Многие научные учреждения избирают для своих изданий своеобразные эмблемы.
Увидя на обложке журнала землеройку, я знаю — передо мной труды известного польского Института териологии, прославившегося своими работами по изучению роста и развития млекопитающих. Латышские зоологи, изучающие перелеты птиц, избрали своей эмблемой ласточку. Эмблема нашей лаборатории — мышь, заключенная в кубический корень, изображенный в виде колоса пшеницы. Таким путем мы стремились наглядно отобразить паши интересы: изучение вредных млекопитающих с помощью точных математических методов исследования. В эмблемах отражается кредо исследовательских коллективов.
Поэтому на первый взгляд вызывает удивление эмблема XVI Международного зоологического конгресса, который состоялся в Вашингтоне в 1963 году. Его эмблема — Феникс. Что призвана символизировать эта легендарная мифическая птица? Неужели конгресс зоологов решил посвятить свои труды никогда не существовавшему животному? Нет, конечно.
Феникс — герой мифов Древней Греции и Египта — обладал замечательным свойством: после самосожжения он возрождался вновь.
Организаторы конгресса в избранной ими эмблеме хотели подчеркнуть глубокую и важную мысль. Некогда единая наука о животных — зоология — на наших глазах распалась на ряд специальных дочерних дисциплин: морфологию, физиологию, гистологию, эмбриологию. Это принесло свои плоды: специалист всегда работает лучше универсала. Наши знания о строении клеток и тканей животных, о законах их индивидуального развития углубились. О функционировании отдельных органов мы знаем сейчас неизмеримо больше, чем в те времена, когда зоология была единой наукой о животных.
Однако радость от достигнутых успехов омрачалась весьма существенным обстоятельством. Ведь цель зоологии осталась прежней: мы должны понять, что такое жизнь в ее целостности. Дробление же биологии на группы узких специальных дисциплин в какой-то степени отклонило внимание исследователей от этой главной задачи. Жизнь оказалась «разъятой» в том смысле, в каком пушкинский Сальери пытался разъять музыку.
Музыку я разъял, как труп.
Поверил я алгеброй гармонию.
Но жизнь, подобно музыке, не труп. Анализ явлений жизни не может не сопровождаться их синтезом. Из старой зоологии, сгоревшей в пламени новых специальных и неизмеримо более точных наук, новых идей и новых знаний, должна возродиться новая синтетическая зоология. Феникс призван символизировать это стремление зоологов.
В известной мере процесс становления новой зоологии, как и новой биологии вообще, отражает общие законы познания — по диалектической спирали, на основе отрицания отрицания.
Каждый узловой этап в развитии науки требует определенной стратегии научного поиска. Дело историков науки опередить эти стратегии на разных стадиях развития человеческой культуры. Не претендуя на безупречную точность, лишь удобства ради, попытаемся использовать следующую схему.
Долиннеевский период — период первоначального накопления фактов. От Линнея до Дарвина — первоначальная систематизация фактов. Дарвин, Мендель — первые широкие биологические обобщения, создание первых биологических теорий. Цель этих теорий: объяснение фактов, стремление понять, почему же наш мир именно таков, каким мы его видим.
Этот период продолжался почти всю первую половину нашего века и лишь постепенно сменился современным периодом, для которого характерно стремление связать законы жизни с законами, управляющими низшими формами движения материи — физикой и химией — и, как следствие этого, устремление в глубь живой материи, до уровня элементарных явлений и процессов.
Наша схема чисто феноменологическая, хотя не очень трудно было бы доказать, что смена этапов развития научной мысли была исторически неизбежной. Важно отметить, что каждый из выделенных этапов короче ему предшествующего. В этом также отражается общий ход истории: путь от каменного топора до стального меча оказался длиннее, чем от меча до атомной бомбы.
Поэтому не надо удивляться, что, едва зародившись, последний этап нашей схемы перестает удовлетворять и теоретиков, и практиков. Отсюда и мечта о Фениксе. Попытаемся понять, какие веления времени эта мечта отражает.
В связи с прогрессирующим воздействием человека па природу особое значение приобретают науки, изучающие жизнь в ее макропроявлении, и в частности структуру и динамику сообществ животных и растений.
