КСЕ 1-11,14


Естествознание — совокупность знаний о природных объектах, явлениях и процессах. Естествознание возникло до образования отдельных естественных наук.

Под культурой в широком смысле слова подразумевают все, что создается благодаря деятельности человека.
Различают культуру материальную и духовную. В самой науке как духовной деятельности выделяют культуру естественнонаучную и гуманитарную, каждая из которых имеет свои цели, формы и методы познания.
Явления человеческого сознания, психики (мышление, знания, оценки, воля, чувства, переживания и т.д.) относятся к миру идеальных вещей, идеального, духовного. Сознание, духовное — это важнейшее, но лишь одно из свойств той сложной системы, какой является человек. Обеспечение жизнедеятельности человека — необходимое условие существования его сознания, мышления, духа. Для того чтобы мыслить, человек должен сначала просто существовать как живой, деятельный, нормальный организм. Иначе говоря, человек должен материально существовать, для того чтобы проявилась его способность к производству идеальных, духовных вещей.
Материальная жизнь людей — это область человеческой деятельности, которая связана с производством предметов, вещей, обеспечивающих само существование, жизнедеятельность человека и удовлетворяющих исходные потребности людей (в пище, одежде, жилье и др.).
В ходе человеческой истории многими поколениями создан мир материальной культуры. Особенно контрастно он проявляется в условиях городов. Составные элементы материальной культуры — дома, улицы, заводы, фабрики, транспорт, коммунальная инфраструктура, учреждения быта, снабжение продуктами питания, одеждой и т.п. — являются важнейшими показателями характера и уровня развития общества. По остаткам материальной культуры археологам удается достаточно точно определить этапы исторического развития, своеобразие исчезнувших обществ, цивилизаций, государств, народов, этносов.
Понятием «духовная культура» характеризуются духовная жизнь людей, ее результаты и средства. Духовная культура связана с деятельностью, направленной на удовлетворение не материальных, а духовных потребностей человека — в развитии, совершенствовании внутреннего мира человека, его сознания, психологии, мышления, знаний, эмоций, переживаний и др. Существование духовных потребностей в конце концов отличает человека от животного. Эти потребности удовлетворяются в ходе не материального, а духовного производства, в процессе духовной деятельности.
Продуктами духовного производства являются идеи, понятия, представления, научные гипотезы, теории, художественные образы, сюжеты художественных произведений, моральные нормы и правовые законы, политические взгляды и программы, религиозные воззрения и т.д., которые воплощаются в своих особых материальных носителях: языке (универсальный и исторически первый материальный носитель мысли), книгах (в древности — папирусы, рукописи), произведениях искусства (картины, архитектурные сооружения, скульптуры и др.), графиках, чертежах и пр.
В народе говорят: не хлебом единым жив человек. Другими словами, жизнь человека состоит не только и не столько в удовлетворении материальных (т.е. в конце концов биологических) потребностей, сколько в активности его внутреннего, духовного мира. Потребляя продукты духовной культуры (когда мы читаем книгу, смотрим в музее картину или в кинотеатре кинофильм, слушаем музыку и т.д.), мы обогащаем, развиваем свой внутренний, духовный мир — мир знаний, образов, ценностей, переживаний. При этом мы создаем условия для совершенствования не только духовной, но в конечном итоге и материальной деятельности.
Человек не только потребляет продукты духовной культуры, созданные другими людьми. Он может и призван создавать новые элементы духовной культуры. Вершиной духовной деятельности человека является его собственное участие в создании нового в духовной культуре. В таком случае человек становится творцом культуры, а его деятельность — творческой. В создании новых элементов духовной культуры проявляется высшее предназначение человека.

Эти термины обозначают две различные традиции, которые сформировались, с одной стороны, в процессе изучения природы, т.е. в естествознании, а с другой — при исследовании явлений духовной жизни общества. Такое различие обусловлено самой спецификой объектов изучения естественных и общественных наук. В то время как в природе действуют слепые, стихийные и независимые от человека силы и процессы, в обществе ничего не совершается без его сознательных целей, интересов и мотиваций. На этом основании естественнонаучное познание нередко противопоставляют социально-гуманитарному.
В истории науки и культуры в целом существуют две крайние точки зрения по вопросу о соотношении естествознания и обществознания. Сторонники первой из них заявляют, что именно естествознание с его точными методами исследования должно стать образцом, которому должны подражать гуманитарные науки. Наиболее радикальными представителями этой точки зрения являются позитивисты, которые считают идеалом науки математическую физику, а методом построения любого научного знания — аксиоматико-дедуктивный способ математики и точных наук. Защитники противоположной позиции справедливо утверждают, что подобный взгляд не учитывает всей сложности и специфики гуманитарного исследования и потому является явно утопическим и малопродуктивным. Некоторые крайние ее сторонники даже отказываются признать какую-либо общность и сходство между гуманитарным и естественнонаучным познанием. К их числу относятся многие представители возникшего еще в прошлом веке антипозитивистского направления в истории, социологии, психологии и других гуманитарных науках.
В последние годы под влиянием научно-технической революции и в связи с появлением таких новых общенаучных методов исследования, как кибернетика, системный подход, синергетика и ряд других, прежняя конфронтация между естествоиспытателями и гуманитариями значительно ослабла.
Гуманитарии поняли важность и необходимость использования в своей науке не только технических и информационных средств точных наук, но и эффективных общенаучных методов исследования, которые первоначально возникли в рамках естествознания.
Наука - это исторически сложившаяся форма человеческой деятельности, направленна на познание и преобразование объективной действительности, такое духовное производство, которое имеет своим результатом целенаправленно отобранные и систематизированные факты, логически выверенные гипотезы, обобщающие теории, фундаментальные и частные законы, а также методы исследования. Наука - это одновременно и система знаний и их духовное производство, и практическая деятельность на их основе.
Современная наука - чрезвычайно разветвленная совокупность отдельных научных отраслей. Предметом науки является не только внеположный человеку мир, различные формы и виды движения материи, но и их отражение в сознании, то есть сам человек. По своему предмету науки делятся на естественно-технические, изучающие законы природы и способы ее освоения и преобразования, и общественные, изучающие различные общественные явления и законы их развития, а также самого человека как существа социального (гуманитарный цикл). Среди общественных наук особое место занимает комплекс философских дисциплин, изучающих наиболее общие законы развития и природы, и общества, и мышления.
В естественных науках одним из главных приемов исследования является эксперимент, а в общественных науках - статистика.
Общенаучными логическими приемами являются индукция, дедукция, анализ, синтез, а также системный и вероятный подходы и многое другое. В каждой науке различается эмпирический уровень, то есть накопленный фактический материал - итоги наблюдений и экспериментов, и уровень теоретический, то есть обобщение эмпирического материала, выраженное в соответствующих теориях, законах и принципах; основанные на фактах научные предположения, гипотезы, нуждающиеся в дальнейшей проверке опытом. Теоретические уровни отдельных наук смыкаются в общетеоретическом, философском объяснении открытых принципов и законов, в формировании мировоззренческих и методологических сторон научного познания в целом.
Методология науки, в традиционном понимании, — это учение о методах и процедурах научной деятельности, а также раздел общей теории познания (гносеологии), в особенности теории научного познания (эпистемологии) и философии науки.
Методология, в прикладном смысле, — это система (комплекс, взаимосвязанная совокупность) принципов и подходов исследовательской деятельности, на которые опирается исследователь (учёный) в ходе получения и разработки знаний в рамках конкретной дисциплины — физики, химии, биологии и других научных дисциплин.
Основная задача методологии науки заключается в обеспечении эвристической формы познания системой строго выверенных и прошедших апробацию принципов, методов, правил и норм. В частности, для достижения успеха в исследовательской деятельности (например, в области правоведения) учёный должен овладеть «секретом» метода и обладать эвристической технологией научного мышления. Овладеть существующей методологией необходимо, потому что далеко не каждый исследователь может создать собственную, оригинальную методологию научного исследования, у которой нашлось бы достаточно последователей, чтобы он мог заявить с полным на то основанием о создании собственной научной школы. Поэтому основная часть исследователей должна примкнуть к существующим направлениям (методикам), используя проверенные методологические приёмы для достижения научных результатов.
Становление методологии науки
Верное осмысление роли метода в науке произошло не сразу. В Античную эпоху задачу исследования методов науки решали философы, поскольку в то время сама наука, за исключением математики и астрономии, развивалась в рамках философии.
Древнегреческое слово "метод" обозначает путь к достижению какой-либо цели, и впервые проблемы научного метода стали изучаться именно в рамках древнегреческой философии. Античная наука не знала опытного естествознания, поэтому речь шла только о теоретических методах исследования. Ярким образцом становления таких методов является силлогистика Аристотеля (384 до н.э. – 322 до н.э.) как основание классической дедуктивной логики и аксиоматический метод.
В эпоху Нового времени исследованием методов познания также в первую очередь занимались философы. При этом наибольший вклад в исследование научной методологии внесли те из них, которые одновременно были выдающимися учеными в конкретных науках (Г. Галилей, Р. Декарт, Г. В. Лейбниц). Становление экспериментального естествознания в XVII в. потребовало разработки методов и средств опытного изучения природы. Именно поэтому в центр философских систем выдающихся философов того времени Ф. Бэкона и Р. Декарта выдвигается проблема научного метода, и при этом – метода экспериментального естествознания.
Ф. Бэкон сравнивал метод со светильником, который освещает путнику дорогу в темноте. Ученый стремился создать такой метод, который мог бы быть "органоном" (орудием) познания, обеспечить человеку господство над природой. В "Новом Органоне" в качестве такого метода представлена индукция (в противоположность "Органону" Аристотеля, в котором раскрывалась суть дедуктивного метода). Аристотелевскую дедукцию Бэкон считал принципиально непригодной для развития наук о природе. В свою очередь, индукция требует от науки основываться на опытном базисе, исходить из эмпирического анализа, наблюдения и эксперимента. Только на такой основе, по Бэкону, можно познать причины и законы.
Так же остро ставил проблему научного метода французский философ Р. Декарт: "Уж лучше совсем не помышлять об отыскании каких бы то ни было истин, чем делать это без всякого метода, ибо совершенно несомненно то, что беспорядочные занятия и темные мудрствования помрачают естественный свет и ослепляют ум". Основные философские работы Р. Декарта, прежде всего "Рассуждение о методе", посвящены проблемам метода. "Правила для руководства ума" – это фактически "разложенный по полочкам" алгоритм использования научного метода в процессе исследования.
Определение метода, по Р. Декарту, не только раскрывает его структуру, но и показывает, вслед за Ф. Бэконом, роль метода в системе научного познания: "Под методом я разумею точные и простые правила, строгое соблюдение которых всегда препятствует принятию ложного за истинное и, без лишней траты умственных сил, но постепенно и непрерывно увеличивая знания, способствует тому, что ум достигает истинного познания всего, что ему доступно".
В связи с этим Р. Декарт выдвигает три правила метода:
1) начинать с простого и очевидного;
2) из него путем дедукции получать более сложные высказывания;
3) действуя при этом так, чтобы не было упущено ни единого звена, т.е. сохраняя непрерывность цепи умозаключений.
Для реализации этих правил, как считал Р. Декарт, необходимы две способности ума: интуиция, с помощью которой усматриваются простейшие и очевидные начала, и дедукция, с помощью которой из этих начал выводятся все другие истины. Таким образом, философ "реабилитирует" роль дедукции в познании. Однако, как справедливо заметил Г. И. Рузавин, "такая характеристика метода больше всего подходит для математического познания, в котором теоремы логически выводятся из аксиом, если считать последние самоочевидными истинами".
Действительно, развивавший идеи Р. Декарта на более широкой основе Г. В. Лейбниц стремился свести рассуждения к вычислениям, в связи с чем последнего считают предтечей современной символической (математической) логики.
В области эмпирических наук, как уже было отмечено, Ф. Бэкон важнейшим методом исследования считал индукцию. Более того, он абсолютизировал роль индуктивного метода, считая его безошибочным методом открытия новых истин в науке. Впоследствии его идеи продолжил Дж. Ст. Милль (1806–1873), разработавший методологический инструментарий элиминативной индукции в виде методов сходства, различия, сопутствующих изменений и остатков.
Последующие исследования показали, что бессмысленно искать один-единственный безошибочный метод познания. Каждый из методов ограничен в познавательных возможностях, и только разумное и целесообразное применение системы научных методов приближает исследователя к истине.
Со второй половины XIX в. целостное знание о науке (прежде всего, философское) активно дифференцируется, появляется методология науки. Фактически ее формирование совпадает с возникновением систематического научного познания. Постепенно осмысливается ее познавательная цель. "Главная цель методологии науки состоит в изучении тех методов, средств и приемов, с помощью которых приобретается и обосновывается новое знание в науке".
В этой дисциплине выделяются два аспекта исследования:
1) динамический аспект, связанный с анализом генезиса, происхождения и развития научного знания и соответствующих методов познания;
2) статический аспект, подразумевающий исследование результатов полученного знания, его форм и структур, а также методологию обоснования результата исследования – уже имеющегося научного знания.
Познавательные цели и задачи науки можно разделить:
– на эмпирические и рациональные;
– фундаментальные и прикладные.
Результатом научно-исследовательской деятельности является знание, поэтому методология науки фактически выступает как исследование основных проблем обоснования научного знания, в том числе:
– проблемы обоснования объективности, или точнее, интерсубъективности научного знания;
– проблемы адекватности и приемлемости научных теорий, критериев подтверждения и опровержения гипотез и др.
Формирующаяся методология научного знания в своем развитии прошла несколько этапов.
1. Этап генезиса и конституирования (оформления в особую отрасль научного знания) фактически совпадает с возникновением опытного естествознания. Экспериментальное естествознание нуждалось в разработке адекватных методов исследования для получения и обоснования нового знания.
2. В дальнейшем те принципы, методы и критерии, которые были разработаны в естествознании, стали распространяться и на другие науки. Особое место здесь занимают позитивисты XIX в. Эти исследователи специально поставили вопрос о методологии социально-гуманитарного познания, прежде всего, социологии (О. Конт). Однако, с их точки зрения, единственно научными являются методы естественных наук, поэтому такие методы и должны использоваться в социально-гуманитарном знании. Недаром первое название, которое дал будущей социологии О. Конт (1798–1857), – "социальная физика".
Неопозитивисты XX в. развивали эти идеи, заявляя, что социально-гуманитарные науки еще не достигли такого уровня теоретической зрелости, когда к ним можно применить методы точного естествознания. В связи с этим почти до конца XIX в. никакой специальной методологии социально-гуманитарного знания не существовало.
3. Возникновение специальной методологии социально-гуманитарного познания связывают с трудами немецкой неокантианской школы В. Виндельбанда (1848–1915) и Г. Риккерта (1863–1936), а также В. Дильтея (1833–1911) и других сторонников "философии жизни". Эти философы впервые повели речь о принципиальном отличии методов наук о природе от методов наук о культуре.
Так, В. Виндельбанд предложил различать науки не по их предмету, а по методу исследования. На этом основании он выделил следующие науки:
– номотетические (от греч. nomothetike – законодательное искусство), изучающие законы природы;
– идиографические (от греч. idios – особенный, своеобразный и grapho – пишу), описывающие индивидуальные события и явления истории и культуры.
По его мнению, к наукам об общественной жизни и культуре никакие законы неприменимы, поэтому такие науки могут исследовать лишь единичные события и явления. Зато исследовать эти явления они должны во всей их полноте и специфике.
В. Дильтей для анализа наук о духе предложил использовать основанный на понимании герменевтический метод, который ученый противопоставил методу объяснения, наиболее широко используемому в естественных науках.
Известный немецкий философ, социолог, историк М. Вебер (1864–1920) критиковал идеи о существовании объективных законов развития общества. Этим идеям он противопоставил метод идеальных типов, основанный на понимании.
Методология науки и другие дисциплины
Наиболее тесно методология науки связана с историей науки. За последние полвека появилось немало исследований, рассматривающих историю науки как процесс развития, в котором эволюционные периоды сменяются революционными. В первую очередь это касается работ американского философа и историка науки Т. Куна (1922–1996) и британского исследователя венгерского происхождения И. Лакатоса (1922–1974).
Как методология науки должна опираться на исследования историков науки, так и история науки обязана обращаться к мировоззренческим и методологическим принципам философии науки. Эту логику образно выразил И. Лакатос, отметив, что "история науки без философии слепа, а философия без истории науки пуста".
Методология науки тесно связана с логикой науки, исследующей структуру научного знания, методы его формализации, способы логического вывода в разных типах рассуждений и т.п. Однако логика науки ограничивается лишь анализом существующего знания и не затрагивает вопроса о генезисе, происхождении и получении нового знания. Видный финский логик Г. X. Вригт (1916–2003) по этому поводу заметил: "Формальная логика традиционно имела дело с концептуальными построениями статического мира".
Логика науки для построения и анализа научных языков применяет формальные дедуктивные методы математики, в частности, аксиоматический способ построения теорий, который использовал еще Евклид для построения элементарной геометрии. Такие методы определяют, как образуются конкретные понятия с помощью исходных терминов и как одни высказывания выводятся из других, в том числе из аксиом.
Таким образом, непосредственным предметом логики науки является именно язык науки – определенное множество правил построения и дедуктивного вывода в формализованных языках, которые имеют общезначимый характер.
Наконец, методология науки находится в тесной связи с психологией. Психологические исследования процессов открытия и изобретения новых идей в науке обогащают представления о научном творчестве и дают возможность строить более адекватные модели научных открытий. Такая роль психологии обусловлена тем, что логика науки не тождественна логике открытий: жесткого рационального алгоритма открытий попросту не существует. Поскольку многие аспекты эвристической деятельности иррациональны, постольку они и изучаются психологией творчества.
основные теории развития науки
Общий ход развития науки, в том числе и естествознания, включает три основные ступени познания природы и мира в целом:
· Непосредственное созерцание природы как нерасчлененного целого (греческая натурфилософия);
· Анализ природы, расчленение ее на части (характерно для позднего средневековья и начала Нового времени);
· Воссоздание целостной картины на основе познанных частностей, соединение анализа с синтезом (характерно для зрелого периода развития науки).
В настоящее время выделяются три основные модели развития науки:
1. Эволюционная (кумулятивная), т. е. развитие науки как непрерывный, поступательный, прогрессивный процесс.Смысл исторически более ранней, кумулятивной, модели может быть выражен следующими положениями: каждый последующий шаг в науке может быть сделан, лишь опираясь на предыдущие достижения; новое знание совершеннее старого, оно полнее, точнее, адекватнее отражает действительность; предшествующее развитие науки — предыстория, подготовка ее современного состояния; в прошлом знании значимы только те элементы, которые соответствуют современным научным теориям; все, что было отвергнуто современной наукой, считается ошибочным, относится к заблуждениям.
2. Революционная — развитие науки через научные революции.
Долгое время в развитии науки преобладала эволюционная модель, основанная на накоплении знаний, но в конце XIX в. в науке начинают формироваться новые теории, принципиально отличающиеся от предшествующих. Т. Кун пересмотрел понятие сущности науки и предложил рассматривать науку не как простое приращение знаний, а как комплекс знаний, соответствующей эпохи. Он ввел понятие «парадигмы» как основополагающей идеи, на которой базируются все основные научные концепции. Переход от одной парадигмы к другой идет через революцию, т. е. научная революция – это смена парадигмы. Признанная научным сообществом парадигма на долгие годы определяет круг проблем, привлекающих ученых, является как бы официальным подтверждением подлинной научности их занятий. Решающая заслуга Т. Куна в том, что он определил развитие науки как нелинейный процесс. Оно не похоже на направленную стрелу, это, скорее кактус, прирост которого может происходить в любой точке поверхности. И где возникнет точка роста новой парадигмы – неизвестно.
