новые методы исследования—теоретическим принципам, продолжает оставаться нерешенным. При конкретном анализе бывает трудно установить, что выступает в качестве первичного и ведущего. В этом случае приходится учитывать трудности анализа такой взаимосвязи: применение новых методов исследования действительно нередко обусловлено новыми теоретическими принципами, но в то же время доказательства истинности этих принципов добываются посредством новых методов исследования.

Это очень ясно выступает на примере формулирования эволюционной теории и исторического метода в биологии.

Прежде чем они вошли в биологию как ее фундаментальные принципы, положившие начало новому этапу в развитии всего комплекса наук о живой природе, проблемы и идеи эволюции (больше всего в форме догадок) и проблемы исторического подхода к объяснению живой природы в той или иной форме появлялись в трудах ученых еще в античной древности, в эпоху Возрождения и в новое время. Но если принять за исходную точку оформление научной доктрины, то возникновение теории эволюции относится к концу XVIII в. и особенно ко второй половине XIX в. Однако именно к этому периоду относятся и постановка вопроса о значении исторического метода в биологических науках и его дальнейшее развитие.

И если исторический метод в XIX в. произвел коренной переворот в воззрениях на живую природу и «сблизил по методу изучения две области человеческого знания, казалось, имевшие так мало общего — биологию с историей»^[2], то к середине XX в. произошли аналогичные изменения и в наших представлениях о единстве методов исследования живой и неживой природы.

Рассмотрим вкратце эти важные изменения.

3. О возрастании эвристической роли методов точных наук в познании живого

Поразительные успехи, достигнутые в области физики, химии, математики и кибернетики, оказали сильное воздействие на науку в целом. Под воздействием этих успехов произошли существенные изменения и в характере биологического знания. Они «создали возможность необычайного и увлекательного продвижения в нашем понимании физической и химической основы механизмов, действующих в живых клетках. Это продвижение далеко превзошло все, что можно было предвидеть или вообразить себе в начале настоящего столетия»^[3]. Поэтому, когда хотят теперь подчеркнуть наиболее характерную черту в развитии современной биологической науки, то наряду с другими ее признаками обычно обращают внимание на возрастание эвристического значения идей и методов физики, химии, кибернетики и математики во взаимосвязи методов различных наук при исследовании живого. Именно это, как полагают некоторые ученые, и составляет существенные особенности современного периода развития биологии. На этих направлениях достигнуты в последние 10—15 лет самые ощутимые результаты в познании живого. В русле этих направлений возникло целое семейство новых отраслей науки — молекулярная биология, физико-химическая и квантовая биология, биокибернетика, бионика и другие.

С этим процессом связан и другой важный момент познания. Суть его состоит во взаимном обогащении взаимодействующих наук. Когда говорят о проникновении методов физики и химии, обычно подчеркивают одну сторону, именно то, что получила биология от этих наук. Но уже тот факт, что такой фундаментальный закон, как закон сохранения и превращения энергии, был сформулирован на материалах исследования жизненных явлений, доказывает, какую важную роль играла биология в развитии, например, физики. Их взаимодействие стало столь многогранным, что теперь так же немыслимо вести исследования жизненных явлений без контакта с физикой, химией, кибернетикой, как и невозможны многие исследования в точных науках без контакта с той или иной отраслью биологии.

В процессе применения методов точных наук для исследования биологических явлений, естественно, возникает целый ряд вопросов — прежде всего вопросы о том, как изменяются сами эти методы и идеи в связи с применением их к исследованию живого, какова их разрешающая сила в данной области и изменяются ли под их воздействием классические методы биологии.

Когда теперь спорят о соотношениях физики, химии и биологии, то имеют в виду, конечно, не вопрос о том, можно или нельзя вообще применять методы физики и химии к исследованию живых систем. В этом смысле вопрос давно уже решен положительно. Например, методы этих наук применяются для исследования биохимических реакций в физиологических процессах, некоторых параметров биологических систем, различных структурных уровней, для исследования термодинамических функций клеток, многоклеточных организмов и различных надорганизменных систем вплоть до всей биосферы, а также для анализа возрастания негэнтропии в ходе прогрессивной эволюции.