Мы привыкли пользоваться микроскопом, с ним мы знакомимся с младших классов школы. Обычным становится и микроскоп электронный. Не только физики, по и биологи не мечтают, а планируют исследования, основа иные на увеличении объектов своей науки уже не в сотни тысяч, а миллионы раз. Мы справедливо гордимся вторжением в микромир живого. Но не рано ли забыли об опасности, которая всегда подстерегает излишне восторженного ученого, видим ли мы за деревьями лес?
От этой опасности предостерегал в недавно изданной книжке один из крупных современных физиологов канадец Ганс Селье. Как-то Селье посетил лабораторию одного из своих талантливых коллег. Тот рассказал об эксперименте, который он задумал провести с помощью электронного микроскопа увеличением в два миллиона раз. Селье был в восторге. Но позднее в голову ему пришла крамольная мысль: а хорошо ли, что гениальный мозг трудится над тем, как уменьшить поле своего зрения в миллионы раз?
Хорошо, но… лишь в случае, если знания, полученные при изучении микроструктуры живых организмов, будут полноценно использованы для уточнения общей картины живого мира.
Для решения этих двух основных задач биологии — изучения микромира и макромира жизни — нужны разные подходы, разный стиль мышления, разная техника. Исследуя под микроскопом слона, мы получим точное представление о строении его клеток и тканей, но что это за зверь — мы знать не будем.
Вспомним философский анекдот о трех слепых мудрецах. Один из них нащупал ногу слона и сказал, что перед ним колонна, другой потрогал хобот и сказал — змея, третий уткнулся в бок зверю и решил, что перед ним стена. Но ведь когда перед нами не слон, а необозримый живой мир лесов и океанов, не оказываемся ли и мы в положении слепого мудреца только потому, что у пас нет точки обзора, которая помогла бы охватить в едином взгляде целое, а не его части.
Нужен «макроскоп». Об этом говорят многие биологи. Но такого прибора нет. И даже если бы он существовал, им нельзя было бы пользоваться но той простой причине, что мы всего лишь люди и вся наша деятельность находится внутри природы, — «макроскоп» нельзя направить на себя.
Однако «макроскоп» существует. Это современная биологическая теория, позволяющая на основе изучения отдельных структурных элементов природы воссоздать целое, воссоздать общую картину мира. Развитие этой теории становится важнейшей задачей биологии. Намечаются и магистральные пути решения этой задачи. Биолог должен научиться описывать наблюдаемые им явления в точном количественном выражении, изучать их динамику и исследовать законы, которые определяют характер взаимосвязи между отдельными явлениями.
Пока силы человека по сравнению с силами природы были исчезающе малыми, задача эта не была особенно актуальной. Древний пахарь, вооруженный сохой или первобытным плугом, лесоруб с бронзовым топором, рыболов с острогой или ивовой вершей не могли существенно нарушить сложившееся природное равновесие. Но сейчас, когда в море выходит мощный рыболовный флот, лесоруб вооружен электропилами и трелевочными тракторами, а машинная вооруженность сельского хозяйства начинает конкурировать с крупной промышленностью, не так уж трудно подорвать воспроизводительные силы природы. Нужна теория, которая позволила бы сочетать интересы технического прогресса человечества с интересами охраны природы. Вот почему экологии и биогеоценологии — наукам, изучающим развитие природы в ее целостности, в ее макропроявлении, — должно быть уделено особое внимание. Вот как эта мысль записана в постановлении Президиума Академии наук:
«Состояние этих двух фланговых наук — молекулярной биологии и биогеоценологии — в значительной мере определяет состояние и развитие других промежуточных разделов биологии, поэтому молекулярная биология и биогеоценология становятся в настоящее время главными разделами биологии. Развитие биологических исследований на том или ином уровне организации жизни оказывает влияние не только на последующие, но и на предыдущие уровни.
Биогеоценология, а через нее и общее учение о биосфере, является высшим обобщением всех предшествующих классических направлений биологических наук. Традиционные биологические науки — ботаника, зоология, микробиология, почвоведение и другие — призваны решать две фундаментальные задачи: во-первых, систематизировать и классифицировать все живые организмы и инвентаризовать ресурсы фауны, флоры, растительности почв и, во-вторых, создавать новые, более полезные формы растений, животных, микроорганизмов, улучшать почвы, заменять менее продуктивные породы и сорта более продуктивными и т. д. Эти науки явились родоначальниками большинства современных разделов биологии. На их основе были созданы учение об эволюции и индивидуальном развитии организмов, генетика (а через нее и молекулярная биология), цитология, физиология растений и животных, экология, биогеоценология. В силу обратного воздействия дочерних паук ботаника, зоология, микробиология получили мощный стимул для их развития па экспериментальной основе».