Другая модель развития науки была предложена И. Лакатосом. Его концепция называется методология научно-исследовательских программ. Она, по своим контурам, сходна с предыдущей, но, если Т. Кун считает, что выбор новой парадигмы происходит часто интуитивно или всегда существует несколько возможных вариантов, то Лакатос считает, что выбор одной из множеств конкурирующих исследовательских программ может и должен осуществляться рационально, на основе четких критериев. Главным источником развития науки, по его мнению, выступает концепция исследовательских программ, каждая из которых имеет внутреннюю теорию развития.
3. Кейс стадис (Case studies) — ситуационные исследования.
Кейс стадис – это относительно новое направление в развитии науки, разрабатываемое с 70-х годов XX столетия. Используется большей частью в гуманитарных науках. Применительно к истории – это изучение наиболее значимых событий несколько изолированно, а не как этап, ведущий к современному состоянию. Кейс стадис допускает одновременное существование разных теорий и даже парадигм.
основные естественнонаучные открытия 19 века
Развитие общества характеризуется победой капиталистического способа производственных отношений, развитием крупного машинного производства, то есть техническим и промышленным переворотом. Резко возрастают потребности общества в энергии и как следствие получают бурное развитие физика и химия, науки, изучающие взаимное превращение форм энергии и веществ. Бурно развиваются естественно научные знания, а победа новых общественных отношений, требует осмысления перемен в обществе от представителей социальных и гуманитарных наук. Начало данного периода соответствует концу 18 века. К середине 19 века наукой накоплен большой объем фактического и теоретического материала, который требует всеобъемлющего охвата и осмысления, возникает необходимость сочетания анализа и синтеза в познании и вторая треть 19 века характеризуется 3 великими открытиями:
- Клеточная теория (одно из крупных биологических обобщений, утверждающее общность происхождения, а также единство принципа строения и развития растений и животных. Согласно клеточной теории их основной структурный элемент –клетка.Первые наблюдения клеток – Р.Гук, А.Левенгук, Н.Грю. К.т. впервые сформулирована Т.Шванном, который и учитывал исследования М.Шлейдена).- Учение о превращении энергии .- Дарвинизм (установил движущие силы эволюции органического мира, объяснил процесс развития и становления биологических видов).
которые нанесли окончательный удар по старой метафизике, затем следуют открытия, раскрывающие диалектику природы полнее:
- Создание теории химического строения органических соединений А. М. Бутлерова, соединивших живую и неживую природу.
- Периодическая система элементов Д. И. Менделеева (Элементы в ней расположены в порядке возрастания их атомного номера, равного числу протонов ядре, и в соответствии с распределением электронов вокруг ядра. Состоит из горизонтальных рядов – периодов. № периода соответствует количеству энергетических уровней в атомах элементов. Вертикальные ряды группы. № группы соответствует количеству электронов на внешнем (предвнешнем) электронном уровне, а также максимальной положительной степени окисления и валентности).
- Химическая термодинамика Я. Х. Вант-Гофф и Дж. Гиббс.
- Основы научной физиологии И. М. Сеченова (сформулировал положения о зависимости всех функций организма от окружающей среды).
- Электромагнитная теория света Дж. К. Максвела.
Основным противоречием данного периода, были метафизические взгляды первооткрывателей и диалектическими результатами их открытий, то есть разрыв между объективной и субъективной сторонами процесса познания, что тормозило развитие физической картины мира, которая фактически оставалась еще Ньютоновской.Машинное производство дало человеку новое представление о его силах и возможностях (важнейшие технические открытия и изобретения: 1814г. - паровоз Стефенсона; 1816г. – первая «карта погоды»; 1819г. – пароход Фултона; 1825г. – железная дорога Стоктон – Харлингтон; 1830г. – первый трамвай в Лондоне; 1833г. – магнитно-игольный телеграф; 1834г. – электромотор Якоби; 1835г. – револьвер Кольта и капсюльное ружье с затвором; 1860г. – телефон.
В конце 19 - начало 20 века форсируется развитие, прежде всего, физики во всех ее проявлениях (атомная энергетика, радиолокация, радиоэлектроника, оптика, квантовая физика и т. д.). Физическое познание природы играет роль трамплина по отношению к другим отраслям естествознания. Открытия и изобретения в физике, позволяют создавать не только новые приборы, но и методы исследований в других областях знаний. Физические методы определили успехи химии, геологии, астрономии, способствовали в значительной мере развитию науки о космосе и его освоению. Стимулирующее воздействие на естествознание новых потребностей техники привело к тому, что в середине 90-х гг. 19 века началась «… новейшая революция в естествознании…", главным образом в физике:
- Открытие электромагнитных волн Г. Герцем.
- Коротковолнового электромагнитного излучения К. Рентгеном.
- Радиоактивности А. Беккерелем.
- Электрона Дж. Томсоном.
- Светового давления П. Н. Лебедевым.
- Введение идеи квантования энергии М. Планком.
- Создание теории относительности А. Энштейном. а так же открытия в химии и биологии (основы генетики на базе законов Г. Менделя) определяют 1-й этап революции в физики и Естествознании. Он сопровождается прежде всего нарушением прежних метафизических представлений о материи и её строении, свойствах, формах движения и типах закономерностей, о пространстве и времени. Нарушение метафизических взглядов на мир, вызвало реакционные поползновения идеалистов и привело к кризису в физике и всем Естествознании.
В результате возник ряд новых фундаментальных наук и теорий – теория относительности, квантовая механика, атомная физика, генетика и др., - в своих обобщениях вышедших далеко за пределы реальных потребностей тогдашнего материального производства.
Структурные уровни организации материи
Сначала вспомним, как в естествознании описывается материя.
В самом общем виде материя представляет собой бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств, связей, отношений и форм движения. При этом она включает в себя не только все непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все то, что не дано нам в ощущениях. Весь окружающий нас мир – это движущаяся материя в ее бесконечно разнообразных формах и проявлениях, со всеми свойствами, связями и отношениями. В этом мире все объекты обладают внутренней упорядоченностью и системной организацией. Упорядоченность проявляется в закономерном движении и взаимодействии всех элементов материи, благодаря чему они объединяются в системы. Весь мир, таким образом, предстает как иерархически организованная совокупность систем, где любой объект одновременно является самостоятельной системой и элементом другой, более сложной системы.
Согласно современной естественнонаучной картине мира все природные объекты также представляют собой упорядоченные, структурированные, иерархически организованные системы. Исходя из системного подхода к природе вся материя делится на два больших класса материальных систем – неживую и живую природу. В системе неживой природы структурными элементами являются: элементарные частицы, атомы, молекулы, поля, макроскопические тела, планеты и планетные системы, звезды и звездные системы, галактики, метагалактики и Вселенная в целом. Соответственно в живой природе основными элементами выступают белки и нуклеиновые кислоты, клетка, одноклеточные и многоклеточные организмы, органы и ткани, популяции, биоценозы, живое вещество планеты.
В то же время как неживая, так и живая материя включают в себя ряд взаимосвязанных структурных уровней. Структура – это совокупность связей между элементами системы. Поэтому любая система состоит не только из подсистем и элементов, но и из разнообразных связей между ними. Внутри этих уровней главными являются горизонтальные (координационные) связи, а между уровнями – вертикальные (субординационные). Совокупность горизонтальных и вертикальных связей позволяет создать иерархическую структуру Вселенной, в которой основным квалификационным признаком является размер объекта и его масса, а также их соотношение с человеком. На основе этого критерия выделяют следующие уровни материи: микромир, макромир и мегамир.
Микромир – область предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых материальных микрообъектов, пространственная размерность которых исчисляется в диапазоне от 10^-8 до 10^-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10^-24 с. Сюда относятся поля, элементарные частицы, ядра, атомы и молекулы.
Макромир – мир материальных объектов, соизмеримых по своим масштабам с человеком и его физическими параметрами. На этом уровне пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах, метрах и километрах, а время – в секундах, минутах, часах, днях и годах. В практической действительности макромир представлен макромолекулами, веществами в различных агрегатных состояниях, живыми организмами, человеком и продуктами его деятельности, т.е. макротелами.
Мегамир – сфера огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в которой измеряется астрономическими единицами, световыми годами и парсеками, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет. К этому уровню материи относятся наиболее крупные материальные объекты: звезды, галактики и их скопления.
На каждом из этих уровней действуют свои специфические закономерности, несводимые друг к другу. Хотя все эти три сферы мира теснейшим образом связаны между собой.
Структура мегамира. Основными структурными элементами мегамира являются планеты и планетные системы; звезды и звездные системы, образующие галактики; системы галактик, образующие метагалактики.
Планеты – несамосветящиеся небесные тела, по форме близкие к шару, вращающиеся вокруг звезд и отражающие их свет. В силу близости к Земле наиболее изученными являются планеты Солнечной системы, двигающиеся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. К этой группе планет относится и наша Земля, расположенная от Солнца на расстоянии 150 млн. км.
Звезды – светящиеся (газовые) космические объекты, образующиеся из газово-пылевой среды (преимущественно водорода и гелия) в результате гравитационной конденсации. Звезды удалены друг от друга на огромные расстояния и тем самым изолированы друг от друга. Это означает, что звезды практически не сталкиваются друг с другом, хотя движение каждой из них определяется силой тяготения, создаваемой всеми звездами Галактики. Число звезд в Галактике – порядка триллиона. Самые многочисленные из них – карлики, массы которых примерно в 10 раз меньше массы Солнца. В зависимости от массы звезды в процессе эволюции становятся либо белыми карликами, либо нейтронными звездами, либо черными дырами.
Белый карлик – это электронная постзвезда, образующаяся в том случае, когда звезда на последнем этапе своей эволюции имеет массу, меньшую 1,2 солнечной массы. Диаметр белого карлика равен диаметру нашей Земли, температура достигает около миллиарда градусов, а плотность – 10 т/см3, т.е. в сотни раз больше земной плотности.
Нейтронные звезды возникают на заключительной стадии эволюции звезд, обладающих массой от 1,2 до 2 солнечных масс. Высокие температура и давление в них создают условия для образования большого количества нейтронов. В этом случае происходит очень быстрое сжатие звезды, в ходе которого в наружных ее слоях начинается бурное протекание ядерных реакций. При этом выделяется так много энергии, что происходит взрыв с разбросом наружного слоя звезды. Внутренние же ее области стремительно сжимаются. Оставшийся объект и получил название нейтронной звезды, поскольку он состоит из протонов и нейтронов. Нейтронные звезды также называют пульсарами.
Черные дыры – это звезды, находящиеся на заключительном этапе своего развития, масса которых превышает 2 солнечные массы, и имеющие диаметр от 10 до 20 км. Теоретические расчеты показали, что они обладают гигантской массой (10^15 г) и аномально сильным гравитационным полем. Свое название они получили потому, что не обладают свечением, а за счет своего гравитационного поля захватывают из пространства все космические тела и излучение, которые не могут выйти из них обратно, они как бы проваливаются в них (затягиваются, как в дыру). Из-за сильной гравитации никакое захваченное материальное тело не может выйти за пределы гравитационного радиуса объекта, и поэтому они кажутся наблюдателю «черными».
Звездные системы (звездные скопления) – группы звезд, связанные между собой силами тяготения, имеющие совместное происхождение, сходный химический состав и включающие в себя до сотен тысяч отдельных звезд. Существуют рассеянные звездные системы, например Плеяды в созвездии Тельца. Такие системы не имеют правильной формы. В настоящее время известно более тысячи звездных систем. Кроме того, к звездным системам относятся шаровые звездные скопления, насчитывающие в своем составе сотни тысяч звезд. Силы тяготения удерживают звезды в таких скоплениях миллиарды лет. В настоящее время ученым известно около 150 шаровых скоплений.
Галактики – совокупности звездных скоплений. Понятие «галактика» в современной интерпретации означает огромные звездные системы. Этот термин (от греч. «молоко, молочный») был введен в обиход для обозначения нашей звездной системы, представляющей собой тянущуюся через все небо светлую полосу с молочным оттенком и поэтому названную Млечным Путем.
Условно по внешнему виду галактики можно разделить на три вида. К первому (около 80%) относятся спиральные галактики. У этого вида отчетливо наблюдаются ядро и спиральные «рукава». Второй вид (около 17%) включает эллиптические галактики, т.е. такие, которые имеют форму эллипса. К третьему виду (примерно 3%) относятся галактики неправильной формы, которые не имеют отчетливо выраженного ядра. Кроме того, галактики различаются размерами, числом входящих в них звезд и светимостью. Все галактики находятся в состоянии движения, причем расстояние между ними постоянно увеличивается, т.е. происходит взаимное удаление (разбегание) галактик друг от друга.
Наша Солнечная система принадлежит к галактике Млечного Пути, включающей не менее 100 млрд. звезд и поэтому относящейся к разряду гигантских галактик. Она имеет сплюснутую форму, в центре которой находится ядро с отходящими от него спиральными «рукавами». Диаметр нашей Галактики составляет около 100 тыс., а толщина – 10 тыс. световых лет. Соседней с нами является галактика Туманность Андромеды.
Метагалактика – система галактик, включающая все известные космические объекты.
Поскольку мегамир имеет дело с большими расстояниями, то для измерения этих расстояний разработаны следующие специальные единицы:
1) световой год – расстояние, которое проходит луч света в течение одного года со скоростью 300 000 км/с, т.е. световой год составляет 10 трлн км;
2) астрономическая единица – это среднее расстояние от Земли до Солнца, 1 а.е. равна 8,3 световым минутам. Это значит, что солнечные лучи, оторвавшись от Солнца, достигают Земли через 8,3 мин;
3) парсек – единица измерения космических расстояний внутри звездных систем и между ними. 1пк – 206 265 а.е., т.е. приблизительно равен 30 трлн км, или 3,3 световым годам.
Структура макромира. Каждый структурный уровень материи в своем развитии подчиняется специфическим законам, но при этом между этими уровнями нет строгих и жестких границ, все они теснейшим образом связаны между собой. Границы микро- и макромира подвижны, не существует отдельного микромира и отдельного макромира. Естественно, что макрообъекты и мегаобъекты построены из микрообъектов. Тем не менее, выделим важнейшие объекты макромира.
Центральным понятием макромира является понятие вещества, которое в классической физике, являющейся физикой макромира, отделяют от поля. Под веществом понимают вид материи, обладающий массой покоя. Оно существует для нас в виде физических тел, которые обладают некоторыми общими параметрами – удельной массой, температурой, теплоемкостью, механической прочностью или упругостью, тепло- и электропроводностью, магнитными свойствами и т.п. Все эти параметры могут изменяться в широких пределах как от одного вещества к другому, так и для одного и того же вещества в зависимости от внешних условий.
Структура микромира. Концепция элементарных частиц. Переход естественнонаучных знаний с атомного уровня на уровень элементарных частиц привел ученых к заключению, что понятия и принципы классической физики оказываются неприменимыми к исследованию физических свойств мельчайших частиц материи (микрообъектов), таких, как электроны, протоны, нейтроны, атомы, которые образуют невидимый нами микромир. В силу особых физических показателей свойства объектов микромира совершенно не похожи на свойства объектов привычного нам макромира и далекого мегамира. Отсюда возникла необходимость отказа от привычных представлений, которые навязаны нам предметами и явлениями макромира. Поиски новых способов описания микрообъектов способствовали созданию концепции элементарных частиц.
Согласно этой концепции основными элементами структуры микромира выступают микрочастицы материи, которые не являются ни атомами, ни атомными ядрами, не содержат в себе каких-либо других элементов и обладают наиболее простыми свойствами. Такие частицы были названы элементарными, т.е. самыми простыми, не имеющими в себе никаких составных частей.
Все элементарные частицы обладают некоторыми общими свойствами. Одно из них – свойство корпускулярно-волнового дуализма, т.е. наличие у всех микрообъектов как свойств волны, так и свойств вещества.
Другим общим свойством является наличие почти у всех частиц (кроме фотона и двух мезонов) своих античастиц. Античастицы – это элементарные частицы, схожие с частицами по всем признакам, но отличающиеся противоположными знаками электрического заряда и магнитного момента. После открытия большого числа античастиц ученые заговорили о возможности существования антивещества и даже антимира. При соприкосновении вещества с антивеществом происходит процесс аннигиляции – превращение частиц и античастиц в фотоны и мезоны больших энергий (вещество превращается в излучение).
Еще одним важнейшим свойством элементарных частиц является их универсальная взаимопревращаемость. Этого свойства нет ни в макро-, ни в мегамире.
Классификация элементарных частиц. Элементарные частицы – основные «кирпичики», из которых состоит как материя, так и поле. При этом все элементарные частицы неоднородны: некоторые из них являются составными (протон, нейтрон), а другие – несоставными (электрон, нейтрино, фотон). Частицы, которые не являются составными, называют фундаментальными.
В целом элементарные частицы обладают довольно большим количеством характеристик. Некоторые из характеристик положены в основу классификации элементарных частиц.
Так, одной из важнейших характеристик частиц является их масса. Масса элементарной частицы – это масса ее покоя, которая определяется по отношению к массе покоя электрона, который, в свою очередь, считается самой легкой из всех частиц, имеющих массу. В зависимости от массы покоя все частицы можно подразделить на несколько групп:
частицы, не имеющие массы покоя. К этой группе частиц относят фотоны, движущиеся со скоростью света;
лептоны (от «лептос» – легкий) – легкие частицы (электрон и нейтрино);
мезоны (от «мезос» – средний, промежуточный) – средние частицы с массой от одной до тысячи масс электрона;
барионы (от «барос» – тяжелый) – тяжелые частицы с массой более тысячи масс электрона (протоны, нейтроны, гипероны, многие резонансы).
Второй важной характеристикой элементарных частиц является электрический заряд. Он всегда кратен фундаментальной единице заряда – заряду электрона (–1), который рассматривается в качестве единицы отсчета зарядов. Заряд частиц может быть отрицательным, положительным либо нулевым. Как предполагают ученые, существуют также частицы с дробным электрическим зарядом – кварки, экспериментальное наблюдение которых пока невозможно.
Третьей характеристикой элементарных частиц служит тип физического взаимодействия, в котором участвуют элементарные частицы. По данному показателю все многообразие элементарных частиц можно подразделить на три группы:
1) адроны (от «андрос» – крупный, сильный), участвующие в электромагнитном, сильном и слабом взаимодействии;
2) лептоны, участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействии;
3) частицы – переносчики взаимодействий. Частицы – переносчики взаимодействий непосредственно обеспечивают взаимодействие. К ним относятся фотоны – переносчики электромагнитного взаимодействия, глюоны – переносчики сильного взаимодействия, тяжелые векторные бозоны – переносчики слабого взаимодействия. Высказывается также предположение о существовании гравитонов – частиц, обеспечивающих гравитационное взаимодействие.
Четвертой основной характеристикой элементарных частиц выступает время их жизни, которое определяет их стабильность или нестабильность. По времени жизни частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные. Большинство элементарных частиц нестабильно, время их жизни составляет 10^-10– 10^-24 с, т.е. несколько микросекунд. Стабильные частицы не распадаются длительное время. Они могут существовать от бесконечности до 10^-10 с. Стабильными частицами считаются фотон, нейтрино, нейтрон, протон и электрон. Квазистабильные частицы распадаются в результате электромагнитного и слабого взаимодействий, иначе их называют резонансами. Время жизни резонансов составляет от 10^-24 до 10^-26 с.
Важнейшей характеристикой частиц является спин – собственный момент количества движения (импульса) частицы. В классической механике такая величина характеризует вращение тела, например волчка. Но буквальный перенос этого понятия на микрочастицы теряет смысл, поскольку элементарные частицы невозможно представить вращающимися крохотными шариками. В физике спин интерпретируется как внутренняя степень свободы частицы, обеспечивающая ей дополнительное физическое состояние. В отличие от классического момента количества движения, который может принимать любые значения, спин принимает только пять возможных значений. Он может равняться целому (0, 1, 2) или полуцелому (1/2, 3/2) числу. Свойства и поведение частиц существенно зависят от того, целое или полуцелое значение имеет их спин. Частицы с полуцелым спином называются фермионами, а с целым спином – бозонами.