Каждый раз, когда делались попытки осмысления роли и значения идей и методов физико-химических наук в познании явлений жизни, возникала проблема «сводимости»: можно ли полностью объяснить в понятиях этих наук процессы, протекающие в живых системах? Ответы на эти вопросы различны, поскольку в них отражаются два класса явлений. Положительный ответ дают тогда, когда пытаются обратить внимание на эвристическую роль идей и методов точных наук в познании живого, а отрицательный — когда стремятся подчеркнуть невозможность «сведения» живого к неживому.

В действительности оба подхода не исключают, а дополняют друг друга. Биология изобилует примерами, доказывающими огромное эвристическое значение идей и методов физики, химии, кибернетики и математики при познании жизненных явлений. Наши представления о процессах обмена, фотосинтеза, управления, регулирования и корреляции самых различных физиологических процессов и биохимических реакций являются в той или иной мере результатом применения идей и методов точных наук к исследованию явлений жизни. В связи с этим некоторые естествоиспытатели и философы полагают, что хотя в настоящее время и не все биологические явления можно исчерпывающим образом объяснить в понятиях физики, химии, кибернетики и математики, но весь ход развития науки ведет к тому, что в конце концов это станет возможным. Но если говорить о значении методов физики и химии, то все дело в том, что физические и химические понятия пригодны для объяснения лишь отдельных процессов или, точнее, отдельных актов жизнедеятельности, а не всей совокупности процессов жизни.

Вся совокупность этих проблем тесно связана с другой, не менее важной проблемой — с выяснением познавательной роли моделей при исследовании живого. Биологические знания, как известно, развиваются крайне неравномерно. На более развитых их направлениях раньше возникали предпосылки перехода к количественным и другим формализованным методам. Там становилось возможным применять для исследования биологических явлений математические модели.

С помощью моделей стали исследовать такие жизненные явления, которые остались недоступными для качественных методов или выражались ими в крайне общей форме. Математическое же моделирование позволило их отображать в строго формализованных и количественно точных выражениях. Перенос знания с модели на оригинал, как правило, осуществляется по строгим формальным правилам. Поэтому применение метода математического и логико-математического моделирования в биологии теперь обычно связывают с проникновением в то знание жизненных явлений точных методов вообще и методов физики и химии в частности.

В процедурах такого моделирования жизненных процессов и находит свое специфическое выражение системно-структурный подход. Живые объекты исследуются как целостные сложные биосистемы с их специфической морфофункциональной организацией, структурами. То же относится к их поведению Особое значение придается исследованию процессов их самоорганизации, саморазвития и самовоспроизведения. Конечно, этим не исчерпываются все те аспекты, в которых изучаются современной биологией живые объекты новыми методами, но многие старые проблемы, например проблемы приспособления, относительной целесообразности и направленности в биологических процессах, рассматриваются теперь именно под названными углами зрения.

4. О соотношении физико-химических методов с биологическими

В связи с изменениями характера научного познания живого, отмеченными выше, возникла необходимость нового рассмотрения довольно старого вопроса о соотношении физико-химических и биологических методов при изучении живого.

В живой системе, на любом уровне ее организации, вследствие развития сложных «механизмов» координации, регулирования, управления и корреляций все многообразие функций, все процессы и реакции объединены в единое целое. Поэтому для их познания требуется не отдельно взятый метод, но именно целая совокупность методов, которая позволила бы познавать не отдельные акты поведения, функции и реакции, а в целом все то, что представляет собой жизнь.

Однако надо подчеркнуть, что прогресс в биологическом знании обусловлен отнюдь не только проникновением методов точных наук в исследования биологических явлений. Под воздействием этого процесса коренным образом изменяются методы, которые обычно называются классическими методами биологии. Методы, казавшиеся прежде полностью себя изжившими, во взаимосвязи с новыми методами наук часто снова приобретают большую познавательную силу. В результате сам процесс познания биологических явлений становится более точным, глубоким и всесторонним. Возникают не только новые проблемы перед теорией познания, но и необходимость переосмысливания казалось бы уже решенных проблем биологии.

Вопрос о соотношении различных методов в познании жизненных явлений приобрел теперь особо важное значение. От того, насколько методологически правильно он решается, зависит очень многое. При этом всегда возникает необходимость выяснить, какие из методов, применяемых к познанию жизни, являются наиболее результативными. В этом пункте чаще всего и допускаются неточности, ведущие к недооценке или переоценке того или иного метода. На это обратил внимание еще К. А. Тимирязев. «Непониманием, — писал он, — взаимного отношения экспериментального и исторического методов, служащих опорой и продолжением один другому, грешат еще многие современные натуралисты»^[4]. Это высказывание К. А. Тимирязева следует напомнить тем современным биологам, которые недооценивают эвристическую роль не только исторического, но и других методов биологии и будущее тех ее отраслей, где эти методы выступают в качестве основных.