Так советская Академия наук характеризует современный этап развития биологии, отмечает важнейшие «центры кристаллизации» новых идей, «горячие» точки биологии, которые должны дать начало новым направлениям исследования. Молекулярную биологию и изучение окружающих нас природных комплексов (степей и болот, лесов и морей — биогеоценозов) нередко именуют «правым» и «левым» флангами биологии. Эти обозначения условны («правый» и «левый» можно менять местами), в строгой научной литературе ими не пользуются, но они удобны, и поэтому мы будем прибегать к их помощи. «Левый фланг» биологии — это изучение субклеточного уровня организации жизни, «правый фланг» биологии — это изучение жизни в ее макропроявлении.
Возникновение «левого фланга» биологии исторически неизбежно. Не нужно быть философом, чтобы понять, что ни один закон физики или химии не может быть отмечен в живом организме. В противном случае нам пришлось бы уверовать в чудеса или призвать на помощь высшую силу, жизненную силу, Энтелехию. Этот путь для материалиста закрыт, он глубоко чужд нашему мировоззрению.
Но не будем и «излишне гордыми». Честно признаем, что на современном уровне развития наука еще не может «объяснить до конца» даже самые обычные явления природы. Например, почему и как (на основе каких физико-химических законов) из оплодотворенной яйцеклетки вырастает лев, курица или маргаритка. Однако известно, где именно и как следует искать ответ на этот вопрос.
Попытаемся спуститься вниз от организма по лестнице его структурной организации вплоть до субклеточных образований, до молекулярных ансамблей. Этим путем и пошла биология XX века, вооруженная электронными микроскопами, рентгеноструктурным анализом, мечеными атомами, современной химией.
Сделанные на этом пути открытия были ошеломляющими. На одном из самых трудных участков научного фронта победа казалась полной. Был расшифрован код наследственной информации. Это попросту означает, что найден ответ на вопрос: почему дети похожи на своих родителей.
История расшифровки наследственного кода (точнее, кода биологического синтеза бесконечно разнообразных клеточных белков) многократно описана в литературе всех уровней — от научных трактатов до страниц «Пионерской правды». Поэтому для нас важно в самом общем виде, сознательно схематизируя сложнейшее явление, понять, в чем же суть этого поистине эпохального открытия.
Любая клетка растения или животного содержит хромосомы, которые в процессе деления распределяются между дочерними клетками. Хромосомы состоят из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), ядерной кислоты и белков.
Для неспециалиста и даже для биолога, не занимающегося проблемами цитологии или генетики, не так уж важно, каково строение этого вещества. Важно другое: не только у двух близких видов, но даже у животных одного вида, у родных братьев и сестер нет и не может быть одинаковых нитей ДНК. Клетка делится и, если не произойдет из ряда вон выходящих событий, передаст свою ДНК дочерним клеткам.
Установлено, что синтез белка (состав и последовательность аминокислот, из которых состоит белок) в организме подчиняется командам ДНК. Поэтому какова ДНК, таков и белок развивающегося организма. А так как жизнь — наша, земная, жизнь — это форма существования белковых тел, то химическая, молекулярная структура ДНК полностью определяет специфику любого организма.
Вот почему дети похожи на своих родителей. Полученная ими ДНК содержит исчерпывающую инструкцию — как развиваться. История раскрытия аминокислотного кода блестяще характеризует направление «левого фланга биологии».
В этой книге не ставится задача описания роли ДНК в хранении и передаче наследственной информации. Важно показать главное — молекулярный механизм определяет ход сложнейшего биологического процесса. А это триумф «левого крыла» биологии, триумф неоспоримый. Неудивительно, что у многих биологов он порождает убеждение во всемогуществе «левого фланга» биологических наук.
Так ли это? Действительно ли современный биолог может объяснить жизнь (не отдельные ее проявления, а как высшую форму движения материи), ведя исследования исключительно на «левом фланге»?
Чтобы разобраться в этом, попытаемся глубже познакомиться с тем, что представляет собой «правый фланг» современной биологии. Определяется он двумя понятиями: популяция и биоценоз, точнее биогеоценоз.
Эти слова были известны биологам довольно давно, но именно в последние годы они стали звучать по-новому и превратились в центральные понятия многих биологических исследований.