Фермионы – это не что иное, как частицы вещества, которые хотя и обладают волновыми свойствами, но в классическом пределе воспринимаются как истинные частицы. К ним относятся такие известные частицы, как электроны, протоны, нейтроны, спин которых равен 1/2. Известна частица, спин которой равен 3/2, – омега-гиперон. Все эти частицы обладают свойством, имеющим характер закона: частицы с полуцелым спином могут находиться вместе лишь при условии, что их физические состояния, т.е. совокупность характеризующих частицу параметров, неодинаковы. Данный закон в квантовой механике называется запретом Паули. Если бы этого запрета не существовало, то еще в первые мгновения существования нашей Вселенной образовавшиеся частицы вещества слиплись и превратились в более или менее однородное «желе», не позволив образоваться современной структурной Вселенной.
Бозоны – это кванты полей, которые хотя и обладают корпускулярными свойствами, однако в классическом пределе выступают как поля. На них запрет Паули не распространяется. Примером бозонов служит фотон, спин которого равен 1, и мезон, спин которого равен 0. Возможно, существуют частицы со спином 2 – гравитоны.
Все перечисленные элементарные частицы являются переносчиками физических взаимодействий.
Теория кварков. В середине 60-х гг. XX в. число открытых адронов превысило сотню. В связи с этим возникла гипотеза, согласно которой наблюдаемые частицы не отражают предельного уровня делимости материи. На основе этой гипотезы была создана теория кварков. Ее авторами стали физики Калифорнийского университета М. Гелл-Манн и Дж. Цвейг. Термин «кварк» они позаимствовали из романа Дж. Джойса «Поминки по Финнегану», герою которого снился сон, в котором летали чайки и кричали: «Три кварка для мистера Марка!». Само по себе слово «кварк» не имеет какого-либо смыслового значения и в переводе с немецкого языка оно означает «чепуха», но авторы теории понимали его как гипотетический материальный объект, существование которого еще не доказано наукой. Имея форму гипотезы, кварковая теория тем не менее позволила систематизировать известные частицы и предсказать существование новых.
Основные положения теории кварков заключаются в следующем. Аароны состоят из более мелких частиц – кварков, которые представляют собой истинно элементарные частицы и поэтому бесструктурны. Главная особенность кварков – их дробный электрический заряд. Кварки могут соединяться друг с другом двумя способами – парами и тройками. Соединение трех кварков приводит к образованию барионов, кварка и антикварка – к образованию мезонов, трех антикварков – к образованию антибарионов. Большинство образующихся частиц являются барионными и мезонными резонансами. При таком соединении дробные заряды суммируются до нуля или единицы.
Кварки различаются ароматом и цветом. Аромат кварка не имеет никакого отношения к аромату, понимаемому буквально (т.е. как аромат цветов, духов и т.п.), это его особая физическая характеристика. Существует шесть видов кварков, различающихся ароматом: u (up – верхний), d (down – нижний), s (strange – странный), с (charm – очарование), b (beauty – прелесть), t (top – верхний). Их обозначают первыми буквами своих названий.
Кроме того, считается, что каждый кварк имеет один их трех возможных цветов, которые самими учеными выбраны произвольно: красный, зеленый, синий. Также понятно, что цвет кварка не имеет никакого отношения к обычному оптическому цвету в макромире. Цвет кварка, как и аромат, – условное название для определенной физической характеристики этих частиц. Цвет кварка практически означает разновидность «заряда» сильного ядерного взаимодействия. «Заряд» сильного взаимодействия в физике именуется «цветом». Каждый кварк может быть носителем одного из трех основных «зарядов», или цветов, – синего, зеленого, красного. Иначе говоря, каждый кварк может иметь «заряд» красного цвета, или «заряд» синего цвета, или «заряд» зеленого цвета. Понятие цвета было введено, чтобы не отказываться от запрета Паули, так как в барионных и антибарионных частицах кварки одного аромата часто оказывались вместе. Например, протон является комбинацией кварков uud, а нейтрон – udd.
Каждому кварку соответствует антикварк с противоположным цветом (антикрасный, антизеленый и антисиний). Таким образом, 6 кварков и 6 антикварков, т.е. 12 фундаментальных частиц, призваны объяснить почти все многообразие частиц, кроме лептонов.
При объединении кварков и антикварков должны выполняться два условия:
1) суммарный электрический заряд кварков в адроне должен быть целочисленным, скомпенсированным до нуля или единицы;
2) кварки, соединяющиеся в адрон, должны полностью компенсировать свои цветовые заряды и удовлетворять признаку бесцветности (конфайнмент). Их цвета («заряды») соединяются так же, как в оптике, где сложение красного, синего и зеленого дает белый (бесцветный) цвет. Белый цвет дает сумма красного, зеленого, синего или красного – антикрасного, синего – антисинего и т.п.
Кварки объединяются между собой благодаря сильному взаимодействию. Переносчиками сильного взаимодействия выступают глюоны, которые как бы «склеивают» кварки между собой. Предполагается, что кварки участвуют также в электромагнитных и слабых взаимодействиях. В электромагнитном взаимодействии кварки не меняют своего цвета и аромата. В слабых взаимодействиях кварки меняют аромат, но сохраняют цвет.
В первой половине XX века произошли революционные изменения в теоретическом фундаменте науки. В числе важнейших новшеств — теория относительности, квантовая механика и соответствующая им космология.
Теория относительности — это физическая теория пространства и времени. Альберт Эйнштейн (1879–1955) впервые изложил ее в 1905 году.
Он пытался понять, что увидел бы наблюдатель, если бы мчался со скоростью света вдогонку за световой волной. Для ответа на этот вопрос Эйнштейн выдвинул парадоксальный постулат, что скорость света для всех наблюдателей, как бы они ни двигались, одинакова.
Теория, описывающая свойства пространства-времени без учета фактора тяготения, называется специальной или частной теорией относительности, или просто теорией относительности. Физические явления, описываемые теорией относительности, называются релятивистскими и проявляются при скоростях движения тел, близких к скорости света в вакууме. Свойства пространства-времени при наличии полей тяготения исследуются в общей теории относительности, называемой также теорией тяготения Эйнштейна, которая создана в 1915–1916 годах.
В основе теории относительности лежат 2 постулата:
1) принцип относительности, означающий равноправие всех инерциальных систем отсчета (согласно принципу относительности, любой процесс протекает одинаково в изолированной материальной системе, находящейся в состоянии покоя, и в системе, находящейся в состоянии равномерного прямолинейного движения);
2) принцип постоянства скорости света в вакууме, ее независимости от скорости движения источника света.
На основе этих постулатов выводятся следующие эффекты специальной теории относительности:
— любые действия осуществляются со скоростью, не превышающей скорости света в вакууме;
— события, одновременные в одной инерциальной системе отсчета не одновременны событиям в другой инерциальной системе отсчета;
— в теле, движущемся с околосветовой скоростью, течение времени замедляется, а продольные размеры тел сокращаются;
— масса тела растет по мере приближения его скорости к скорости света;
— полная энергия движущегося тела определяется по формуле E = mc2.
Все эти релятивистские эффекты подтверждены на опыте.
Общая теория относительности (теория тяготения Эйнштейна) отвечает на вопрос, поставленный еще И. Ньютоном: каков механизм гравитационного взаимодействия между телами и что является переносчиком этого взаимодействия. Ответ Эйнштейна состоит в следующем: посредником гравитационного взаимодействия выступает «геометрия» пространства–времени. Любое массивное тело искривляет пространство–время вокруг себя, изменяет его метрические свойства, влияя тем самым на движение тел, попадающих в искривленное пространство. Эта теория стала основой принципиально новых моделей вселенной, в том числе и модели нестационарной (расширяющейся) вселенной.
Теория относительности опровергла представления об абсолютном пространстве и времени (абсолютной инерциальной системе отсчета). Она показала, что результаты измерений пространственно-временных свойств объекта зависят от положения наблюдателя; что причина оказывает свое действие не мгновенно, со скоростью не большей, чем скорость света; что одновременность событий во вселенной не абсолютна, а относительна к положению наблюдателя.
Квантовая механика — теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц. В квантовой механике частицы выступают как носители и корпускулярных, и волновых свойств, которые не исключают, а дополняют друг друга. Таким образом, имеется корпускулярно-волновой дуализм, который потребовал нового подхода к описанию состояния физических систем и их изменения.
Согласно квантовой механике, дополнительные физические величины (например, координата и импульс), характеризующие физическую систему, не могут одновременно принимать точные значения. В этом состоит смысл принципа неопределенности.
Характерная черта квантовой теории — дискретность возможных значений для ряда физических величин: энергии электронов в атомах, момента количества движения и его проекции на произвольное направление и т. д. Напротив, в классической теории все эти величины могут изменяться лишь непрерывно.
Фундаментальную роль в квантовой механике играет постоянная Планка, называемая также квантом действия (ћ). Это один из основных масштабов природы, разграничивающий области явлений, которые можно описывать классической физикой, от областей, описываемых квантовой теорией. Классическая механика применяется тогда, когда в условиях данной задачи физические величины размерности действия значительно больше постоянной Планка.
Квантовая механика с ее своеобразными законами и принципами повлияла на философию природы, гносеологию и философию науки. Она изменила наши представления о границах применимости классической механики, об объективности исследования, о характере причинно-следственных связей в микромире.
Космология — учение о вселенной как едином целом, основанное на результатах исследования наиболее общих свойств (однородности, изотропности и расширения) той части вселенной, которая доступна для астрономических наблюдений.
Возникновение современной космологии связано с созданием релятивистской теория тяготения Эйнштейна и зарождением внегалактической астрономии в 20-е гг. XX века. На первом этапе развития релятивистской космологии главное внимание уделялось геометрии вселенной, кривизне пространства-времени и возможной замкнутости пространства. Второй этап начался с работ А. А. Фридмана (1922–1924), в которых было показано, что искривленное пространство не может быть стационарным, что оно должно расширяться или сжиматься. Эти результаты получили признание после открытия красного смещения (Э. Хаббл, 1929). На первый план выступили проблемы механики вселенной и ее «возраста» (длительности расширения). Началом третьего этапа послужило создание модели «горячей» вселенной (Г. Гамов, 2-я половина 40-х гг.). Основное внимание переключилось на физику вселенной, на состояние вещества и физические процессы, идущие на разных стадиях расширения вселенной, включая наиболее ранние стадии, когда состояние было очень необычным.
В современной космологии наиболее распространена модель горячей вселенной, согласно которой в расширяющейся вселенной на ранней стадии развития вещество и излучение имели очень высокую температуру и плотность. Расширение привело к их постепенному охлаждению, образованию атомов, а затем (в результате гравитационной конденсации) — протогалактик, галактик, звезд и других космических тел. Наблюдаемое реликтовое излучение с температурой около 3К — это «остывшее»излучение, сохранившееся с ранних стадий развития вселенной. К важнейшим, еще не решенным проблемам космологии относятся проблемы начального сверхплотного состояния вселенной (так называемой сингулярности) и конечной фазы ее существования (возможности возвращения в состояние сингулярности).
Общие выводы космологии имеют важное общенаучное и философское значение. Они связаны с философскими вопросами о происхождении мира и человека, о бесконечности мира и перспективах его существования.
Биосфера (в современном понимании) - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
Идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы постепенно все настойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиции отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным.
Поэтому на рубеже XIX - XX вв. в науку все шире проникают идеи целостного подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.
Результаты такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру.
Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей Земли.
Концепция В.И. Вернадского о биосфере
Биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны, зависит, а с другой - сама воздействует на нее. Поэтому перед естествоиспытателями возникает задача - конкретно исследовать, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся русский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863-1945).
Центральным в этой концепции является понятие о живом веществе, которое В.И. Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И. Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, специфичностью воздействия деятельности людей на остальное живое вещество.
Это воздействие сказывается, прежде всего, в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы.
Поэтому В.И. Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.
Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно 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.
Таким образом, Вернадский ставил в один ряд живую и неживую природу, как участников единого геологического процесса, то есть он раскрывал глубинные взаимосвязи органического и неорганического миров.
В частности, Вернадский рассматривал биосферу как особое геологическое тело, строение и функции которого определяются особенностями Земли (планеты Солнечной системы) и космоса. А живые организмы, популяции, виды и все живое вещество - это формы, уровни организации биосферы. Развивая учение о биосфере, Вернадский пришел к следующим выводам (биогеохимическим принципам): «Биогенная миграция химических элементов в биосфере стремится к максимальному своему проявлению». Вовлекая неорганическое вещество в «вихрь жизни», в биологический круговорот, жизнь способна со временем проникать в ранее недоступные ей области планеты и увеличивать свою геологическую активность. Этот биогеохимический принцип Вернадского утверждает высокую приспосабливаемость живого вещества, пластичность, изменчивость во времени.
Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты, в первую очередь, ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к эклиптике, или к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли определяет в основном климат на планете, а последний в свою очередь - жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете.
Решающее отличие живого вещества от косного заключается в следующем.
- Изменения и процессы в живом веществе происходят значительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе используют понятие исторического, а в косных телах - геологического времени. Для сравнения отметим, что секунда геологического времени соответствует примерно ста тысячам лет исторического.
- В ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы.
Это воздействие, указывает В.И. Вернадский, проявляется, прежде всего, «в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно».
- Только в живом веществе происходят качественные изменения организмов в ходе геологического времени. Процесс и механизм этих изменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видов путем естественного отбора Ч. Дарвина (1859).
- Живые организмы изменяются в зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции.
В.И. Вернадский высказывает предположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.
Поскольку эволюция и возникновение новых видов предполагают существование своего начала, постольку закономерно возникает вопрос: а есть ли такое начало у жизни? Если есть, то где его искать - на Земле или в Космосе? Может ли возникнуть живое из неживого?
Над этими вопросами на протяжении столетий задумывались многие религиозные деятели, представители искусства, философы и ученые Аруцев А.А., Ермолаев Б.В., Кутателадзе И.О., Слуцкий М.С.
По мнению В.И. Вернадского жизнь как материя и энергия существует во Вселенной вечно и поэтому не имеет своего начала. Но такое предположение есть не больше, чем эмпирическое обобщение.
Вернадский связал учение о биосфере с деятельностью человека не только геологической, но и вообще с многообразными проявлениями бытия личности и жизни человеческого общества: «В сущности, человек, являясь частью биосферы, только по сравнению с наблюдаемыми на ней явлениями может судить о мироздании. Он висит в тонкой пленке биосферы и лишь мыслью проникает вверх и вниз».
Все мы, люди - неразрывная часть живого вещества, приобщенная к его бессмертию, необходимая часть планеты и космоса, продолжатели деятельности жизни, дети Солнца. Но в идеях о космическом «управлении» земными процессами или о разумных силах во Вселенной (тем более о Мировом Разуме) ничего оригинального для Вернадского не было.
Он писал: «…область человеческой культуры, и проявление человеческой мысли - вся ноосфера - лежит вне космических просторов, где она теряется как бесконечно малое…». То есть, по Вернадскому, мы (человечество) - не придаток Вселенского Разума, мы - часть его.
Для Вернадского было очень важно выделить роль мысли, знаний в развитии планеты. Мысль направляет деятельность человека. Вернадский рассматривал человеческую деятельность как геологический фактор, во многом определяющий дальнейшее развитие Земли. Для Вернадского человек был, прежде всего, носителем разума.
Он верил, что разум будет господствовать на планете и преображать ее разумно, предусмотрительно, без ущерба природе и людям. Он верил в человека, в его добрую волю. А человеческий разум воспринимался Вернадским как космическое явление, естественная и закономерная часть природы. Природа создала разумное существо, постигая, таким образом, себя.
Понятие ноосферы
В.И. Вернадский, анализируя геологическую историю Земли, утверждал, что наблюдается переход биосферы в новое состояние - ноосферу под действием новой геологической силы, научной мысли человечества. Однако в трудах В.И. Вернадского нет законченного и непротиворечивого толкования сущности материальной ноосферы как преобразованной биосферы. В одних случаях он писал о ноосфере в будущем времени (она еще не наступила), в других в настоящем (мы входим в нее), а иногда связывал формирование ноосферы с появлением человека разумного или с возникновением промышленного производства.
Надо заметить, что когда в качестве минеролога В.И. Вернадский писал о геологической деятельности человека, он еще не употреблял понятий «ноосфера» и даже «биосфера». О формировании на Земле ноосферы он наиболее подробно писал в незавершенной работе «Научная мысль как планетное явление», но преимущественно с точки зрения истории науки.
Таким образом, появление в творчестве Вернадского идей о ноосфере - сфере разума вполне закономерно. Однако Вернадского не вполне удовлетворяли подобные формулировки. Он продолжал размышлять о ноосфере и в последний год своей жизни испытывал не только удовлетворение от сознания верности своих идей, но и серьезные сомнения. В его статье «Несколько слов о ноосфере» есть такие слова: «Мысль не есть форма энергии. Как же может она изменять материальные процессы? Вопрос этот до сих пор научно не разрешен».
Действительно, ноосфера обладает странным свойством: оставаясь областью мысли, разума, она одновременно активно участвует в перестройке планеты.
Вернадский писал о необходимости выделять в биосфере царство разума, которое со временем охватывает всю область жизни и выходит в космос. Разум играет роль организатора, руководителя, провидца. Он совершенно необходим, но недостаточен для изменения материальных процессов.
«…Все человечество, вместе взятое, - писал Вернадский, - представляет ничтожную массу вещества планеты. Мощь его связана не с его материей, но с его мозгом, с его разумом и направленным этим разумом его трудом… Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни…»
Центральной темой учения о ноосфере является единство биосферы и человечества. Вернадский в своих работах раскрывает корни этого единства, значение организованности биосферы в развитии человечества. Это позволяет понять место и роль исторического развития человечества в эволюции биосферы, закономерности ее перехода в ноосферу.
Одной из ключевых идей, лежащих в основе теории Вернадского о ноосфере, является то, что человек не является самодостаточным живым существом, живущим отдельно по своим законам, он сосуществует внутри природы и является частью ее. Это единство обусловлено, прежде всего, функциональной неразрывностью окружающей среды и человека, которую пытался показать Вернадский как биогеохимик. Человечество само по себе есть природное явление и естественно, что влияние биосферы сказывается не только на среде жизни, но и на образе мысли. Здесь естественно напрашивается вывод о том, что геологической силой является собственно вовсе не Homo Sapiens, а его разум, научная мысль социального человечества. В «Философских мыслях натуралиста» Вернадский писал: «Мы как раз переживаем ее яркое вхождение в геологическую историю планеты. В последние тысячелетия наблюдается интенсивный рост влияния одного видового живого вещества - цивилизованного человечества - на изменение биосферы. Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние - в ноосферу» .Заселяя все уголки нашей планеты, опираясь на государственно _ организованную научную мысль и на ее порождение, технику, человек создал в биосфере новую биогенную силу, поддерживающую размножение и дальнейшее заселение различных частей биосферы. Причем вместе с расширением области жительства, человечество начинает представлять все более сплоченную массу, так как развивающие средства связи - средства передачи мысли окутывают весь Земной шар.
«Этот процесс - полного заселения биосферы человеком - обусловлен ходом истории научной мысли, неразрывно связан со скоростью сношений, с успехами техники передвижения, с возможностью мгновенной передачи мысли, ее одновременного обсуждения всюду на планете».
При этом человек впервые реально понял, что он житель планеты и может и должен мыслить и действовать в новом аспекте, не только в аспекте отдельной личности, семьи или рода, государств или их союзов, но и в планетном аспекте. Он, как и все живое, может мыслить и действовать в планетном аспекте только в области жизни - в биосфере, в определенной земной оболочке, с которой он неразрывно, закономерно связан, и уйти из которой он не может.
Таким образом:
1. Человек, как он наблюдается в природе, как и все живые организмы, как всякое живое вещество, есть определенная функция биосферы, в определенном ее пространстве _ времени;
2. Человек во всех его проявлениях представляет собой часть биосферы;
3. Прорыв научной мысли подготовлен всем прошлым биосферы и имеет эволюционные корни. Ноосфера - это биосфера, переработанная научной мыслью, подготавливающейся всем прошлым планеты, а не кратковременное и переходящее геологическое явление.