Говоря о прогнозировании развития биологической науки, эти биологи обычно предсказывают блестящее будущее таким ее разделам, как биофизика, биохимия, биокибернетика, квантовая биология, молекулярная биология, а об эволюционной теории высказываются как о науке хотя и с блестящим прошлым, но без перспектив на будущее. Все что связано с применением идей и методов физики, химии, кибернетики и математики к познанию явлений жизни, с установлением каких-то новых количественных и формальных характеристик этих явлений, признается за истинные научные методы биологии, а прежние принципы теоретической работы рассматриваются как уже неэффективные.

Соотношение физики и биологии не так просто, как иногда пытаются это представить. Несомненный интерес представляют суждения по этому вопросу такого видного биолога, как А. Сент-Дьердьи. «Между физикой и биологией, — писал он, — есть существенное различие. Физика — это наука о вероятностях. Биология — это наука о невероятном… в принципе для организма существенны только статистически невероятные реакции»^[5]. В живой системе становятся возможными реакции, которые кажутся физику невозможными. Поэтому А. Сент-Дьердьи и советует осторожно и вдумчиво подходить к тем биологическим явлениям, которые с точки зрения физики кажутся невероятными. Преодолеть это противоречие, по его мнению, возможно путем применения к истолкованию биологических функций законов квантовой физики. Он считает установленным, что основные биологические функции совершаются на молекулярном и смежных с ним уровнях организации клетки и что все процессы, протекающие на этих уровнях, управляются не законами классической, а законами квантовой физики.

Аналогичные ситуации в науке возникают всякий раз, когда переходят от исследования одного уровня к другому, от высшего к низшему или, наоборот, от низшего к высшему. В физике такое положение возникло тогда, когда она стала проникать во внутренние структуры атомов, сначала пытаясь ограничиться закономерностями классической физики. В химии подобная ситуация сложилась в тот период, когда потребовалось объяснить переменную и постоянную валентность элементов. С позиции классической теории эти проблемы не поддавались, разрешению. Необходимо было найти такое объяснение валентности, которое вытекало бы из каких-то более глубоких и общих законов природы. Для теории валентности таким физическим фундаментом стала квантовая физика. Это был в то же время один из мостов, которым связывалась химия с физикой. В недалеком прошлом химики так же недооценивали физико-математические методы и теории, применяемые для решения химических проблем, как недооценивают в настоящее время их применение к исследованию живого и некоторые биологи.

То же можно сказать о применении идей и принципов квантовой физики к исследованию жизненных явлений. Оно также выступает в качестве доказательства единства природы и того факта, что многие биологические явления покоятся на фундаменте физики, в частности на фундаменте теории квантовой физики. Вот как представляют эту проблему основатели нового направления в науке, квантовой биохимии, Б. Пюльман и А. Пюльман. В предисловии к своему груду они писали, что «преследовали двоякую цель: во-первых, показать биохимикам, как методы квантовой механики можно использовать для изучения структуры и механизма действия составных частей живой материи, и, во-вторых, дать специалистам по квантовой химии общее представление о тех проблемах биохимии, в исследовании которых их сотрудничество может быть полезным»^[6].

Применение идей и принципов квантовой физики к объяснению жизненных явлений находится на начальной стадии. На его пути встречаются большие трудности. «Жизнь пока еще нельзя записать в виде уравнения, а если бы это удалось сделать, мы, вероятно, не сумели бы решить его»^[7]. Поэтому попытки объяснения некоторых биологических явлений на основе идей и принципов квантовой механики выглядят пока отрывочными и крайне упрощенными.

Кроме того, вряд ли можно согласиться с мнением А. Сент-Дьердьи, что соотношения физического и биологического исчерпываются соотношением вероятностного и «невероятного» (с точки зрения чисто статистических закономерностей). В действительности для живых систем, для процессов эволюции и для первичного зарождения жизни характерны, как уже отмечалось в литературе (И. Т. Фролов, 1962, и др.), своеобразные сочетания, диалектическое единство вероятностной и динамической («лапласовской») детерминации.