Вернадский неоднократно отмечал, что «цивилизация „культурного человечества“ - поскольку она является формой организации новой геологической силы, создавшейся в биосфере, - не может прерваться и уничтожиться, так как это есть большое природное явление, отвечающее исторически, вернее, геологически сложившейся организованности биосферы. Образуя ноосферу, она всеми корнями связывается с этой земной оболочкой, чего раньше в истории человечества в сколько-нибудь сравнимой мере не было».
Итак, что же ноосфера: утопия или реальная стратегия выживания? Труды В.И. Вернадского позволяют более обоснованно ответить на поставленный вопрос, поскольку в них указан ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы. Перечислим эти условия.
1. Заселение человеком всей планеты.
2. Резкое преобразование средств связи и обмена между странами.
3. Усиление связей, в том числе политических, между всеми странами земли.
4. Начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере.
5. Расширение границ биосферы и выход в космос.
6. Открытие новых источников энергии.
7. Равенство людей всех рас и религий.
8. Увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики.
9. Свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских, политических настроений и создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли.
10. Продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и ослабить болезни.
11. Разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворять все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения.
12. Исключение войн из жизни общества.
В современном мире, часть этих условий выполнена (1-6), некоторые выполнены не полностью (7 - 12).
Таким образом, мы видим, что налицо все те конкретные признаки, все или почти все условия, на которые указывал В.И. Вернадский для того, чтобы отличить ноосферу от существовавших ранее состояний биосферы. Процесс ее образования постепенный, и, вероятно, никогда нельзя будет точно указать год или даже десятилетие, с которого переход биосферы в ноосферу можно будет считать завершенным.
Сам В.И. Вернадский, замечая нежелательные, разрушительные последствия хозяйствования человека на Земле, считал их некоторыми издержками. Он верил в человеческий разум, гуманизм научной деятельности, торжество добра и красоты.
Что-то он гениально предвидел, в чем-то, возможно, ошибался. Ноосферу следует принимать как символ веры, как идеал разумного человеческого вмешательства в биосферные процессы под влиянием научных достижений. Надо в нее верить, надеяться на ее пришествие, предпринимать соответствующие меры.
Многое из того, о чем писал Вернадский, становится достоянием сегодняшнего дня. Современны и понятны нам его мысли о целостности, неделимости цивилизации, о единстве биосферы и человечества. Переломный момент в истории человечества, о чем сегодня говорят ученые, политики, публицисты, был увиден Вернадским.
Вернадский предвосхитил неизбежность ноосферы, подготавливаемой как эволюцией биосферы, так и историческим развитием человечества.
С точки зрения ноосферного подхода по-иному видятся и современные болевые точки развития мировой цивилизации. Варварское отношение к биосфере, угроза мировой экологической катастрофы, производство средств массового уничтожения - все это должно иметь преходящее значение. Вопрос о коренном повороте к истокам жизни, к организованности биосферы в современных условиях должен звучать как набат, призыв к тому, чтобы мыслить и действовать, в биосферном - планетном аспекте.
Космобиология и гелиосоциология
«Есть некоторая внеземная сила, воздействующая извне на развитие событий в человеческих сообществах. Одновременность колебаний солнечной и человеческой деятельности служат лучшим указанием на эту силу»,- писал А.Л. Чижевский.
Непосредственным толчком к размышлениям Чижевского стало наблюдение за появлением больших пятен на Солнце, проделанное в 1915 году. Учёный обратил внимание на странное совпадение между появлением этих пятен на светиле и немедленным усилением военных действий на многих фронтах. Чуть позже, уже в 1917-18 г.г., Чижевский обнаружил, что февральскому и октябрьскому переворотам в России, а также революциям в Германии и Австрии предшествовали необычайно мощные подъёмы пятнообразовательного процесса на Солнце.
А.Л. Чижевский - биофизик, ученый, мыслитель, основоположник гелиобиологии, аэроионификации, электрогемодинамики, поэт, художник, философ, чрезвычайно разносторонний, эрудированный и работоспособный исследователь. Александр Леонидович является одним из основателей биофизики, новых направлений в науке - гелио- и космобиологии, космической эпидемиологии (как раздела общей эпидемиологии), объясняющих, по определению самого А.Л. Чижевского, вопросы зависимости биосферы Земли от воздействия Солнца и Космоса.
Периодичность стихийно-катастрофических явлений природы была замечена не так давно — около 150 лет назад. И уже современная наука доказала, что подавляющее большинство физико-химических процессов и коллективных реакций живых организмов на Земле обусловлены воздействием солнечной радиации.Чижевский доказал связь эпидемий чумы, оспы, холеры, гриппа, малярии, дифтерии с периодической деятельностью Солнца. Он также установил зависимость динамики общей смертности (в нее включаются все случаи смерти: голод, убийства, самоубийства, болезни) от 11-летнего цикла солнечной активности. Наибольший подъем смертности приходится на 2-й год после максимумов, затем смертность повышается на 5-й год максимумов и, наконец, имеет место за 1-2 года до максимума. Электрические и магнитные поля, беспорядочно бороздящие земную поверхность и атмосферу в дни прохождения пятен через центральный меридиан Солнца, вызывают увеличение числа внезапных смертных случаев и резкое обострение течения многих болезней.
Солнечный период влияет на массовое поведение человечества. Раздоры и согласия в семьях или организациях, бурное или мирное течение парламентских заседаний, чередование либеральных и консервативных правительств в разных странах, разгар битв или перемирие на фронтах войн и революций — все они зависят от состояния центрального тела нашей системы, от изменений, вносимых им в физическую среду Земли. Особенно явно солнечная активность связана с психическими эпидемиями — особыми состояниями массового сознания, характеризующимися однотипными проявлениями в больших группах людей.
А.Л. Чижевский установил, что крупнейшие исторические события имеют определенную тенденцию совпадать с максимумом солнечной активности. Чтобы убедиться в этом, достаточно сопоставить даты революций и гражданских войн с астрономическими данными.
Конечно, не Солнце заставляет людей что-либо делать — к этому их побуждают сугубо земные, социальные обстоятельства. Оно лишь инициирует цепную реакцию действий, конкретный смысл которых к этому моменту вызрел. Обнаружен также и феномен «усталости масс» после больших социальных потрясений, когда на какое-то время люди становятся невосприимчивыми к громким лозунгам и призывам к борьбе за очередное «светлое будущее». В другие же годы, наоборот, некоторые научные, культурные, бытовые идеи или религиозно-политические учения распространяются по характеру эпидемии, вызывая повальное увлечение.
Теории ХХ века о происхождении Вселенной.
Следующий этап в развитии космологии относится к ХХ веку, когда советский ученый А.А.Фридман 1888-1925 математически доказал идею саморазвивающейся Вселенной.
Работа А.А.Фридмана в корне изменила основоположения прежнего научного мировоззрения. По его утверждению космологические начальные условия образования Вселенной были сингулярными. Разъясняя характер эволюции Вселенной, расширяющейся начиная с сингулярного состояния, Фридман особо выделял два случая а радиус кривизны Вселенной с течением времени постоянно возрастает, начиная с нулевого значения б радиус кривизны меняется периодически Вселенная сжимается в точку в ничто, сингулярное состояние, затем снова из точки, доводит свой радиус до некоторого значения, далее опять, уменьшая радиус своей кривизны, обращается в точку, и т.д. В чисто математическом смысле сингулярное состояние предстает как ничто - геометрическая сущность нулевого размера.
В физическом же плане сингулярность предстает как весьма своеобразное состояние, в котором плотность вещества и кривизна пространства-времени бесконечны. Вся сверхгорячая, сверхискривленная и сверхплотная космическая материя буквально стянута в точку и может, по образному выражению американского физика Дж. Уилера, протискиваться сквозь игольное ушко. Переходя к оценке современного взгляда на сингулярное начало Вселенной, необходимо обратить внимание на следующие важные особенности рассматриваемой проблемы в целом.
Во-первых, понятие начальной сингулярности имеет достаточно конкретное физическое содержание, которое по мере развития науки все более детализируется и уточняется. В этом отношении его следует рассматривать не как понятийную фиксацию абсолютного начала всех вещей и событий, а как начало эволюции того фрагмента космической материи, который на современном уровне развития естествознания стал объектом научного познания.
Во-вторых, если, по современным космологическим данным, эволюция Вселенной началась 15-20 миллиардов лет назад, то это вовсе не значит, что до того Вселенная еще не существовала или же пребывала в состоянии вечного застоя. Достижения науки расширяли возможности в познании окружающего Человека мира. Предпринимались новые попытки объяснить с чего же все началось. Жорж Леметр был первым, кто поставил вопрос о происхождении наблюдаемой крупномасштабной структуры Вселенной.
Им была выдвинута концепция Большого Взрыва так называемого первобытного атома и последующего превращения его осколков в звезды и галактики. Конечно, с высоты современного астрофизического знания данная концепция представляет лишь исторический интерес, но сама идея первоначального взрывоопасного движения космической материи и ее последующего эволюционного развития неотъемлемой частью вошла в современную научную картину мира. Принципиально новый этап в развитии современной эволюционной космологии связан с именем американского физика Г.А.Гамова 1904-1968, благодаря которому в науку вошло понятие горячей Вселенной.
Согласно предложенной им модели начала эволюционирующей Вселенной первоатом Леметра состоял из сильно сжатых нейтронов, плотность которых достигала чудовищной величины - один кубический сантиметр первичного вещества весил миллиард тонн. В результате взрыва этого первоатома по мнению Г.А.Гамова образовался всоеобразный космологический котел с температурой порядка трей миллиардов градусов, где и произошел естественный синтез химических элементов.
Осколки первичного яйца - отдельные нейтроны затем распались на электроны и протоны, которые, в свою очередь, соединившись с нераспавшимися нейтронами, образовали ядра будущих атомов. Все это произошло в первые 30 минут после Большого Взрыва.
Горячая модель представляла собой конкретную астрофизическую гипотезу, указывающую пути опытной проверки своих следствий. Гамов предсказал существование в настоящее время остатков теплового излучения первичной горячей плазмы, а его сотрудники Альфер и Герман еще в 1948 г. довольно точно рассчитали величину температуры этого остаточного излучения уже современной Вселенной. Однако Гамову и его сотрудникам не удалось дать удовлетворительное объяснение естественному образованию и распостраненности тяжелых химических элементов во Вселенной, что явилось причиной скептического отношения к его теории со стороны специалистов.
Как оказалось, предложенный механизм ядерного синтеза не мог обеспечить возникновение наблюдаемого ныне количества этих элементов. Ученые стали искать иные физические модели начала. В 1961 году академик Я.Б.Зельдович выдвинул альтернативную холодную модель, согласно которой первоначальная плазма состояла из смеси холодных с температурой ниже абсолютного нуля вырожденных частиц - протонов, электронов и нейтрино.
Три года спустя астрофизики И.Д.Новиков и А.Г.Дорошкевич произвели сравнительный анализ двух противоположных моделей космологических начальных условий - горячей и холодной - и указали путь опытной проверки и выбора одной из них. Было предложено с помощью изучения спектра излучений звезд и космических радиоисточников попытаться обнаружить остатки первичного излучения. Открытие остатков первичного излучения подтверждало бы правильность горячей модели, а если таковые не существуют, то это будет свидетельствовать в пользу холодной модели.
Почти в то же время группа американских исследователей во главе с физиком Робертом Дикке, не зная об опубликованных результатах работы Гамова,Альфера и Германа, возродила исходя из иных теоретических соображений горячую модель Вселенной. Посредством астрофизических измерений Р.Дикке и его сотрудники нашли подтверждение существования космического теплового излучения.
Это эпохальное открытие позволило получить важную, ранее недоступную информацию о начальных порах эволюции астрономической Вселенной. Зарегистрированное реликтовое излучение есть не что иное, как прямой радиорепортаж об уникальных общевселенских событиях, имевших место вскоре после Большого Взрыва - самого грандиозного по своим масштабам и последствиям катастрофического процесса в обозримой истории Вселенной. Таким образом, в результате астрономических наблюдений последнего времени удалось однозначно решить принципиальный вопрос о характере физических условий, господствовавших на ранних стадиях космической эволюции наиболее адекватной оказалась горячая модель начала. Сказанное, однако, не означает, что подтвердились все теоретические утверждения и выводы космологической концепции Гамова.
Из двух исходных гипотез теории - о нейтронном составе космического яйца и горячем состоянии молодой Вселенной - проверку временем выдержала только последняя, указывающая на количественное преобладание излучения над веществом у истоков ныне наблюдаемого космологического расширения.
Здоровье и работоспособность человека
1. Здоровье
Современное естествознание рассматривает человека как целостный природный и социокультурный феномен.
В этих целях необходимо выделить некоторую часть свода социоприродных изменений человека и проанализировать их как интегральное образование, неразделимую совокупность. В качестве такой совокупности может быть выделена триада измерений, включающая космопланетарное измерение (биосферно-ноосферное, погруженное в космическую среду мира), эволюционно-экологическое и, наконец, измерение, выражающее состояние человеческого здоровья преимущественно на популяционном уровне. Данная триада в целом отражает фундаментальные неразрывные взаимосвязи человека и окружающего его космопланетарного мира. Совокупность социоприродных измерений человека определяется, в частности, следующими закономерностями организованности монолита живого вещества. Во-первых, это взаимодействие живого вещества с потоком солнечной радиации и перевод энергии последнего в связанную энергию форм живого вещества, выступающих как трансформаторы космической энергии; во-вторых, действие двух биогеохимических законов (законов Вернадского – Бауэра), обусловливающих максимизацию живыми организмами биогеохимической энергии в биосфере; в-третьих, проявление принципа Реди (принципа запрета в отношении абиогенеза7), согласно которому все виды земных организмов происходят от других. Функции здоровья популяций, рассчитанные в соответствующих коэффициентах (человеко-часах), параметры их взаимодействия и лимитирования применительно к данным экологическим свойствам среды могут служить показателями потенциала экологического здоровья человека, социально-трудового потенциала общества.
Здоровье человека во многом связано с эволюционно-экологическими основами его психофизической деятельности.
Исследования показали, что в современной популяции людей формируются и новые варианты гено- и фенотипов человека. Морфотипы, которые в прежнее время развивались в соответствии с различными относительно постоянными природно-экологическими и социальными условиями, теряют свои преимущества. Ритмы жизни, урбанизация, миграция, современные биосферо-ноосферные экологические изменения в целом предъявляют к людям новые требования. Формируются генофенотипические свойства, которые наиболее адекватно отвечают современным психофизиологическим, социальным потребностям жизни.
Более ста лет назад выдающийся французский биолог и медик К. Бернар выдвинул идею единства здоровья и болезни и, по существу, обосновал учение о гомеостазе. К мысли о гомеостазе он пришел на основе опыта медицины и собственных экспериментальных наблюдений. В лекциях о жизни животных и растений в 1878 году Бернар обобщил этот свод данных. Утверждая единство здоровья и болезни, великий естествоиспытатель писал: «Физиология болезней, конечно, заключает в себе процессы, которые могут быть присущи им специально, но их законы абсолютно тождественны с законами, управляющими функциями жизни в здоровом состоянии».
Таким образом, учение о гомеостазе основано на убеждении в единстве здоровья и болезни. Поддержание внутренней среды как условие свободы жизни – таков сегодня принятый большинством в качестве истины принцип общей патологии. Эта идея пронизывает современные обобщающие руководства по общей патологии человека: «Компенсаторно-приспособительные реакции, обеспечивающие гомеостаз, не являются какими-то особыми реакциями организма, а представляют собой разнообразные комбинации его функций, развертывающиеся на той же, что и в норме, материальной основе, но протекающие, как правило, с большей, чем обычно, интенсивностью и нередко сопровождающиеся появлением своеобразных тканевых изменений».И.В. Давыдовский, по-видимому, был глубоко прав, полагая, что здоровье и болезнь – это два качественно различных феномена, которые могут сосуществовать в индивидууме. В частности, ученый высказал правильное утверждение: сам организм (его центральная нервная система) может быть организатором патологических процессов. Это утверждение он обосновывал результатами большого количества экспериментов. Но один момент высказанной И.В. Давыдовским мысли следует уточнить: организация (самоорганизация) патологического процесса есть организация адаптивной программы в экстремальных, аварийных условиях среды, а «патология» есть организованный вариант жизни (выживания) на основе видовой программы приспособления вида. Идеи такого рода присутствуют в работах Н.Л. Бехтеревой, Г.Н. Кржижановского и других ученых,
В чем же основное противоречие и единство феноменов здоровья-и болезни? Во-первых, человеческий организм, как и все «отдельности» живого вещества, теленомичен (целенаправлен). Каждый индивид социально-биологически теленомичен по двум программам бессмертия: в продолжении рода и в социально-культурной активности. В обычной жизни в экстремальных условиях возможны «отказы», минимизация психофизиологических функций, что будет субъективно и объективно проявляться в дискомфорте, в таких состояниях, которые сам индивид может причислить к категории патологии и болезни.
Во-вторых, если индивид имеет внутреннюю психоэмоциональную установку на здоровье (в его обычном, житейском общепринятом понимании) как высшую ценность и цель жизни, то, как правило, этот индивид избегает трудностей, высокого риска, напряженного поиска борьбы. Восприятие состояний здоровья и болезни у таких людей будет иным, нежели у тех, кто расценивает свою жизнь как путь достижения высших социальных целей, а само здоровье в таком движении жизни – как средство. Людям с этой последней установкой свойственны пассионарность, подвижничество, творческий порыв, неистовость поиска, стремление к достижению высших целей. Такое направленное психоэмоциональное напряжение, реакцию принято обозначать как реакцию Прометея, отделяя ее от столь неоправданно распространенной на любые болезненные состояния реакции стресса у человека. Реакция Прометея характеризуется изменением порогов сенсорных систем вследствие изменения психоэмоциональной установки так, что раздражители, ранее болезненные, патогенные, оказываются нейтральными, их действие затормаживается. Примеры таких реакций многочисленны. Описаны явления, когда реакция Прометея охватывала всю жизнь человека – такова была жизнь М.В. Ломоносова, И. Канта, Б. Римана, В.И. Вернадского.
Есть и интересные примеры внушенной (наяву или под гипнозом) физической или психоэмоциональной пониженной чувствительности и, наоборот, внушенных (самовнушенных) патологических состояний. Это лишь отдельно взятые явления. В целом же изменение уровней чувствительности, реактивности организма постоянно имеет место у каждого человека на протяжении его жизни.
В экстремальных условиях (в случае перегрузки, травмы, инфекции, интоксикации и др.) видовая аварийная программа реализуется в том, что существенно (иногда до возможного минимума) сокращается внешняя работа и все резервы направляются на развитие новых внутренних функционально-морфологических механизмов сохранения жизнеспособности, выживания, выздоровления. Организм перестраивает свою жизнедеятельность в максимально закрытом режиме. Вся эта перестройка на основе видовой аварийно-адаптивной программы для данного индивида, по существу, есть необходимое его вовлечение в процесс эволюционно-видового выживания (адаптации вида).
Естественно, что относительно обычной, здоровой жизнедеятельности такая перестройка оценивается как нечто внешнее, как болезнь. Ясно, что это – новое качество жизнедеятельности индивида на основе видовой адаптивной программы, которое И.В. Давыдовский справедливо назвал адаптацией через болезнь. Здесь термин «болезнь» относится к индивиду, к его жизнедеятельности в обычных условиях среды, а понятие «адаптация» отражает более масштабную закономерность видового гомеостаза.
Вероятно, антропоэкологические взгляды древних на то, что здоровье и болезнь суть разные качества жизни, в своей основе справедливы. Как утверждал СП. Боткин в знаменитой речи в Военно-медицинской академии (1886 г.), «человек мало-помалу приспособился к различным колебаниям внешних условий, передавая своему потомству постоянно нарастающую способность приспособления, которая в значительной степени увеличивалась с помощью знания и искусства, приобретаемых путем наблюдения и ответа: «Реакция организма на вреднодействующие на него влияния внешней среды и составляет сущность больной жизни».
В работах российских клиницистов, патологов были намечены пути решения проблем общей патологии, сфорэмулированы основы видения проблем гомеостаза, феноменов здоровой и нарушенной жизни, предприняты попытки обосновать понимание здоровья и болезни как диалектического единства и противоположности.
При анализе специфики здоровья в указанном отношении следует четко разграничивать здоровье отдельного человека и здоровье популяции. Здоровье индивида есть динамический процесс сохранения и развития его социально-природных, биологических, физиологических и психических функций, социально-трудовой, социокультурной и творческой активности при максимальной продолжительности жизненного цикла. Здоровье популяции в отличие от этого представляет собой процесс долговременного социально-природного, социально-исторического и социокультурного развития жизнеспособности и трудоспособности человеческого коллектива в ряду поколений. Это развитие предполагает совершенствование психофизиологических, социокультурных и творческих возможностей людей.
Здоровье популяции и индивида является необходимой предпосылкой интеллектуального здоровья человека, полноценной реализации его творческих возможностей. И наоборот, когда социально-исторические условия препятствуют полноценному развитию интеллектуального здоровья, в высокой степени вероятно такое отрицательное следствие, как снижение общего уровня здоровья популяции, выраженное в показателях заболеваемости и смертности, росте хронической патологии и т.д.
Необходимо говорить о триаде важнейших функций популяционного здоровья. В измеримых коэффициентах человеко-часов эти три функции определяются следующим образом. Функция 1 – конкретный живой труд, или совокупность психофизических затрат в ходе производственной деятельности, которые совершаются работающими индивидами внутри данной популяции. Функция 2 – социально-биологическое воспроизводство последующих поколений, с которыми связано существование института семьи. Функция 3 – воспитание и обучение последующих поколений, усвоение ими совокупности умений, навыков и знаний, необходимых для успешной социально-производственной, творческой деятельности, для полноценного воспроизводства следующих поколений людей.
Комплексные научно-практические меры должны быть направлены на сбалансированное, взаимосвязанное развитие этих функций, обеспечивающее увеличение социально-трудового потенциала населения, сохранение и развитие здоровья людей. Фактически речь идет о разработке систем жизнеобеспечения, учитывающих специфику различных в природно-экологическом отношении территорий.
Больше всего на свете люди хотят иметь хорошее здоровье. Здоровье – это проблема номер один. Отлично, но пробовали ли вы определить, что же все-таки означает здоровье?
В 1947 году Всемирная организация здравоохранения, основанная по инициативе ООН, предложила краткую формулировку термина «здоровье». Здоровье – это состояние полного физического, умственного и социального благосостояния. Оказывается, каждый человек рождается на свет с определенным запасом жизненной энергии, которой и определяется его жизненная роль. Этот запас у людей разный.
Жизненная энергия, которую мы получили при рождении, подобна банковскому денежному вкладу, который мы можем расходовать по своему желанию, но который мы никогда не сможем пополнить. Только постоянный контроль над ее расходами поможет нам разумно использовать это сокровище.
Когда организм переживает состояние стресса, все его жизненно важные системы подвергаются перенапряжению, будь то сердце, почки, желудок или другие органы. Они выходят из строя в зависимости от того, какой из них наиболее уязвим у каждого конкретного человека.
Образ жизни значительного процента пациентов в возрасте до 60 лет, страдающих сердечными приступами, назван учеными типом «А». Подобные личности склонны к соперничеству и постоянной спешке. Другими словами, их образ жизни такой, что они находятся в постоянном состоянии стресса.
«Многие полагают, что после того как они подверглись действию чрезвычайных раздражителей, отдых может им вернуть прежнее состояние и силы. Это неверно. Эксперименты на животных ясно показали, что каждое такое воздействие оставляет неизгладимый след, ибо израсходованные адаптационные резервы не могут быть восстановлены». Попытка избежать всех форм стресса – не выход из положения. Исследования показали, что сокращение активности также ведет к сокращению жизни.
Расточать жизнь, «сжигая» ее с ранних лет, столь же безрассудно, как и «ржаветь» от бездеятельности. Во многих случаях успех в жизни зависит от умеренности и равновесия.
Каждый из нас имеет два возраста, принимаемых во внимание. Первый – это наш хронологический возраст – здесь мы ничего изменить не можем. Мы рождаемся в определенный день, и с этой поры календарь начинает терять листок за листком. Но есть также и физиологический возраст, с которым мы можем кое-что сделать. Какой бы ни был ваш хронологический возраст, вы можете сделать нечто значительное со своим физиологическим возрастом только при условии, что действительно хотите этого.
Если у вас есть определенная программа, нужно неукоснительно придерживаться ее. Спортсмены знают, что две недели вынужденного бездействия снижают их силы и возможность хорошо выступить на соревнованиях на 25%. Но чтобы восстановить прежнюю форму, потребуется уже не две недели, а шесть. Поэтому борьба за свое здоровье не должна вестись от случая к случаю. Она должна стать новым образом жизни.
Еще во времена Гиппократа, отца медицины, было известно, что человеческие эмоции связаны с заболеваниями. Но только в 1818 году Гейнрус применил новый термин, которым стали часто пользоваться при описании подобных феноменов, – психосоматические заболевания. Греческое «психе» означает душа, «сома» – тело. Итак, мы имеем дело с «душевно-телесными» заболеваниями. При всех заболеваниях имеется взаимосвязь между эмоциями и состоянием организма. Почти все больные, независимо от того, знали они об этом или нет, имели предшествующие заболеванию эмоцианальные переживания.
Когда человек не справляется с критическими стрессовыми состояниями, то его мозг или организм обязательно выходят из строя. И если развивается какое-то заболевание, оно ударяет по самым уязвимым местам нашего организма. Где проявит себя болезнь, зависит от того, какие органы оказались «повышенно чувствительны» в результате перенесенных детских заболеваний, наследственной предрасположенности или состояния нервной системы.
Эмоциональные стрессы влияют на организм двумя основными путями. Эмоции, связанные с проявлением враждебности, вызывают повышенную реакцию организма, а такие чувства, как страх или уныние – пониженную.
Доказано, что бактерии не начинают своей разрушительной работы в организме человека, пока какой-то внешний, будь то физический или химический, раздражитель не даст им такую возможность. Другими словами, люди, которые часто болеют, обычно бывают не в состоянии противостоять стрессу без каких-либо последствий. Если вы хотите избежать болезни, старайтесь держать себя в отличной физической форме. Это «сорвет все планы» микробов.
Неплохо также стараться избегать состояния, ведущего к эмоциональному перенапряжению.
Доктор Аллан Мейджи замечает: «Если на человеческий организм внезапно воздействовать кратковременным или длительным шумом, он отвечает той же реакцией, что и при эмоциях гнева или страха». Очень важно избегать шума, насколько это возможно.
Думайте всегда о хорошем. Соломон, один из мудрейших людей, когда-то живших на земле, говорил: «Веселое сердце благотворно, как врачевство, а унылый дух сушит кости».
Подобно тому как мрачные мысли могут вывести вас из строя, так светлые и добрые помогут сохранить наилучшее здоровье. Два следующих ниже списка могут помочь вам в этом, напомнив о том, чего необходимо избегать и к чему следует стремиться.
Твердо решитесь подняться над всеми трудностями жизни – и она будет долгой, здоровой и счастливой.
Сотрудничайте с природой в ее стремлении восстановить нарушенный баланс и гармонию в системах организма. Наконец, изучайте все, что можно, о природных средствах лечения. Свежий воздух, солнечный свет, умеренность, отдых, физические упражнения, вода и правильное питание – необходимые факторы здоровья и долголетия.
Деятельность – закон всего нашего существования, бездеятельность – причина болезней.
Среди физически пассивных людей инфаркт миокарда встречается в два раза чаще, чем среди людей физически активных.
Польза человеческому организму от физических упражнений неоценима. Упражнения:
-улучшают кровообращение;
-предупреждают преждевременные сердечные заболевания;
-увеличивают доставку кислорода организму;
-способствуют пищеварению;
-успокаивают нервы и уравновешивают эмоции;
-повышают сопротивляемость организма к заболеваниям;
-снимают усталость;
-укрепляют мышцы, кости и связки;
-придают фигуре стройность;
-обостряют умственные способности;
-усиливают самообладание, развивают ловкость;
-помогают противостоять неожиданным стрессам, будь то физические или эмоциональные;
-улучшают функции желез;
-развивают силу, уверенность и волю;
-содействуют правильной оценке окружающей действительности и других людей;
-способствуют крепкому сну.
Мало кто реально представляет себе, какую роль играет вода в нашей жизни. На 50–65% человеческий организм состоит из воды. Мышцы содержат 75% воды, и даже в костях ее больше 20%. Каждая клетка нуждается в жидкости. Все химические и электрические процессы в организме совершаются в жидкой среде. В среднем человек должен выпивать как минимум 6 стаканов воды ежедневно. Распланируйте питье воды таким образом: два стакана сразу после подъема утром, два – в середине дня, между завтраком и обедом, и два стакана во второй половине дня.
Для нормального функционирования наш организм нуждается в определенном количестве поваренной соли. Чрезмерное употребление соли может привести к серьезным проблемам, в частности, к повышению кровяного давления.
Всем известно пагубное влияние сахара на состояние зубов. Научные исследования показали, что избыточное потребление сахара значительно повышает уровень холестерина в крови, а это может привести к заболеваниям сердца.
Так как мозгу для обмена веществ необходима глюкоза, всякое нарушение содержания сахара в кровяном русле приводит к нарушению работы клеток мозга.
Подсчитано, что одна белая клетка крови – лейкоцит – может уничтожить около 14 вражеских бактерий.
Доведите потребление сахара до 24 чайных ложек в сутки – и лейкоцит «в рукопашном бою» сможет одолеть лишь одну бактерию. Те, кто употребляет много сахара, открыты для многочисленных инфекционных заболеваний.
Доказано не только то, что вегетарианская диета стоит наравне с мясной, но и то, что во многих отношениях она значительно лучше. С употреблением в пищу мяса связаны определенные опасности. Животные жиры содержат холестерин, которого нет в жирах растительного происхождения. А мы уже говорили, что холестерин тесно связан с возникновением сердечнососудистых заболеваний. В тканях животных содержатся отработанные продукты, которые должны выводиться почками. Каждый, кто ест мясо, прибавляет, таким образом, эти шлаки к своим собственным, нагружая дополнительной работой почки. Из более чем 200 заразных болезней животных половина опасна и для человека, и более 80 из них легко передаются между позвоночными животными и человеком. Недавно было обнаружено, что в небольшом куске поджаренного мяса весом около килограмма содержится столько же бензопирена, сколько в 600 выкуренных сигаретах. Бензопирен – канцерогенное вещество. У подопытных мышей он вызывает опухоли желудка и белокровие.
С избыточным потреблением мяса мы вводим в организм много пуриновых оснований, экстрактивных веществ, вызывающих кишечное гниение и отравляющих организм. Установлено, что обильная мясная пища подавляет деятельность полезной микрофлоры, обитающей в нашем кишечнике. На переваривание мяса уходит очень много энергии, требуется слишком обильный прилив крови к желудочно-кишечному тракту.
Мясная пища, как известно, изобилует токсическими продуктами обмена веществ, подлежащими выбросу из организма. Об этом знали еще в странах Древнего Востока. Там даже существовала своеобразная казнь: приговоренных к смерти кормили только вареным мясом, и они умирали от самоотравления на 28–30 день, т.е. гораздо раньше, чем при полном голодании.
Потребление чрезмерного количества животных жиров ведет к увеличению содержания в крови наиболее крупных жировых шариков – хиломикрон, регуляция их содержания в крови нарушается, одновременно повышается свертываемость крови. Все это вместе взятое способствует нарушению кровотока. Это особенно опасно для сердца больных атеросклерозом. Все больше и больше здравомыслящие и обеспокоенные люди склоняются к вегетарианскому образу жизни, и они вознаграждаются лучшим здоровьем.
Бывает, что человек чувствует себя хорошо, все органы и системы работают, казалось бы, нормально, но достаточно легкого сквозняка – и он уже во власти недуга: на несколько дней слег в постель с высокой температурой. Выходит, что даже при нормальных качественных показателях организм может быть чрезвычайно уязвимым, а значит, не абсолютно здоровым. И совершенно справедливо предлагает академик Н.М. Амосов ввести новый медицинский термин «количество здоровья» для обозначения меры резервов организма. Есть скрытые резервы сердца, почек, печени. Выявляются они с помощью различных нагрузочных проб. Здоровье – это количество резервов в организме, это максимальная производительность органов при сохранении качественных пределов их функций.
Сегодня вместо 100 лет мы живем в среднем 70, т.е. наша жизнь укорачивается на 30 лет. Первой причиной этого, отнимающей у нас примерно 20 лет, можно считать повседневную нагрузку на мозг – болезни, переживания, неправильный образ жизни; все это как бы бьет по мозгу и вызывает его преждевременное изнашивание. Второй причиной, отнимающей у нас примерно 10 лет, является указанное ИМ. Мечниковым самоотравление гнилостными веществами из толстого кишечника. Регулярно употребляя кисломолочные продукты, мы имеем все основания надеяться выиграть 10 лет здоровой жизни.
Одного ученого спросили: «Как удлинить жизнь?» Он ответил: «Прежде всего – не укорачивать ее».
Секрет долголетия кроется в пяти условиях жизни: закаленное тело, здоровые нервы и хороший характер, правильное питание, климат, ежедневный труд.
Правильный образ жизни И.И. Мечников называл ортобиозом («орто» – прямой, правильный; «био» – связанный с жизнью).
Кратко рассмотрим восемь важнейших условий ортобиоза – какими они представляются с точки зрения современной науки. Прежде всего, следует снова назвать труд, являющийся важнейшим условием физиологического благополучия. Органы-тунеядцы быстро чахнут.
Важнейшим условием ортобиоза является нормальный сон. Дирижером симфонии жизни, старящимся в первую очередь, является мозг. Средством же восстановления его сил, даваемым самой природой, служит в первую очередь состояние сна. Понятно поэтому, что правильное использование этого блага абсолютно необходимо.
Следующее условие – служба доброго настроения, положительные эмоции. Их обеспечивают доброжелательное отношение к другим людям, юмор, оптимизм. Надо фиксировать внимание на хорошем и уметь радоваться ему.
Положительные эмоции уменьшают болевые ощущения. Согласно теории, которую разработали американские ученые Р. Мелзак и П. Уолл, положительные эмоции как бы закрывают «болевой шлагбаум» в сером веществе спинного мозга, а отрицательные, наоборот, открывают его. Положительные эмоции – универсальный исцелитель от многих недугов, иногда даже от такого тяжелого заболевания, как рак. Например, американские ученые утверждают, что в Нью-Йорке зарегистрировано 20 больных раком, которые излечились от него, не прибегая к помощи ни специальных фармакологических веществ, ни радиоактивного излучения: всего-навсего с помощью положительных эмоций (новая любовь, коренные изменения в жизни, общий оптимистический настрой).
Среди условий правильного образа жизни весьма существенным является рациональное питание. Рациональным оно должно быть по качеству, по количеству и по режиму. Знаменитый кардиолог Уайт правильно говорил: чтобы не болеть атеросклерозом и дольше прожить, надо не злоупотреблять двумя вещами: желудком и будильником, т.е. есть не досыта, а спать по потребности.
Избегать алкоголя и никотина – важное условие ортобиоза. Алкоголь – яд для всех клеток тела. Слабеют нервные процессы, особенно тормозной. Дрябнет сердечная мышца. Неблагоприятное действие оказывает алкоголизм родителей на потомство, повышая число детей с психохимическими и физическими дефектами. От алкоголя тяжело страдает печень – она перестает должным образом выполнять свою барьерную, защитную роль. Кишечные яды все свободнее проникают в кровь, и закономерный конец алкоголика – тяжелое отравление этими ядами, известное под наименованием «белой горячки». Табачный яд – целый букет вредностей. Никотин – нервно-сосудистый яд. Он бьет современного человека в самое больное место – усиливает атеросклероз. От инфаркта миокарда курящие умирают в 11 раз, от рака легких в 13 раз чаще, чем некурящие. Живут они на 10 лет меньше.
Соблюдение режима, т.е. выполнение определенной деятельности организма в определенное время, приводит к образованию в мозгу условных рефлексов на время. В результате привычное время еды настраивает организм на принятие и переваривание пищи, привычное время для работы – на соответствующую форму деятельности. Мозу не приходится каждый раз «раскачиваться», настраиваясь на новую деятельность – само время готовит его к данной работе. В силу этого, во-первых, мозг экономит ресурсы, во-вторых, работа протекает лучше. Понятно, что человек, соблюдающий режим, имеет больше шансов на здоровье и долголетие.
Закаливание организма – важное условие ортобиоза. Под закаливанием понимают процесс приспособления организма к неблагоприятным внешним воздействиям, главным образом к ходовому фактору, причем приспособление это достигается путем использования естественных сил природы – солнечных лучей, воздуха, воды.
Наконец, физические упражнения, достаточный объем двигательной активности; это – важнейший элемент физической культуры и правильного образа жизни.
2. Работоспособность. Валеология
Что такое работоспособность? Обычно отвечают – это способность к выполнению работы. О деятельности организма по восполнению произведенных затрат, как правило, забывают. Поэтому правильнее будет сказать, что, с физиологической точки зрения, работоспособность определяет возможности организма при выполнении работы к поддержанию структуры и энергозапасов на заданном уровне. В соответствии с двумя основными типами работ – физической и умственной – различают физическую и умственную работоспособность.
Говоря о работоспособности, выделяют общую (потенциальную, максимально возможную работоспособность при мобилизации всех резервов организма) и фактическую работоспособность, уровень которой всегда ниже. Фактическая работоспособность зависит от текущего уровня здоровья, самочувствия человека, а также от типологических свойств нервной системы, индивидуальных особенностей функционирования психических процессов (памяти, мышления, внимания, восприятия), от оценки человеком значимости и целесообразности мобилизации определенных ресурсов организма для выполнения определенной деятельности на заданном уровне надежности и в течение заданного времени при условии нормального восстановления расходуемых ресурсов организма.В процессе выполнения работы человек проходит через различные фазы работоспособности. Фаза мобилизации характеризуется предстартовым состоянием. При фазе врабатываемости могут быть сбои, ошибки в работе, организм реагирует на данную величину нагрузки с большей силой, чем это необходимо; постепенно происходит приспособление организма к наиболее экономному, оптимальному режиму выполнения данной конкретной работы.
Фаза оптимальной работоспособности (или фаза компенсации) характеризуется оптимальным, экономным режимом работы организма и хорошими, стабильными результатами работы, максимальной производительностью и эффективностью труда. Во время этой фазы несчастные случаи крайне редки и происходят, в основном, по причине объективных экстремальных факторов или неполадок оборудования. Затем, во время фазы неустойчивости компенсации (или субкомпенсации), происходит своеобразная перестройка организма: необходимый уровень работы поддерживается за счет ослабления менее важных функций. Эффективность труда поддерживается уже за счет дополнительных физиологических процессов, менее выгодных энергетически и функционально. Например, в сердечнососудистой системе обеспечение необходимого кровоснабжения органов осуществляется уже не за счет увеличения силы сердечных сокращений, а за счет возрастания их частоты. Перед окончанием работы, при наличии достаточно сильного мотива к деятельности, может наблюдаться также фаза «конечного порыва.
При выходе за пределы фактической работоспособности, во время работы в сложных и экстремальных условиях, после фазы неустойчивой компенсации наступает фаза декомпенсации, сопровождаемая прогрессирующим снижением производительности труда, появлением ошибок, выраженными вегетативными нарушениями – учащением дыхания, пульса, нарушением точности координации.