5. О взаимосвязи методов в молекулярной биологии

Возьмем другой пример — молекулярную биологию. В ней особенно наглядно проявляется эффективность взаимодействия методов различных наук при изучении явлений жизни.

На этом структурном уровне развития материи, на узловой линии перехода от молекул к надмолекулярной организации, от организации вещества к организации существа, физические и химические явления проявляются как бы слитно с биологическими. «Молекулярная биофизика есть, с одной стороны, — пишет М. В. Волькенштейн, — раздел молекулярной физики, с другой — молекулярной биологии»^[8]. На этом уровне проходит узловая линия взаимодействия свойств вещества и надмолекулярной биологической организации, там открыта первичная и наиболее общая основа качественной специфики органической жизни, ее возникновения и ее самовоспроизведения в онтогенезе и филогенезе. Поэтому молекулярная биология уже не ограничивается познанием только физико-химических аспектов, а включает в предмет своего исследования информационное их содержание, возникновение отношений и связей, типичных для живых систем. Именно эта ситуация и обусловила дискуссию по некоторым методологическим проблемам молекулярной биологии.

Предметом дискуссии стали не только вопросы о соотношении физико-химических и собственно биологических методов и законов, о взаимосвязи соответствующих форм движения материи, но также и вопрос о том, что конкретно представляют собой «наложение» биологических закономерностей на физико-химические и подчинение последних биологическим.

Многие исследователи, увлеченные стремлением раскрыть величайшую тайну возникновения живой материи из неживой, опираясь при этом на обширную область бесспорных фактов, которые уже были добыты с помощью физико-химических методов, пришли к выводу, что ведущую роль в ее разгадке должны играть методы физики и физико-химии. Основой для таких выводов послужили факты, показывающие, что любые отдельно взятые элементарные взаимодействия между группами молекул, молекулами, атомами и электронами, входящими в состав клетки, непосредственно подчиняются только физико-химическим закономерностям. При этом не учитывались многие другие факторы. В частности, возник вопрос о том, каковы влияния дифференцированности, расчлененности и обособленности частей и компонентов высокоорганизованных живых систем. С методологической точки зрения, при решении этого вопроса необходимо различать «акты» и «процессы».

Понятия актов взаимодействия и процесса как органически целостной совокупности актов (имеющей свою структуру и свои особые закономерности, несводимые к закономерностям актов элементарных взаимодействий, взятых порознь) давно вошли в употребление. Различение понятий акта и процесса еще не полностью решает вопрос о конкретных формах «наложения» биологических закономерностей на физико-химические. Еще один подход к решению этого вопроса изложен в работах, написанных автором этой статьи совместно с В. И. Кремянским^[9], где выдвинуто понятие суперструктур, информационных структур высших порядков, как особых форм единства непосредственного и опосредованного.

Следует, видимо, учитывать еще одну важную группу понятий, которую, на наш взгляд, тоже необходимо включать в логику и методологию вопроса о соотношении физико-химических и собственно биологических методов при исследовании явлений жизни на молекулярном, субмолекулярном и непосредственно надмолекулярном (супрамолекулярном) уровнях. Эти понятия отображают различные стороны или моменты процессов самоорганизации различных биологических систем.

Проблема взаимодействия и проникновения методов при исследовании жизненных процессов может быть рассмотрена и в другом аспекте. Все методы исследования можно подразделить по их применимости на всеобщие, общие и специфические. Этот аспект можно рассмотреть на примере биофизической химии, которая изучает физико-химические основы процессов жизнедеятельности. Для выяснения физико-химических основ жизнедеятельности применяется совокупность экспериментальных методов (изотопный анализ, электронная микроскопия, спектрофотометрия, электронные счетные машины), а также классические биологические методы (описательные, сравнительные, исторические и т. д.). Все они не являются специальным достоянием биофизической химии, а применяются в области самых разнообразных наук — химии, археологии, микробиологии, судебной медицины и т. д. Каждый из применяемых методов в отдельности исследует какую-то одну из физико-химических сторон процессов жизнедеятельности. Общее же представление о физико-химической природе этих процессов есть результат теоретического и философского осмысления всей совокупности фактов, выявленных методами, применяемыми в данной отрасли науки. Таким образом, наши современные знания о физико-химической природе жизненных явлений — это не только результат всей совокупности экспериментальных методов исследования, но и методов логико-философского их осмысления.

Ученые уже давно распростились с иллюзией, что с помощью современного химического анализа, устанавливающего химический состав какой-то клеточной органеллы или же вирусной частицы, можно понять их биологическую специфику. Вирусы «выполнены» из таких же органических соединений, как и клетки животных, растений и микробов. Однако по биологическим свойствам между этими структурными уровнями развития живой материи имеются существенные различия. Вот эти-то различия, составляющие специфичность ступеней развития живого, и не могут быть познаны ни посредством физических и химических методов, ни посредством одних только биологических методов.

Это кажется нам еще одним аргументом в пользу того вывода, что взаимосвязь методов различных наук, их проникновение в биологию является существенной чертой, характеризующей современные научные биологические исследования.

В так называемый «классический» период развития генетики основным ее методом исследования был гибридологический анализ отдельных групп признаков, сравнительно легко наблюдаемых у потомства после скрещиваний, проводимых, как правило, между многоклеточными организмами с половым способом размножения.

«Разрешающая сила» этого метода оказалась, как известно, необычайно мощной, чему весьма способствовало применение быстроразвивающихся статистико-математических методов и стремление как-то согласовать генетические данные с данными других отраслей биологии — биохимии, биофизики, цитологии, эмбриологии, анатомии, физиологии, общей ботаники и зоологии, систематики, теории эволюции, медицины и сельского хозяйства. Во взаимодействии с методами и данными всего комплекса биологических наук, медицины и сельского хозяйства гибридологический анализ позволил установить единство основных законов наследственности у всех живых организмов, предсказать ряд свойств дискретных материальных носителей наследственности — генов, эволюцию хромосомного аппарата, зависимость характера наследования от способа размножения и многое другое. Но все это были, по преимуществу, косвенные методы познания природы наследственности. Расшифровка кода генетической информации позволила генетическим исследованиям проникнуть на самые глубокие уровни биологической организации — молекулярный и смежные с ним. Вот в этих-то исследованиях и проявилась теперь особенно ярко эффективность взаимосвязи методов различных наук при изучении жизненных процессов.

Раскрытие этого кода относится к числу важнейших открытий науки второй половины XX в. Оно знаменует собой новый крупный шаг в дальнейшем развитии генной теории наследственности. Само понятие развития в живой природе стало более содержательным, поскольку одна из существенных его сторон — преемственность получила более конкретное выражение. Представление о кодировании генетической информации стало тем «ключом», с помощью которого открываются двери в такие области жизненных явлений, куда еще совсем недавно наука не могла проникнуть. Оно объединило на молекулярно-генетической основе методы исследования почти всех биологических наук, включая не только биохимию и биофизику, но также эмбриологию и физиологию, вирусологию и генетику.

В 1954 г. американским физиком Гамовым была сделана попытка с помощью принципов и идей математического кодирования объяснить роль нуклеиновых кислот в синтезе белков. Его идеи были брошены на почву, уже хорошо подготовленную успехами биохимии и биофизики, вирусологии и генетики, биокибернетики и теории информации в познании структур и функции белков и нуклеиновых кислот. Аналитическое изучение белков и нуклеиновых кислот дополняется гипотезой о корреляции между последовательностью нуклеотидов в нуклеиновых кислотах (ДНК и РНК) и чередованием аминокислот в полипептидных цепях белков.

Применение идей кодирования имело важное значение для выработки современных представлений о роли нуклеиновых кислот в синтезе белков и явлениях жизни вообще. С тех пор как принцип кодирования был применен для объяснения биологических явлений, стало возможным выражать генетическую информацию и ее воплощение в фенотипе языком молекулярных структур. Сложнейшие цепи событий, которые ведут от гена к соответствующему фенотипу, возможно описать посредством специфических реакций, которые уже во многих случаях поддаются точному стереометрическому исследованию.

Но все это — лишь яркий пример еще более общих тенденций, еще более широких принципов и представлений, сформулированных и связанных друг с другом в области молекулярной биологии. Среди них надо отметить раскрытие огромного значения принципа матричного синтеза. С ним связано рациональное объяснение причин огромных различий в скоростях химического синтеза в неживой природе и биохимического синтеза в живых системах. «Матричный синтез, — пишет В. А. Энгельгардт, — явление фундаментальной важности. Здесь, как нигде более, в действие вступает специфика химизма живого по сравнению с неживыми системами». Открытие принципа матричного синтеза относится к числу самых крупных достижений молекулярной биологии. «Это одна из. важнейших, наиболее характерных черт химизма живого, притом на самом важном центральном участке — возникновения и существования живого. В этом сущность всей молекулярной генетики как основы изучения наследственного постоянства в бесконечном ряду поколений и построения материальной основы живой массы — создания специфических белков»^[10].

К числу важнейших достижений молекулярной биологии относится также открытие аллостерического регулирования скоростей химических реакций и физиологических процессов, протекающих в биологических системах. Многие ученые полагают, что это одна из самых распространенных форм биологического регулирования вообще. Этот принцип связан с развитием наших представлений о роли конформации макромолекул, в частности и каталитической активности ферментов, т. е. белков, как факторов, непосредственно определяющих природу частных выражений биохимической активности.

Важное значение имеет, кроме того, открытие веществ, получивших название антиметаболитов. Эти вещества по своему строению в какой-то мере сходны с теми продуктами клеточного обмена, которые в норме являются субстратами действия тех или иных ферментов. Антиметаболиты — мощные ингибиторы соответствующих ферментативных реакций.

Таким образом, за пятнадцатилетнюю свою историю молекулярная биология расширила наши представления не только о наследственности, в связи с расшифровкой кода генетической информации, но и об основах биологического синтеза, в связи с открытием матричного принципа, а также биологического регулирования, в связи с установлением принципа аллостерического взаимодействия.

* * *

История познания живого заставляет сделать вывод, что всестороннее диалектико-материалистическое знание обеспечивается только всей совокупностью методов и идей, применяемых к исследованию биологических явлений. Каждый отдельно взятый метод ведет к познанию какой-то ограниченной совокупности явлений живого. В соответствии с особенностями того, что нужно исследовать в живых объектах, и вырабатываются методы их исследования.

Диалектической концепции отрицания отрицания, включающей принцип «снятия» низшего в высшем, соответствует разрабатываемая теперь теория основных структурных уровней развития материальных систем. Как уже отмечалось в литературе, эта теория представляет собой стержневую для всей совокупности философских вопросов естествознания концепцию, воплощает важные современные формы дальнейшей конкретизации положений материалистической диалектики.

Во всех сложных переплетениях методов различных наук в исследованиях живого материалистическая диалектика не только выступает в качестве основной интегрирующей, концепции в силу своей всеобщности, но становится также методом и теорией общей стратегии дальнейшего прогресса. Когда рассматривают взаимосвязь методов материалистической диалектики с методами исследования в биологии, то обычно фиксируют внимание на гносеологической функции философских принципов по отношению к методам естественных наук. Некоторые полагают, что методы естественных наук — это лишь конкретные выражения методов материалистической диалектики. Другая же сторона дела — воздействие конкретных методов на общие философские проблемы — часто вовсе не рассматривается.

Если совершенствование методов, применяемых для исследования биологических явлений, позволяет выявлять все новые и новые свойства живого или устанавливать количественные характеристики уже известных свойств, то диалектический материализм, как самый общий метод науки, позволяет определить место и значение этих новых фактов в системе научного знания вообще.

1. В. А. Энгельгардт. Химия исследует живое. М., 1966, стр. 32. ↑
2. К. А. Тимирязев. Сочинения, т. II. М., 1939, стр. 23. ↑
3. См. «Молекулярная биология». М., 1963, стр. 10. ↑
4. К. А. Тимирязев. Сочинения, т. V. М., 1939, стр. 32. ↑
5. А. Сент-Дьердьи. Введение в субмолекулярную биологию. М., 1964, стр. 17. ↑
6. Б. Пюльман, Л. Пюльман. Квантовая биохимия. М., 1965, стр. 7. ↑
7. Там же. ↑
8. М. В. Волькенштейн. Молекулы и жизнь. М., 1965, стр. 9. ↑
9. М. Ф. Веденов, В. И. Кремянский. Специфика биологических структур. — В кн.: «Структура и формы материи». М., 1967, стр. 616. ↑
10. В. А. Энгельгардт. Химия исследует живое, стр. 15. ↑