Первый этап – врабатывание – приходится, как правило, на первый час (реже на два часа) от начала работы. Второй этап – устойчивой работоспособности – длится последующие 2–3 часа, после чего работоспособность вновь снижается (этап некомпенсированного утомления). Минимум работоспособности приходится на ночные часы. Но и в это время наблюдаются физиологические подъемы с 24 до 1 часа ночи и с 5 до 6 часов утра. Периоды подъема работоспособности в 5–6, 11–12,16–17, 20–21, 24–1 час чередуются с периодами ее спада в 2–3, 9–10,14–15,18–19, 22–23 часа. Это нужно учитывать при организации режима труда и отдыха.
Любопытно, что в течение недели отмечаются те же три этапа. В понедельник человек проходит стадию срабатывания, во вторник, среду и четверг имеет устойчивую работоспособность, а в пятницу и субботу у него развивается утомление.
Существует ли изменение работоспособности в течение продолжительных периодов времен: месяца, года или нескольких лет? Хорошо известно, что работоспособность женщин зависит от месячного цикла. Она снижается в дни физиологического стресса: на 13–14 день цикла (фаза овуляции), перед месячными и во время них. У мужчин подобные изменения гормонального фона выражены слабее. Некоторые исследователи связывают околомесячные колебания тонуса с гравитационным влиянием Луны. Есть подтверждения, что действительно, в период полнолуния человек имеет более высокий обмен веществ и нервно-психическую напряженность и менее устойчив к стрессам, чем во время новолуния. Причем у женщин овуляция и падение тонуса приходятся чаще всего на полнолуние.
Сезонные колебания работоспособности заметили давно. В переходное время года, особенно весной, у многих людей появляются вялость, утомляемость, снижается интерес к работе. Это состояние называют весенним утомлением.
Упомянем и о модной теории определения трех биоритмов – физического, эмоционального и интеллектуального – со дня рождения. Такие циклы действительно существуют, причем они имеют связь с показателями обмена веществ. Но их трудно прогнозировать с момента рождения из-за многочисленных привходящих факторов, вызывающих физические, эмоциональные, психические стрессы. Например, при напряженных тренировках спортсменов или во время студенческой сессии амплитуда соответствующих биоритмов была все время на подъеме, а частота увеличивалась. Это свидетельствует о том, что психологические факторы сильнее природных датчиков ритма.
В последние годы обнаружены ритмы функционирования нервной, мышечной и сердечнососудистой систем продолжительностью 5–1 дней. Их выраженность зависит от тяжести труда. У людей тяжелого физического труда они равны 5–8 дням, у работников умственного труда – 8–16 дням.
А как влияет на работоспособность возраст? Установлено, что в 18–29 лет у человека наблюдается самая высокая интенсивность интеллектуальных и логических процессов. К 30 годам она снижается на 4%, к 40 – на 13, к 50 – на 20, а в возрасте 60 лет – на 25%. По данным ученых Киевского института геронтологии, физическая работоспособность максимальна в возрасте от 20 до 30 лет, к 50–60 годам она снижается на 30%, а в следующие 10 лет составляет лишь около 60% юношеской.Длительное время ученые считали утомление отрицательным явлением, неким промежуточным состоянием между здоровьем и болезнью. Немецкий физиолог М. Рубнер в начале XX веке высказал предположение, что человеку отпущено на жизнь определенное число калорий. Поскольку утомление является «расточителем» энергии, оно ведет к сокращению жизни. Некоторым приверженцам этих взглядов даже удалось выделить из крови «токсины усталости», сокращающие жизнь. Однако время не подтвердило этой концепции.
Уже в наши дни академик АН Украины Г.В. Фолъборт провел убедительные исследования, показавшие, что утомление является естественным побудителем процессов восстановления работоспособности. Здесь действует закон биологической обратной связи. Если бы организм не утомлялся, то не происходили бы и восстановительные процессы. Чем больше утомление (конечно, до определенного предела), тем сильнее стимуляция восстановления и тем выше уровень последующей работоспособности. Важно и то, что в период восстановления происходит «текущий ремонт» органов и тканей, усиливаются процессы регенерации, заживления ран. Все это говорит о том, что утомление не разрушает организм, а поддерживает его. Подтверждением этого вывода являются исследования советского физиолога, профессора ИЛ. Аршавского, в ходе которых было установлено, что физические нагрузки не сокращают, а наоборот, увеличивают продолжительность жизни.
Одно из наиболее емких определений состояния утомления дали советские ученые В.П. Загрядский и А.С. Егоров: «Утомление – возникающее вследствие работы временное ухудшение функционального состояния организма человека, выражающееся в снижении работоспособности, в неспецифических изменениях физиологических функций и в ряде субъективных ощущений, объединяемых чувством усталости».
Почему же такая полезнейшая вещь имеет отрицательную окраску: снижается интерес к работе, ухудшается настроение, нередко возникают болезненные ощущения в теле?
Сторонники эмоциональной теории объясняют: это происходит, если работа быстро наскучила. Другие основой усталости считают конфликт между нежеланием работать и принуждением к труду. Наиболее доказанной сейчас считается деятельная теория.
Начиная с фазы субкомпенсации возникает специфическое состояние утомления. Различают физиологическое и психическое утомление. Первое из них выражает прежде всего воздействие на нервную систему продуктов разложения, освобождающихся в результате двигательно-мускульной деятельности, а второе – состояние перегруженности самой центральной нервной системы. Обычно явления психического и физиологического утомления взаимно переплетаются, причем психическое утомление, т.е. ощущение усталости, как правило, предшествует утомлению физиологическому. Психическое утомление проявляется в следующих особенностях:
- в области ощущений утомление проявляется в понижении восприимчивости человека, в результате чего отдельные раздражители он вообще не воспринимает, а другие воспринимает лишь с опозданием;
- снижается способность концентрировать внимание, сознательно его регулировать, в результате человек отвлекается от трудового процесса, совершает ошибки;
- в состоянии утомления человек меньше способен к запоминанию, труднее также вспоминает уже известные вещи, причем воспоминания становятся обрывочными, и человек не может применить свои профессиональные знания в работе в результате временного нарушения памяти;
- мышление усталого человека становится замедленным, неточным, оно в какой-то мере теряет свой критический характер, гибкость, широту; человек с трудом соображает, не может принять правильное решение;
- в области эмоциональной под влиянием утомления возникает безразличие, скука, состояние напряженности, могут возникнуть явления депрессии или повышенной раздраженности, наступает эмоциональная неустойчивость;
- утомление создает помехи для деятельности нервных функций, обеспечивающих сенсомоторную координацию, в результате этого время реакции усталого человека увеличивается, а следовательно, он медленнее реагирует на внешние воздействия, одновременно теряет легкость, координированность движений, что приводит к ошибкам, несчастным случаям.
Как показывают исследования, явления утомления в утренней смене интенсивнее всего наблюдаются на четвертом-пятом часу работы.
При продолжении работы фаза декомпенсации может довольно быстро перейти в фазу срыва (резкое падение производительности, вплоть до невозможности продолжения работы, резко выраженная неадекватность реакций организма, нарушение деятельности внутренних органов, обмороки).
После прекращения работы наступает фаза восстановления физиологических и психологических ресурсов организма. Однако не всегда восстановительные процессы проходят нормально и быстро. После сильно выраженного утомления вследствие воздействия экстремальных факторов организм не успевает отдохнуть, восстановить силы за обычные 6–8 часов ночного сна. Порой требуются дни, недели для восстановления ресурсов организма. В случае неполного восстановительного периода сохраняются остаточные явления утомления, которые могут накапливаться, приводить к хроническому переутомлению различной степени выраженности. В состоянии переутомления длительность фазы оптимальной работоспособности резко сокращается или может отсутствовать полностью, и вся работа проходит в фазе декомпенсации.
В состоянии хронического переутомления снижается умственная работоспособность: трудно сосредоточиться, временами наступает забывчивость, замедленность и порой неадекватность мышления. Все это повышает опасность несчастных случаев.
Психогигиенические мероприятия, направленные на снятие состояния переутомления, зависят от степени переутомления.
Для начинающегося переутомления (I степень) эти мероприятия включают упорядочение отдыха, сна, занятия физкультурой, культурные развлечения. В случае легкого переутомления (II степень) полезен очередной отпуск и отдых. При выраженном переутомлении (III степень) необходимо ускорение очередного отпуска и организованного отдыха. Для тяжелого переутомления (IV степень) требуется уже лечение.
Вероятность возникновения несчастного случая повышается также, когда человек находится в состоянии монотонии вследствие отсутствия значимых информационных сигналов (сенсорный голод) либо вследствие однообразного повторения похожих раздражителей. При монотонии возникает ощущение однообразности, скуки, оцепенелости, заторможенности, «засыпания с открытыми глазами», отключения от окружающей обстановки. В результате человек не в состоянии своевременно заметить и адекватно отреагировать на внезапно возникший раздражитель, что в конечном счете и приводит к ошибке в действиях, к несчастным случаям. Исследования показали, что к ситуациям монотонии более устойчивы люди со слабой нервной системой, они дольше сохраняют бдительность по сравнению с лицами, обладающими сильной нервной системой.
3. Современные исследования проблемы здоровья долголетия человека
Устремление к жизни, к благополучию, выражающее коренные, глубинные потребности всего биологического мира как основу его развития, а в сознании человека восходящее к сокровенным мечтам о счастье, радости и благополучии вечном, выступает как одна из движущих сил истории. Человек, его жизнь, причем не всякая, а жизнь, наполненная счастьем, радостью и благополучием является главной ценностью культуры. Это всегда было, есть и будет внутренним императивом всей человеческой деятельности, включая научно-техническую, производственно-хозяйственную и др., которые при поверхностном рассмотрении, казалось бы, не связаны со здоровьем, счастьем и долголетием, но в конечном счете, по внутренним убеждениям людей, направлены на решение именно этих проблем.
Здоровье выступает одной из наиболее значимых основ человеческого счастья, радости и благополучия, поэтому проблема здоровья – кардинальная для всего человечества. Она всегда была и остается в центре внимания познающей и созидающей человеческой деятельности.
Конец XX века – эпоха невиданного научно-технического прогресса, радикального расширения знаний о природе. Исторически сложилась, однако, глубокая диссимметрия: 95% общего объема современных знаний составляют знания о неживом веществе, тогда как на долю знаний о живом веществе, включая человека, приходится не более 5%. Такая диссимметрия проявляется и в сфере конструктивной практической деятельности: мы видим наглядные успехи цивилизации в освоении недр Земли, в синтезе энергоносителей, в проникновении в ближайший и далекий космос, в достижениях компьютерной техники, в успехах математики, химии, астрофизики. Все это как бы ослепляет человечество, вселяет уверенность во всемогущество разума, в его способность наконец-то проникнуть в суть живого вещества, самого человека, а значит, удастся побороть те экологические, генетические, чисто биологические процессы, которые порождают заболевания, мучения и смерть.
Между тем живое вещество остается почти недоступным бастионом. Несоизмеримо меньше, чем, например, выработка энергии, выросла урожайность зерновых, продолжительность жизни за 2000 лет увеличилась не более чем в 2–3 раза, о большинстве причин, вызывающих эпидемии, заболеваемость и смертность, мы имеем сегодня самые поверхностные и часто ошибочные представления. Указанная диссимметрия продолжает углубляться: природа, живое вещество, интеллектуально-духовная сфера человека меняют свои параметры быстрее, чем мы успеваем это зарегистрировать, включить в сферу научного исследования.
Существует, таким образом, интеллектуальная «черная дыра»: цель удаляется от нас быстрее, чем мы в состоянии ее преследовать. Наука, ее прикладные отрасли оказались неготовыми к решению новых задач, и осознание этого факта, может быть, самое серьезное достижение науки на грани веков.
Современные тенденции научно-технического прогресса, политические, экономические, социальные, экологические, военные и другие конфликты на планете существенно меняют статус и функции традиционных институтов культуры, образования, воспитания.
Если еще в сравнительно недавнем прошлом расходуемые человеком ресурсы природы обладали компенсаторными, восстановительными механизмами, и можно было осваивать целину, проводить крупномасштабные мелиоративные работы, не ограничивать себя в использовании воды на химических производствах, вырубать огромные массивы леса, то к началу XXI столетия ситуация коренным образом изменилась. На смену политическим, экономическим, идеологическим, военным диктатурам пришла диктатура более жестокая и беспощадная – диктатура ограниченности ресурсов биосферы. Границы в изменившемся мире определяют сегодня не политики, не пограничные патрули и не таможенная служба, а региональные экологические закономерности.
Экологическая диктатура – важнейший геополитический факт конца XX и первой половины XXI века. Мировое сообщество, интуитивно осознавая этот факт, не остается безразличным к испытаниям ядерных зарядов, к запускам ракетных систем, к современным городам как к факторам популяционного стресса, к зонам экологических бедствий, к природным, техногенным и социогенным катастрофам, к событиям, происходящим в так называемых «горячих» точках планеты. К сожалению, катастрофы такого типа рассматриваются не как проявление общего геокосмического стресса, «перегрева» планеты, а как изолированные эпизоды, неприятные, но предотвратимые. Игнорируется факт перехода планеты и ее обширных территорий к перманентному состоянию катастрофы, для описания которых так же неприменима методология «устойчивого развития», как уравнения, описывающие ламинарный поток жидкости, неприменимы для описания турбулентных режимов.
Режим экологической диктатуры вынуждает нас возвращаться к полузабытому образу живой природы как хранилищу высших ценностей, объекту нашего уважения и любви – не эксплуатация и «освоение», а сосуществование, развитие и забота когда-то были определяющими в наших отношениях с природой. Даже самые закоренелые прагматики не могут не понимать, что противоположное чревато глобальной экологической катастрофой в исторически обозримой перспективе.
Изменяются и функции человека. Будучи погружен в природно-экологическую, производственно-трудовую и социальную среду, он уже не может рассчитывать на помощь медицины: при всей вооруженности современным диагностическим оборудованием, методами лечения, профилактики, арсеналом гигиенических нормативов в современных условиях она оказалась не в состоянии гарантировать здоровье и благополучие нации. Сегодня наблюдается опасное снижение резервов репродуктивного здоровья населения России, ухудшение всех звеньев репродуктивного цикла – оплодотворение, беременность, формирование полноценной семьи, физическое и психическое развитие ребенка, качество здоровья детей. Репродуктивное здоровье популяции оказывается своего рода исполнительным механизмом экологической диктатуры, дети оказываются больными уже с момента рождения, не менее 80% хронических заболеваний у детей развивается в раннем возрасте. «Взрослая» медицина получает в свое распоряжение контингенты со сниженной жизнеспособностью.
По оценкам отечественных специалистов, неприкосновенный запас резерва репродуктивной прочности популяции сократился на 25%, тогда как 30%-ные потери гарантируют необратимое разрушение базовых механизмов эволюция человека.
Вышеприведенные обстоятельства определяют необходимость формирования нового поля, «пласта» знаний, новых социальных и педагогических технологий, исходящих из современных представлений о закономерностях живой природы и человеческого общества. Как реакция на обострение проблемы здоровья и ответ на запрос общества в мировой культуре и в нашей стране возникла экзистенциальная конструкция – валеология (от лат. Valeo – быть здоровым). Этот удачный, емкий термин ввел в научный обиход в 1980 году ИМ. Брехман, известный фармаколог-физиолог, автор ряда монографий, в которых он в творческом содружестве с новосибирскими учеными определил содержание валеологии. Вновь сформировавшаяся научная и образовательная дисциплина не является простой суммой или синтезом уже существующих, а являет собой новую область знаний
Валеология – наука о том, как стать и быть здоровым. Не только изучать, описывать, мечтать, а быть. Знать о здоровье можно много, но быть здоровым – это другое. Это точно так же, как, например, можно очень много знать об управлении автомобилями разных марок, прочитав об этом множество книг и самому написать множество научных исследований. Но реально управляет машиной, водит ее – шофер, а читает или не читает он книги об этом, пишет или не пишет – это второстепенный вопрос.
Валеология – наука о законах формирования, сохранения и расширения жизненного потенциала каждого человека. Это система знаний, формирующая целостное, системное представление о человеке и его здоровье как органичной частицы Мироздания, и направленная на формирование всесторонне развитой, активной, творческой личности.
Валеология рассматривает проблему человека и его здоровья в свете новой парадигмы на всех уровнях человеческого бытия:
мировоззренческом – философия;
социокультурном – теория культуры;
психическом – психология;
телесном – биология, физиология.
Она опирается на передовые современные достижения мировой и отечественной культуры в области философии, культурологии, социологии, науки, техники, педагогики и искусства.
Общественная потребность в такой дисциплине продиктована опытом не только России. Существующее до настоящего времени убеждение, что проблема здоровья решается исключительно средствами здравоохранения, практической медицины (включая условия труда и так называемый «образ жизни»), все более вытесняется пониманием чисто тактической, вспомогательной роли этих служб. Так что отдаленные, стратегические интересы сохранения этноса должны решаться на существенно более широкой инструментальной, методологической и философской основе.
Опыт США, европейских стран и России показывает, что в целом здоровье нации и каждой личности в отдельности есть отнюдь не прерогатива и гарантия специализированного ведомства – государственного или частного здравоохранения или гигиенически-профилактического корпуса государства и его регионов. Утомление популяции, социо- и техногенные стрессы, экологическая токсичность среды обитания – все это становится настолько всеобъемлющим, что никакая одна или две-три специальные службы не могут гарантировать сохранение здоровья у нового поколения. Общество начинает осознавать, что практически любой крупный проект первой четверти XXI века, сколь бы он ни был обоснован в технологическом, энергетическом, экономическом, геополитическом аспектах, может оказаться невыполнимым ввиду дефицита человеческих ресурсов – не только и не столько количества людей, сколько и главным образом их качества – здоровья, психического и интеллектуального потенциала, способности к обучению, к социальной, биологической и профессиональной адаптации, их морально-нравственными параметрами.
Валеология как научно-практическая дисциплина имеет свой специфический предмет, не сводимый к предыдущему знанию физиологии, биологии и медицины. Она рассматривает человека с учетом нового научно-философского знания, а именно, как космопланетарныи феномен на всех уровнях его бытия, как освоенных рационально-научно, так и трансцендентальных, и с учетом научно-философского, не сводимого к телесно-социальному, пониманию здоровья.
Такое расширение поля предметной деятельности требует соответственного расширения методологических возможностей новой дисциплины, что может быть обеспечено соединением в процессе духовного освоения действительности естественнонаучной и специфически философской методологии познания, включающей, наряду с рационально-логическим познанием, интуитивно-образные способы освоения действительности, что было предвосхищено Вл. Соловьевым: «…осуществление этого универсального синтеза науки, философии и религии… должно быть высшей целью и последним результатом умственного развития».
В результате применения новой методологии на новом поле предметной деятельности, естественно, будет получен комплекс специфически новых теорий, концепций, системных подходов к решению проблемы здоровья, а также ряд новых законов и закономерностей существования и развития предмета, открытых именно валеологией как новой наукой о здоровье. Это, в свою очередь, потребует и даст основание для формирования соответствующего специфического понятийно-категориального аппарата, в основе которого – рассмотрение здоровья как философской категории, позитивная направленность понятий, терминов и др.
И, наконец-то, без чего не может быть новой научно-практической дисциплины – это качественно новая практика как критерий истины, не сводимая к уже имеющимся лечебным и диагностическим процедурам. Суть ее прежде всего должна состоять не в лечении как таковом, а в обучении человека быть здоровым, что включает повышение уровня грамотности в вопросах физиологии, биологии и других наук о человеке, в том числе и в области медицинского знания, в формировании современного мировоззрения, принципов здорового образа жизни и активной смысложизненной позиции на основе нового научно-философского знания, а также развитие новых возможностей человека, включая интуитивные способности реальной действительности и коррекции своего состояния. И только после этого – процедуры, диеты и т.д., назначаемые и применяемые на основе единства рационально-логического и интуитивного осмысления каждой конкретной ситуации, причем, что уже очевидно, в обязательном их соответствии с отечественными традициями.
Из приведенного очевидно, что специфической сущностью валеологической практики, не сводимой к известным медико-биологическим и физиологическим способам оздоровления является то, что здесь в обязательном порядке любым терапевтическим процедурам, любым действиям предшествует образовательно-воспитательный блок – формирование адекватного мировоззрения и принципов здорового образа жизни и, на основе этого, развитие новых возможностей человека, а выбор и назначение оздоровительных процедур совершается самим пациентом на основе единства рационального и внерационального (философского) осмысления проблемы. Обучающий специалист здесь присутствует уже как помощник, и не более. Пациент с этого момента сам берет свою судьбу в свои руки, становится личностью свободной, способной вполне самостоятельно решать все возникающие у него проблемы здоровья и благополучия и даже учить этому других.
Процесс восстановления здоровья конкретного человека, таким образом, как первичным дополняется образовательным блоком, а деятельность по оздоровлению народа страны должна быть основана на массовом валеологическом и экологическом всеобуче. Без глубокого знания теории не стоит и помышлять об успешной практике оздоровления. Не лечить, а учить быть человеком – лозунг валеологии.Валеология являет собой социокультурный феномен, ибо она вскрыла причины нездоровья нации, показывает пути выхода из критической ситуации, сложившейся в нашей стране в настоящее время. Достаточно привести только один факт: по продолжительности жизни российские мужчины занимают 135-е место в мире, а женщины – 100-е. Это уровень аутсайдеров, вечно голодных африканских стран. В числе социальных причин такой вопиющей статистики можно назвать следующие:Современная медицина в целом продолжает опираться на прежнюю научно-философскую парадигму, рассматривающую Мир и человека только лишь на телесном уровне, и не признает результатов излечения заболеваний методами, выходящими за ее пределы. Высшая медицинская школа продолжает готовить специалистов по патологии и практически не готовит специалистов по здоровью.
Лучшие умы человечества всегда понимали зависимость здоровья от образа жизни и поведения человека. Немецкий философ В. Гумбольдт, живший в XIX веке, утверждал, что со временем болезни будут расцениваться как следствие бескультурья, отсталости и потому болеть будет считаться позорным. Необходимо побуждать людей к сохранению и укреплению здоровья. Нужна своего рода «мода» на здоровье, которая поддерживается и обеспечивается государством, чего пока нет.
Поскольку медицина в течение долгих лет жестко отрицала самолечение, у большинства людей почти на генетическом уровне отсутствует интерес, желание и воля взять ответственность за личное здоровье на себя.
Здоровье и благополучие человека в огромной мере детерминируется глобальными как космическими, так и экологическими факторами. Оно жестко зависит от экологических и политических обстоятельств.
Современная психология пришла к заключению, что любая болезнь может быть рассмотрена в частности и как психологическая защита, бегство человека от травмирующей стрессовой ситуации. Болезнь, таким образом, как бы подсознательно желательна, и избавлять от нее человека, даже если это возможно, нельзя без предварительной мировоззренческой и психологической корректировки сознания, ибо оставшаяся причина вызовет новую, еще более тяжелую болезнь.
Следует оговориться, что наиболее правильная позиция по отношению к медико-биологической отрасли знания должна быть более констатирующая, чем критическая. Она обретет свое место и предназначение в современной мировой культуре и в здравообеспечении. И наконец, как не следует бездумно надеяться на медицину, так же не следует и предъявлять к ней абсолютных претензий еще и потому, что она, как отрасль создания собственного «товара» в виде лечебных услуг, ориентирована на спрос, и находится немного впереди массового спроса населения на услуги в своей области – в области здравохранения.Как же быть? Где искать выход? А выход состоит в том, чтобы согласиться, что мир исчерпывающе необъясним только рационально-логически («так и только так»). Мир и человек в нем рациональны и внерациональны. И современное естествознание дает возможность выйти на новую ступень, грамотно и гармонично сочетая в единстве рациональный и внерациональные методы познания и преображения мира и человека.
Один из наиболее глубоких современных ученых нашего Отечества академик Никита Моисеев несомненный рационалист. Он – математик и гидродинамик, эколог и климатолог, человек, преуспевший в точных науках, ученый естественник. Вместе с тем он раскованно мыслящий философ. В размышлениях о необходимых чертах цивилизации будущего Моисеев подчеркивает, что мировоззрение никогда не может быть сведено к чисто научным, рационалистическим миропредставлениям. Разум не всесилен. Ему доступно то, что «доступно». Абсолютизация возможностей разума крайне опасна, как и всякая переоценка своих достаточно скромных сил. Ученый обращает внимание на наличие не только рациональной, но и иррациональной границ человеческой сущности. К этому его мнению, к позиции автора книги «Современный рационализм» нельзя не прислушаться. Особенно при рассмотрении позиции здоровья.Процесс кардинальных изменений в представлениях науки и философии о мире и человеке демонстрируют также публикации нового научного журнала «Сознание и физическая реальность» (т. 1. 1996. №1–2.) В одной из публикаций говорится о том, что «для того чтобы лучше разобраться в особенностях работы феноменов сознания… используется понятие информационно-энергетического пространства Вселенной. Оно относится к новому научному направлению «Биоэнергоинформатика», в концепции которого содержится представление о Вселенной как о живой системе, более того, как о цельном соразмерном организме. В мировоззрении биоэнергоинформатики как бы вновь возвращается эзотерический платоно-пифагорский взгляд на Живой Космос. Биоэнергоинформатика в то же время не противоречит астрофизическим концепциям конца XX века, таким как инфляционная теория эволюции Вселенной и антропный принцип в физике… Следствием такого подхода в биоэнергоинформатике становится также признание человека не наблюдателем, а естественной частью космоса, воспринимающей его цельную жизнь не только рационально, но и чувственно – через Дух и Душу». И в свете этого нового мировоззрения кардинальным образом изменяются представления не только о человеке, его месте в Мироздании и его эволюционном предназначении, но и о социуме и всей планете. Вся планета может быть теперь представлена как бы единым Разумным Целостным Организмом, в котором все ее составляющие – биосфера, человечество и т.д., сосуществуют в гармоничной взаимосвязи и взаимозависимости. Становится очевидным, что здоровье личности, семьи, государства, планеты – неразделимы. Разумеется, «как бы» без прямой редукции мира человека к органическим явлениям. «Жаворонком» новых тенденций явилась, в частности, валеология, прежде всего как философская и научная система, как реальная практика укрепления здоровья человека с самого детства и на всем жизненном пути. Этому посвящено немалое количество исследований.Переход от чисто редукционных, ньютоно-картезианских (механистических) представлений о Мироздании и рафинированного рационально-логического познания к холистическим (целостным) представлениям и к единству рационально-логического и внерационального в познании – суть происходящих сдвигов в современном познавательном процессе.
Человечество только тогда может надеяться на успехи в решении своих насущных проблем и выйдет на новый этап своего развития (не вечно же нам быть бедными и больными), когда философия как глубокое осмысление действительности, предшествующее и сопровождающее каждую мысль и каждое действие человека, в том числе и решение проблемы здоровья, станет повсеместно распространенной.Современные социокультурные процессы, потрясшие нашу страну и ввергшие ее в пучину противоречий, разрушений и войн, актуализировали «вечный» вопрос: кто мы – Восток или Запад? И для нас он непраздный – смысложизненный, вопрос нашего дальнейшего существования на планете, не только нашего здоровья и счастья. И в русской культуре этот вопрос находил «свое» разрешение – от языческой Руси до науки и философии русского космизма. Мы – земляне. Мы все, живущие на Земле, – земляне, и поэтому нам надо жить в мире и радостном взаимопонимании друг с другом. И только это может быть основой здоровья и личного, и общества, и планеты. И мы должны донести эту простую и светлую мысль до всех стран и народов. «Русская идея» – забота не о себе, но о Мире, главная и мощная линия отечественной культуры. Понятно, что если другие народы тоже все силы приложат к этому, мир только выиграет. Одной из особенностей русской культуры всегда было человеколюбие. Для русской философии всегда был характерен поиск абсолютного Добра (правды, справедливости). И это находит яркое отражение в русской классической литературе и философии, которые несли миру глубоко выстраданную опытом поколений истину: нет и не может быть такой цели, ради которой была бы допустима жертва хотя бы в одну человеческую жизнь, в одну каплю крови, в одну детскую слезинку. Русская классическая философия – это философия предупреждения. Ее лейтмотив – нравственное вето на любой «прогресс», любой социальный проект, если они рассчитаны на принуждение, насилие над личностью.
Важным условием здоровья каждого человека и общества в целом является их объективная необходимость в развитии планеты и всей Вселенной, познание и подчинение себя ее объективным законам. Ни лекарствами, ни оздоровительными диетами, ни ножом хирурга или пассами экстрасенса не защититься от объективных законов развития Вселенной. Если исполняешь свои функции, в соответствии с ними решаешь свои эволюционные задачи, которые состоят в том, чтобы познавать и совершенствоваться, преображаться и преображать Мир, – если поспеваешь в силу своего свободного выбора в своем развитии за развитием Вселенной, если помогаешь ей в ее стремлении к совершенству, к преображению через стремление к совершенству, к преображению через это стремление, то ты – «лоза плодоносящая», поэтому будешь окружен ее заботой, будешь жив и здоров.
Актуальные проблемы биоэтики
Биоэтика — междисциплинарная область знания, охватывающая широкий круг философских и этических проблем, возникающих в связи с бурным развитием медицины, биологических наук и использования в здравоохранении высоких технологий.
Термин «Биоэтика» был предложен в 1971 году Ван Поттером в книге «Биоэтика: мост в будущее» для обозначения особого варианта экологической этики, рассматривающей возможности выживания человечества в условиях техногенной цивилизации, однако впоследствии значение термина изменилось.
Актуальные моральные проблемы биоэтики:
1) аборта; контрацепции и новых репродуктивных технологий (искусственное оплодотворение, оплодотворение «в пробирке», суррогатное материнство);
2) проведения экспериментов на человеке и животных;
3) получения информированного согласия и обеспечения прав пациентов, в т.ч. с ограниченной компетентностью, например, детей или психиатрических больных;
4) выработки дефиниции смерти; самоубийства и эвтаназии (пассивной или активной, добровольной или недобровольной); трансплантологии;
5) отношения к умирающим больным (хосписы);
6) СПИДа и отношения к заболевшим СПИДом;
7) популяционной политики и планирования семьи;
8) медицинской генетики (включая проблемы геномных исследований);
9) справедливости в здравоохранении;
9) экологии и здоровья человека в техногенной цивилизации;
и др.
Традиционный медицинский подход сводил благо пациента к состоянию телесного благополучия (т.е. нормальности с точки зрения медицины). Врачи считали себя вправе принимать решения во благо пациентов, не интересуясь их собственным «невежественным» пониманием. Биоэтика формирует обосно-вание права пациентов быть признанными в качестве автономных субъектов, играющих решающую роль в принятии касающихся их медицинских решений.
В конце 20 века возникают особого рода социальные новообразования:
1) на уровне взаимоотношений врача и пациента – этические комитеты;
2) на уровне общества - различные политических движения.
Правозащитное движение различных групп пациентов, обосновываясь на исследованиях в области биоэтики, привело к признанию (в т.ч. и на правовом уровне) решающей роли «общественного обсуждения» в выработке морально обоснованной национальной политики в области здравоохранения.
Именно такой подход формулируется в Конвенции Совета Европы «О защите прав и достоинства человека в связи с использованием достижений биологии и медицины: Конвенция о правах человека и биомедицине» (1996).
К началу 90-х гг. практически повсеместно получают признание основополагающие права пациента:
1) право на информацию о диагнозе и прогнозе собственного заболевания,
2) право на выбор врача,
3) право на сохранение конфиденциальности медицинской информации,
4) право на неприкосновенности частной жизни,
5) право на обеспечение правила информированного согласия
и др.
Законодательно оформляются также особые права психиатрических больных, беременных женщин, эмбрионов, доноров органов и т.д.
Для решения проблем биоэтики создаются новые социальные институты: этические комитеты (или комиссии) - разнообразные по составу и статусу аналитически-консультативные, иногда и контролирующие органы, призванные вырабатывать нравственные правила функционирования конкретных исследовательских и медицинских учреждений, давать этическую экспертизу и рекомендации по конфликтным ситуациям, возникающим в биомедицинских исследованиях и медицинской практике.
Этические комитеты являются специфическим «социальным органом» биоэтики. Они появились в 60-х гг. 20 в. в США и к середине 90-х гг. распространились практически по всему миру.
Этические комитеты создаются с целью защиты прав граждан и отдельных групп населения в области здравоохранения и участия в разработке норм медицинской этики, - профессиональной этики мед. работников .Структура и функции этических комитетов варьируются в зависимости от специфики решаемых задач, местных условий и традиций.
Они включают, помимо медиков и биологов, юристов, психологов, социальных работников, экспертов в области медицинской этики, пациентов и их представителей, а также представителей общественности.
В процессе обсуждения и принятия решений мнения профессиональных медиков и непрофессионалов рассматриваются в качестве равноценных.
Этические комитеты могут организовываться как самостоятельный социальный институт (к таким относятся комитеты, созданные на постоянной основе при отдельных исследовательских центрах в странах, где нет национальных систем, как в России, Украине, т.е. в качестве органа, самостоятельно созданного той или иной организацией) или быть элементомцентрализованной национальной системы. Так, например, в США созданы ревизионные советы научных учреждений, в Великобритании – региональные исследовательские этические комитеты, в Норвегии существует централизованная система этических комитетов.
В зависимости от выполняемых задач создаются:
1)исследовательские этические комитеты, которые занимаются защитой прав испытуемых при биомедицинских исследованиях.
При экспертизе заявок на проведение научных исследований проверяется соблюдение принципа добровольного информированного согласия:
— насколько полно выполняется требование добровольности при получении согласия людей на участие в качестве испытуемых при биомедицинских экспериментах и клинических испытаниях;
— насколько точно и доступно происходит их информирование о целях и задачах экспериментов, связанных с ними рисках и выгодах для испытуемых;
— насколько эффективно обеспечивается защита от возможного нанесения морального (напр., в виде разглашения конфиденциальной информации) или физического (т.е. для здоровья человека) ущерба испытуемым, а также проверка осуществления компенсации в случае его наступления.
В случае невыполнения установленных правил, некоторые комитеты имеют право накладывать запрет на проведение соответствующих исследований.
2) этические комитеты при отдельных больницах (при национальных или международных медицинских сообществах).
Эти этические комитеты в основном заняты следующим:
— разработкой моральных принципов профессиональной деятельности мед/ персонала,
— совершенствованием внутрибольничных административных регламентов (например, правил отключения жизнеподдерживающей аппаратуры, порядка хранения и доступа к конфиденциальной информации, правил распределения органов или тканей для трансплантации, доступа к спасающей жизнь аппаратуре и т.д.),
— выработкой рекомендаций по улучшению законодательства в этой области, обсуждением и подготовкой предложений для разрешения конкретных случаев из медицинской практики, вызвавших (или способных вызвать) серьезные моральные затруднения или даже конфликтные ситуации.
Иногда в качестве одной из своих задач они ставят задачу морального и правового образования медицинского персонала больниц и пациентов.
14. CОВРЕМЕННАЯ ГЕНЕТИКА И ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
1. История открытия данного явления (закона, теории)
История генетики
Генетика -- наука, изучающая закономерности и материальные основы наследственности и изменчивости организмов, а также механизмы эволюции живого.
Наследственностью называется свойство одного поколения передавать другому признаки строения, физиологические свойства и специфический характер индивидуального развития.
Свойства наследственности реализуются в процессе индивидуального развития.
Наряду со сходством с родительскими формами в каждом поколении возникают те или иные различия у потомков, как результат проявления изменчивости.
Изменчивостью называется свойство, противоположное наследственности, заключающееся в изменении наследственных задатков -- генов и в изменении их проявления под влиянием внешней среды. Отличия потомков от родителей возникают также вследствие возникновения различных комбинаций генов в процессе мейоза и при объединении отцовских и материнских хромосом в одной зиготе.
Здесь надо отметить, что выяснение многих вопросов генетики, особенно открытие материальных носителей наследственности и механизма изменчивости организмов, стало достоянием науки последних десятилетий, выдвинувших генетику на передовые позиции современной биологии.
Основные закономерности передачи наследственных признаков были установлены на растительных и животных организмах, они оказались приложимы и к человеку. В своем развитии генетика прошла ряд этапов.
Первый этап ознаменовался открытием Г. Менделем (1865) дискретности (делимости) наследственных факторов и разработкой гибридологического метода, изучения наследственности, т. е. правил скрещивания организмов и учета признаков у их потомства.
Дискретность наследственности состоит в том, что отдельные свойства и признаки организма развиваются под контролем наследственных факторов (генов), которые при слиянии гамет и образовании зиготы не смешиваются, не растворяются, а при формировании новых гамет наследуются независимо друг от друга.
Значение открытий Г. Менделя оценили после того, как его законы были вновь переоткрыты в 1900 г. тремя биологами независимо друг от друга: де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э. Чермаком в Австрии. Результаты гибридизации, полученные в первое-I десятилетие XX в. на различных растениях и животных, полностью подтвердили менделевские законы наследования признаков и показали их универсальный характер по отношению ко всем организмам, размножающимся половым путем. Закономерности наследования признаков в этот период изучались на уровне целостного организма (горох, кукуруза, мак, фасоль, кролик, мышь и др.).
Менделевские законы наследственности заложили основу теории гена величайшего открытия естествознания XX в., а генетика превратилась в быстро развивающуюся отрасль биологии.
В 1901 --1903 гг. де Фриз выдвинул мутационную теорию изменчивости, которая сыграла большую роль в дальнейшем развитии генетики.
Важное значение имели работы датского ботаника В. Иоганнсена, который изучал закономерности наследования на чистых линиях фасоли.
Он сформулировал также понятие “популяциям (группа организмов одного вида, обитающих и размножающихся на ограниченной территории), предложил называть менделевские “наследственные факторы” словом ген, дал определения понятий “генотип” и “фенотип”.
Второй этап характеризуется переходом к изучению явлений наследственности на клеточном уровне (питоге-нетика). Т. Бовери (1902--1907), У. Сэттон и Э. Вильсон (1902--1907) установили взаимосвязь между менделевскими законами наследования и распределением хромосом в процессе клеточного деления (митоз) и созревания половых клеток (мейоз).
Развитие учения о клетке привело к уточнению строения, формы и количества хромосом и помогло установить, что гены, контролирующие те или иные признаки, не что иное, как участки хромосом. Это послужило важной предпосылкой утверждения хромосомной теории наследственности.
Решающее значение в ее обосновании имели исследования, проведенные на мушках дрозофилах американским генетиком Т. Г. Морганом и его сотрудниками (1910--1911).
Ими установлено, что гены расположены в хромосомах в линейном порядке, образуя группы сцепления. Число групп сцепления генов соответствует числу пар гомологичных хромосом, и гены одной группы сцепления могут перекомбинироваться в процессе мейоза благодаря явлению кроссинго-вера, что лежит в основе одной из форм наследственной комбинативной изменчивости организмов. Морган установил также закономерности наследования признаков, сцепленных с полом.
Третий этап в развитии генетики отражает достижения молекулярной биологии и связан с использованием методов и принципов точных наук -- физики, химии, математики, биофизики и др.--в изучении явлений жизни на уровне молекул. Объектами генетических исследований стали грибы, бактерии, вирусы.
На этом этапе были изучены взаимоотношения между генами и ферментами и сформулирована теория “один ген -- один фермент” (Дж. Бидл и Э. Татум, 1940): каждый ген контролирует синтез одного фермента; фермент в свою очередь контролирует одну реакцию из целого ряда биохимических превращений, лежащих в основе проявления внешнего или внутреннего признака организма.
Эта теория сыграла важную роль в выяснении физической природы гена как элемента наследственной информации.
В 1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон, опираясь на результаты опытов генетиков и биохимиков и на данные рентгеноструктурного анализа, создали структурную модель ДНК в форме двойной спирали. Предложенная ими модель ДНК хорошо согласуется с биологической функцией этого соединения: способностью к самоудвоению генетического материала и устойчивому сохранению его в поколениях -- от клетки к клетке.
Эти свойства молекул ДНК объяснили и молекулярный механизм изменчивости: любые отклонения от исходной структуры гена, ошибки самоудвоения генетического материала ДНК, однажды возникнув, в дальнейшем точно и устойчиво воспроизводятся в дочерних нитях ДНК.
В последующее десятилетие эти положения были экспериментально подтверждены: уточнилось понятие гена, был расшифрован генетический код и механизм его действия в процессе синтеза белка в клетке. Кроме того, были найдены методы искусственного получения мутаций и с их помощью созданы ценные сорта растений и штаммы микроорганизмов -- продуцентов антибиотиков, аминокислот.
В последнее десятилетие возникло новое направление в молекулярной генетике --генная инженерия -- система приемов, позволяющих биологу конструировать искусственные генетические системы.
Генная инженерия основывается на универсальности генетического кода: триплеты нуклеотидов ДНК программируют включение аминокислот в белковые молекулы всех организмов -- человека, животных, растений, бактерий, вирусов.
Благодаря этому можно синтезировать новый ген или выделить его из одной бактерии и ввести его в генетический аппарат другой бактерии, лишенной такого гена.
Таким образом, третий, современный этап развития генетики открыл огромные перспективы направленного вмешательства в явления наследственности и селекции растительных и животных организмов, выявил важную роль генетики в медицине, в частности, в изучении закономерностей наследственных болезней и физических аномалий человека.
2. Основные теоретические сведения и положения данного вопроса
Интенсивное развитие молекулярной биологии началось после открытия (Дж. Уотсон, Ф. Крик, М. Уилкинс, 1953) структуры наследственного материала живой клетки (ДНК) и последующей расшифровки принципов генетического кодирования. Последовательность пар оснований кодирует порядок расположения аминокислот в пептидной молекуле. Основу молекулярной биологии составляет принцип комплементарности: ДНК-- саморепродуцирующаяся молекула; кроме самой себя, она способна воспроизводить копии химически родственного полимера -- рибонуклеиновые кислоты, которые, в свою очередь, служат матрицами для производства клеточных белков. Белок или комплекс белков определяют конкретный признак живого организма. Этот путь -- центральная догма молекулярной биологии: ДНК - ДНК - РНК - белок-признак. Первая двунаправленная стрелка символизирует процесс репликации (удвоения ДНК), вторая -- процесс транскрипции, который, в случае РНК-содержащих вирусов, может также идти в обратном направлении от РНК к ДНК.
В 80-е годы XX века появилось новое понятие -- генная инженерия -- раздел молекулярной генетики, связанный с конструированием не существующих в природе сочетаний генов при помощи генетических и биохимических методов. Впервые введение чужеродного гена и изменение признаков организма осуществили английские микробиологи О. Эвери, К. Маклёод и М. Мак-Карти (1944). Из клеток пневмококка (серовар III) они выделили трансформирующий фактор (как выяснилось впоследствии, последовательность ДНК). После обработки этим фактором часть непатогенных бактерий серовара IIR превратилась в патогенные, причем именно серовара III. Это была первая демонстрация факта, что некие факторы могут передаваться от клетки к клетке, изменяя её наследственные свойства.
В 1972 г. Пол Берг с сотрудниками сообщили о получении in vitro рекомбинантной ДНК, состоящей из фрагментов разных молекул ДНК -- вирусной (в том числе фаговой) и бактериальной. Иными словами, речь шла о получении энзимологическими методами (при помощи ферментов рестриктаз) синтетической генной конструкции. Позднее были предложены новые методы выявления ДНК: блот-гибридизация, увековечившая ими его создателя Э. Саузерна в английском названии метода southern blotting (1975); методы секвенирования ДНК (анализ первичной последовательности нуклеотидов в цепочке ДНК), основанные П. Сэнджером. В настоящее время для получения доступного для анализа и дальнейших манипуляций количества фрагмента ДНК применяют метод ПЦР, разработанный Нобелевским лауреатом (1994) американцем Кеем Мюллисом.
3. Распространённость в природе или человеческой практике
Основные этапы решения генно-инженерной задачи следующие:
1. Получение изолированного гена.
2. Введение гена в вектор для переноса в организм.
3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.
4. Преобразование клеток организма.
5. Отбор генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.
Процесс синтеза генов в настоящее время разработан очень хорошо и даже в значительной степени автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабжённые ЭВМ, в памяти которых закладывают программы синтеза различных нуклеотидных последовательностей. Такой аппарат синтезирует отрезки ДНК длиной до 100--120 азотистых оснований (олигонуклеотиды). Получила распространение техника, позволяющая использовать для синтеза ДНК, в том числе мутантной, полимеразную цепную реакцию. Термостабильный фермент, ДНК-полимераза, используется в ней для матричного синтеза ДНК, в качестве затравки которого применяют искусственно синтезированные кусочки нуклеиновой кислоты -- олигонуклеотиды. Фермент обратная транскриптаза позволяет с использованием таких затравок (праймеров) синтезировать ДНК на матрице выделенной из клеток РНК. Синтезированная таким способом ДНК называется комплементарной (РНК) или кДНК. Изолированный, «химически чистый» ген может быть также получен из фаговой библиотеки. Так называется препарат бактериофага, в геном которого встроены случайные фрагменты из генома или кДНК, воспроизводимые фагом вместе со всей своей ДНК.
Чтобы встроить ген в вектор, используют ферменты -- рестриктазы и лигазы, также являющиеся полезным инструментом генной инженерии. С помощью рестриктаз ген и вектор можно разрезать на кусочки. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген или заключая его в вектор. За открытие рестриктаз Вернер Арбер, Даниел Натанс и Хамилтон Смит также были удостоены Нобелевской премии (1978 г.).
Техника введения генов в бактерии была разработана после того, как Фредерик Гриффит открыл явление бактериальной трансформации. В основе этого явления лежит примитивный половой процесс, который у бактерий сопровождается обменом небольшими фрагментами не хромосомной ДНК, плазмидами. Плазмидные технологии легли в основу введения искусственных генов в бактериальные клетки.
Значительные трудности были связаны с введением готового гена в наследственный аппарат клеток растений и животных. Однако в природе наблюдаются случаи, когда чужеродная ДНК (вируса или бактериофага) включается в генетический аппарат клетки и с помощью её обменных механизмов начинает синтезировать «свой» белок. Учёные исследовали особенности внедрения чужеродной ДНК и использовали как принцип введения генетического материала в клетку. Такой процесс получил название трансфекция.
Если модификации подвергаются одноклеточные организмы или культуры клеток многоклеточных, то на этом этапе начинается клонирование, то есть отбор тех организмов и их потомков (клонов), которые подверглись модификации. Когда же поставлена задача получить многоклеточные организмы, то клетки с изменённым генотипом используют для вегетативного размножения растений или вводят в бластоцисты суррогатной матери, когда речь идёт о животных. В результате рождаются детеныши с изменённым или неизменным генотипом, среди которых отбирают и скрещивают между собой только те, которые проявляют ожидаемые изменения.
Современная генетика - это быстро развивающаяся наука о законах наследственности и изменчивости, переживающая глубокие качественные преобразования не только в теоретической сфере, но и в области практического применения (селекция, медицинская генетика).Важнейшая задача современной генетики - разработка методов управления наследственностью и наследственной изменчивостью для получения нужных человеку форм организмов или в целях управления их индивидуальным развитием.
Современная генетика рассматривает наследственность как коренное, неотделимое от понятия жизни свойство всех организмов повторять в ряду последовательных поколений сходные типы биосинтеза и обмена веществ в целом. Одно из коренных положений современной генетики состоит в том, что наследственная информация о развитии и свойствах организмов содержится главным образом в молекулярных структурах хромосом, заключённых в ядрах всех клеток организма и передаваемых от родителей потомкам. Биохимические процессы, лежащие в основе индивидуального развития организма, осуществляются на базе поступающей из ядра информации в цитоплазматических структурах клетки.
Первый действительно научный шаг вперед в изучении наследственности был сделан австрийским монахом Грегором Менделем, который в 1866 г. опубликовал статью, заложившую основы современной генетики. Мендель показал, что наследственные задатки не смешиваются, а передаются от родителей потомкам в виде дискретных (обособленных) единиц.
Генная инженерия в сельском хозяйстве
К концу 1980-х удалось успешно внедрить новые гены в десятки видов растений и животных -- создать растения табака со светящимися листьями, томаты, легко переносящие заморозки, кукурузу, устойчивую к воздействию пестицидов.
Одна из важных задач - получение растений, устойчивых к вирусам, так как в настоящее время не существует других способов борьбы с вирусными инфекциями сельскохозяйственных культур. Введение в растительные клетки генов белка оболочки вируса, делает растения устойчивыми к данному вирусу. В настоящее время получены трансгенные растения, способные противостоять воздействию более десятка различных вирусных инфекций.
Еще одна задача связана с защитой растений от насекомых-вредителей. Применение инсектицидов не вполне эффективно, во-первых, из-за их токсичности, во-вторых, потому, что дождевой водой они смываются с растений. В генно-инженерных лабораториях Бельгии и США были успешно проведены работы по внедрению в растительную клетку генов земляной бактерии Bacillus thuringiensis, позволяющих синтезировать инсектициды бактериального происхождения. Эти гены ввели в клетки картофеля, томатов и хлопчатника. Трансгенные растения картофеля и томатов стали устойчивы к непобедимому колорадскому жуку, растения хлопчатника оказались устойчивыми к разным насекомым, в том числе к хлопковой совке. Использование генной инженерии позволило сократить применение инсектицидов на 40 - 60%.
Генные инженеры вывели трансгенные растения с удлиненным сроком созревания плодов. Такие помидоры, например, можно снимать с куста красными, не боясь, что они перезреют при транспортировке.
Список растений, к которым успешно применены методы генной инженерии, составляет около пятидесяти видов, включая яблоню, сливу, виноград, капусту, баклажаны, огурец, пшеницу, сою, рис, рожь и много других сельскохозяйственных растений.Генная терапия человека
На людях технология генной инженерии была впервые применена для лечения Ашанти Де Сильвы, четырёхлетней девочки, страдавшей от тяжёлой формы иммунодефицита. Ген, содержащий инструкции для производства белка аденозиндезаминазы (ADA), был у неё повреждён. А без белка ADA белые клетки крови умирают, что делает организм беззащитным перед вирусами и бактериями.
Работающая копия гена ADA была введена в клетки крови Ашанти с помощью модифицированного вируса. Клетки получили возможность самостоятельно производить необходимый белок. Через 6 месяцев количество белых клеток в организме девочки поднялось до нормального уровня.
После этого область генной терапии получила толчок к дальнейшему развитию. С 1990-х годов сотни лабораторий ведут исследования по использованию генной терапии для лечения заболеваний. Сегодня мы знаем, что с помощью генной терапии можно лечить диабет, анемию, некоторые виды рака, болезнь Хантингтона и даже очищать артерии. Сейчас идёт более 500 клинических испытаний различных видов генной терапии.
Неблагоприятная экологическая обстановка и целый ряд других подобных причин приводят к тому, что все больше детей рождается с серьезными наследственными дефектами. В настоящее время известно 4000 наследственных заболеваний, для большинства из которых не найдено эффективных способов лечения.
Сегодня существует возможность диагностировать многие генетические заболевания ещё на стадии эмбриона или зародыша. Пока можно только прекратить беременность на самой ранней стадии в случае серьёзных генетических дефектов, но скоро станет возможным корректировать генетический код, исправляя и оптимизируя генотип будущего ребёнка. Это позволит полностью избежать генетических болезней и улучшить физические, психические и умственные характеристики детей.
Сегодня мы можем отметить, что за тридцать лет своего существования генная инженерия не причинила никакого вреда самим исследователям, не принесла ущерба ни природе, ни человеку. Свершения генной инженерии как в познании механизмов функционирования организмов, так и в прикладном плане весьма внушительны, а перспективы поистине фантастичны.
4. Общенаучное значение данного вопроса
С помощью генетической инженерии созданы линии животных, устойчивых к вирусным заболеваниям, а также породы животных с полезными для человека признаками.
Например, микроинъекция рекомбинантной ДНК, содержавшей ген соматотропина быка в зиготу кролика позволила получить трансгенное животное с гиперпродукцией этого гормона. Полученные животные обладали ярко выраженной акромегалией.Генная инженерия открыла путь для производства продуктов белковой природы путем введения в клетки микроорганизмов, искусственно синтезированных генов, где они могут экспрессироваться (встраиваться) в состав гибридных молекул. Первой удачной попыткой такого рода стала работа К. Итакуры и Г. Бойера с соавторами (1977г.) по экспрессии в Е. coil химически синтезированного гена, кодирующего гормон млекопитающих - соматостатин. Ген соматостатина был получен на основе сведений о первичном строении этого пептидного гормона, состоящего всего из 14 аминокислот. Использованный в этой работе подход оказался весьма перспективным для получения и многих других пептидных гормонов. В различных лабораториях в СССР и за рубежом были созданы штаммы Е. coli, синтезирующие в составе гибридных белков гормон роста человека (соматотропин), пептидные гормоны -- брадикинин и ангиотензин, нейропептид лей-энкефалин и др. Ген гормона роста человека длиной 584 п.н.-- наиболее длинный из искусственно синтезированных в настоящее время. Он был встроен в плазмиду, реплицирующуюся в Е. coli под контролем промотора триптофанового оперона. Трансформированные полученной химерной плазмидой клетки Е. coli продуцировали при индукции промотора около 3 млн. молекул гормона роста человека в расчете на клетку. Этот полипептид, как было установлено в экспериментах на крысах с удаленным гипофизом, по функциям оказался полностью идентичен гормону роста человека.
В 1976г. Гилберт и Максам в Гарвардском университете, а также Сэнгер разработали быстрый метод химического анализа ДНК. Появилась реальная возможность определять последовательность до 1000 нуклеотидов в неделю силами одного исследователя.
В 1982-1985гг. стало возможно создать прибор для автоматического анализа нуклеиновых кислот (а значит и генов).
Еще один важнейший этап - это синтез биополимеров по установленной структуре. Первые коммерческие приборы, производящие автоматизированный синтез полипептидов, были разработаны на основе исследований Меррифилда в 1963г. Они используются в исследовательских лабораториях и в фармацевтической промышленности. Метод химического синтеза генов обеспечил также возможность получения штаммов бактерий продуцентов инсулина человека, важного лечебного препарата для больных диабетом.
«Ген инсулина синтезировали в виде более сорока в основном шестичленных олигонуклеотидов, которые затем объединяли в единую структуру с помощью ДНК-лигазы. Полученные двухцепочечные полинуклеотиды длиной 271 и 286 пар оснований были встроены в плазмидные векторы. Туда же были встроены и регуляторные участки ДНК, обеспечивающие экспрессию гибридных молекул. Клонированные гены кодировали синтез проинсулина, который путем несложной химической обработки можно превратить в активный инсулин, включающий две полипептидные цепи А и В из 21 и 30 аминокислотных остатков, соединенных между собой сульфгидрильными связями».
Таким способом получены и клонированы гены, кодирующие глобины человека, животных и птиц, белок хрусталика глаза быка, яичный белок, фиброин шелка, продуцируемый тутовым шелкопрядом, и др.
Этот же принцип был применен для получения, клонирования и экспрессии генов интерферона человека в бактериях. Интерферон - ценный лекарственный препарат, широко используемый для борьбы с вирусными инфекциями и лечения ряда других заболеваний, включая злокачественные опухоли. Интерферон вырабатывается в клетках животных и человека, но обладает выраженной видовой специфичностью.
Ю.А. Овчинников и В.Г. Дебабов с сотрудниками получили микроорганизмы, эффективно синтезирующие интерфероны человека. Этим исследователям удалось сконструировать рекомбинантные плазмиды, обуславливающие синтез интерферона человека в Е. coli.
Очищенный из клеток бактерий интерферон по своим физико-химическим и биологическим свойствам оказался близок интерферону, находящемуся в крови доноров.
За счет введения в векторную плазмиду сигнальных последовательностей, инициирующих синтез и РНК и белка, удалось получить бактерии, способные синтезировать до 5 мг интерферона в расчете на 1л суспензии бактерий. Это в 5000 раз больше, чем содержится в 1л крови доноров. Замена Е. coli на микробы некоторых других видов позволяет еще больше увеличить производительность такой «фабрики интерферона».
К открытиям связанным с достижениями генной инженерии нужно прибавить то, что огромный генетический «чертеж» многоклеточного существа просчитан полностью.
После восьми лет работы многих исследовательских групп удалось точно определить 97 миллионов пар нуклеотидов и их местонахождение в спирали ДНК, хранящей полную наследственную информацию микроскопического червячка Сaenorhabditis elegans длиной около миллиметра.
Хотя это очень маленький червь, скорее червячок, с него без всякого преувеличения начинается новая эра в биологии. Геном этой нематоды состоит из 97 миллионов пар нуклеотидов ДНК, округленно 0,1 миллиарда пар. Геном человека, согласно большинству оценок, - 3 миллиарда нуклеотидных пар. Разница в 30 раз. Однако именно эта работа, о которой идет речь, окончательно убедила даже самых закоренелых скептиков, что расшифровка строения всего генома человека не только возможна, но и достижима в ближайшие годы.
Естественно, расшифровать геном таких гигантских размеров, как у названной нематоды (97 миллионов пар нуклеотидов ДНК), невозможно без огромной подготовительной работы. Ее в основном завершили к 1989 году. Прежде всего, была построена физическая карта всего генома нематоды. Физическая карта представляет собой небольшие участки ДНК известной структуры (маркеры), расположенные на определенных расстояниях один от другого.
И вот с 1990 года началось само секвенирование. Его темп составлял в 1992 году 1 миллион пар нуклеотидов в год. Если бы такой темп сохранился, на расшифровку всего генома понадобилось бы почти 100 лет! Ускорить работы удалось простейшим способом - число исследователей в каждом центре возросло примерно до 100. По мере того, как раскрывалась нуклеотидная последовательность ДНК C. elegans, пришлось расстаться с двумя заблуждениями:
Во-первых, оказалось, что генов у нее не 15 тысяч, как предполагали вначале, а 19099.
Во-вторых, надежда на то, что гены сосредоточены в середине хромосом, а к концам сильно редеют, оправдалась лишь отчасти: гены распределены вдоль хромосом относительно равномерно, хотя в центральной части их все-таки больше. В лабораториях мира полным ходом идет расшифровка генома человека. Эта международная программа была начата в 1989 году.
Сейчас в разных странах мира, в лабораториях, разделивших между собой «фронт работ» (всего надо прочитать около трех миллиардов пар нуклеотидов), ежедневно расшифровывается более миллиона нуклеотидных пар, причем темп работ все ускоряется.
Если у дрожжей функция половины генов в геноме неизвестна (так называемые молчащие гены), то у червя C. elegans эта доля еще больше: из 19 тысяч генов 12 тысяч остаются пока загадочными.
Значение секвенирования генома нематоды, конечно, выходит далеко за рамки того, что можно назвать полигоном для расшифровки генома человека. C. elegans - первый многоклеточный организм, геном которого раскрыт практически полностью.Можно напомнить: несколько лет назад был расшифрован первый геном эукариотического организма - дрожжей, то есть организма, клетки которого содержат оформленные ядра.
Иначе говоря, за два года был пройден путь от генома одноклеточного до генома многоклеточного организма.
Программа «Геном человека», как уже говорилось, - программа общечеловеческая. Каждая лаборатория, в какой бы стране она ни находилась, вносит в нее посильный вклад. И как только кому-то удается раскрыть структуру нового гена, эта информация немедленно поступает в Международный банк данных, доступный каждому исследователю.
Сейчас, даже трудно предсказать все возможности, которые будут реализованы в ближайшие несколько десятков лет.

Приложенные файлы

  • docx 583141
    Размер файла: 163 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий