Теоретична біологія і її закони Немерцалов Володимирович доцент

Теоретична біологія і її закони Немерцалов Володимирович, доцент кафедри ботаніки

Присвята l Доповідь присвячується 75 -ій річниці від дня виходу книги Ервіна Бауера “Теоретична біологія” та 65 -ій річниці від дня виходу книги Ервіна Шрьодінгера “Що таке життя з точки зору фізики? ”

Бути чи не бути? l Для біології існує лише дві путі: або визнати неможливість пояснення життя на основі законів фізики і хімії, або, якщо пояснення можливе, знайти його, в тому числі на основі загальних закономірностей, що характеризують властивості і структуру матерії, речовини, поля. (за М. В. Волькенштейном)

Типологія матеріальних систем (за складністю форм руху матерії) l Механічні l Фізичні l Хімічні l Біологічні l Соціальні (Біосоціальні)

Принцип “чорної скриньки” l l Досліджуємо параметри на “вході” і “виході” (поведінка системи) Досліджуємо вміст “чорної скриньки” (будова, або структура системи)

Організм, як система l Організм – це відкрита, нерівноважена, активна система, що сама регулюється, керується, розвивається, оновлюється і відтворюється. l «Всем живым существам свойственно прежде всего самопроизвольное изменение своего состояния, т. е. изменение состояния, которое не вызвано внешними причинами, лежащими вне живого существа. . . » (Бауэр, 1935)

Етапи наукового пошуку l l l Збір (первинної інформації, фактів) Опис та Узагальнення Пояснення Передбачення Керування (Використання) Створення (відтворення) систем Колекція - Музей чи Бібліотека – Лабораторія – Дослідний інститут – Конструкторське бюро – Виробництво

Наукові підходи l l Феноменологічний (пасивний – спостереження, індуктивний) Експериментальний (активний – дослідження, індуктивний) Теоретичний (робота з готовою інформацією, дедуктивний) деякі живі системи неможливо вивчати експериментально

Співвідношення фактів і теорії l l Факти не мають сенсу Теорія має сенс l Якісні узагальнення в історії науки випереджають кількісні побудови l Розвиток науки полягає у пошуку такого погляду на проблему, який робить її максимально простою

Мова теоретичного апарату l l l l Математика? Кібернетика? Теорія систем? Теорія ігор? Теорія хаосу? Сінергетика? В теоретичній природничій науці (фізиці або біології) найголовніше – ідеї і поняття (мова), а не математика (за В. Л. Гінзбургом)

“Закони природи” l l Строгі і точні закономірності поведінки систем, сформульовані та обґрунтовані теоретично і підтверджені дослідами чи досвідом. Закономірності, що передбачають численні виключення та певні умови для прояву називають правилами.

“Закони теоретичної біології” l l В біології відомо 10 -20 закономірностей, що історично отримали назву законів (біогенетичний закон Геккеля, закони Лібіха, Бера, Долло, Осборна, тощо). За загальнонауковими вимогами вони є лише наближеними правилами. Проте їхнє узагальнююче значення досить велике: вони збільшують розряди інформації.

Межи застосування закону l l l Закон застосовується для того типу систем, для якого він був сформульований. Чи підкоряється система закону? Чи може вона порушити закон? Чи можна завдяки закону передбачити поведінку системи?

Співвідношення законів різного рівня l l Система підкоряється всім законам нижчого рівня (механічним, фізичним, хімічним, тощо), але пояснення її поведінки і передбачення її станів визначається законами її власного рівня Виникає проблема “збіжності” – чи збігаються (зводяться) закони вищого рівня до нижчого?

Вимоги до наведених законів l l l Атрибутивність Доведеність Лаконічність Системність Історичність

Система органічного світу l Закон єдності і різноманітності життя, закон Ж. Сент-Ілера. (основні поняття: ієрархія, таксон, аналогія, гомологія, помологія, еволюція) l Закон глобальності життя, перший закон В. І. Вернадського (основні поняття: біосфера, біогеоценоз, екосистема, колообіг, потік речовини і енергії)

Біологічна еволюція l l Закон органічної доцільності, або закон Аристотеля (основні поняття: гармонія, доцільність, адаптація, структура, функція, єдність організму і середовища) Закон природного добору, або закон Дарвіна (основні поняття: пристосованість, добір, спадковість, мінливість, ізоляція, стабілізація, боротьба за існування, популяція)

Індивідуальний розвиток організму l l Закон онтогенетичного старіння і оновлення, або закон Н. П. Кренке (Основні поняття: смерть, життя, репродукція, оновлення, морфогенез, онтогенез, фізіологічний вік) Закон цілісності онтогенезу, або закон Г. Дріша (Основні поняття: цілісність, послідовність, регуляція, прямі та зворотні зв'язки, регенерація, зумовленість, кореляція, стадії онтогенезу)

Фізіолого-біохімічна сутність життя l l Закон хімічного складу живої речовини, або перший закон Ф. Енгельса (Основні поняття: сполуки карбону, метаболізм, синтез та розпад, біополімери, життєдіяльність) Закон системної організації біохімічних процесів, або закон Л. фон Берталанфі (Основні поняття: відкрита неврівноважена система, спрямованість, самокерованість, час, простір, саморегуляція, активність, багатовимірність)

Генетико-кібернетична сутність життя l l Закон інформаційної зумовленості біологічних явищ, або закон К. Х. Уоддінгтона (Основні поняття: керування, сигнали, генетична, екологічна і біологічна інформація, інформатиди, семантиди, фенотип) Закон дискретності і неперервності генетичної інформації, закон Т. Х. Моргана і Б. С. Ефрусі (Основні поняття: генетичний код, ген, хромосома, ядро, геном, детермінізм, епігенез)

Людина і життя на Землі l l Закон провідної ролі праці і соціальних відносин в еволюції людини Закон біосферної ролі розуму (ноосфера)

Редукція чи інтеграція? l l Редукція – спрощення – перехід на нижчий рівень задля визначення структури Інтеграція – узагальнення – перехід на вищий рівень задля визначення мети чи “логіки поведінки”

Релятивістський підхід l l Біологія (систематика) – перша наука, що враховує присутність спостерігача Методологія Теоретичної біології має враховувати класифікацію вчених, які її просувають.

Класифікація дослідників l l l l l Аналітик – Синтетик Диверсифікатор (“Заплутаїст”) – Уніфікатор (“Розплутаїст”) Конкретик – “Абстракціоніст” Експериментатор (Практик) – Теоретик (Дослідник) Діяч – Спостерігач Критик – Генератор ідей Реаліст (Класик) – Ідеаліст (Романтик) Ерудит (Експерт) – Здібний (Талант) Конформіст – Незалежний мислитель Екстенсивний – Інтенсивний

Перебіг розвитку теоретичної науки l За спеціалізацією вчених: l l Практики-теоретики “Чисті” теоретики l Коли і кому потрібні теоретики? l

В біології “чистий” теоретик: l l l Ледар Нероба Авантюрист Спекулятор Триває епоха практиків-теоретиків. Основні підходи: феноменологічний та експериментальний

Особливість теоретичної біології Не в об'єкті (живі системи) l Не в меті (пояснити будову і поведінку живих систем) Ау l методах дослідження (аналітикодедуктивні) l конкретних завданнях (створення теорії) l

Хто має займатися теоретичною біологією? l l "Я твердо верю, что без теоретического предположения нет хороших и оригинальных наблюдений" Ч. Р. Дарвин Пусть теория руководит вашими наблюдениями. . . но до тех пор, пока ваша репутация не упрочнена, берегитесь опубликовывать теории. Он же

l в биологии обобщать факты должны те, кто их собирает, а не "специалисты по спекуляциям" Т. Добжанский l созрела ли данная наука для перехода к теории? l "нет ничего практичнее хорошей теории"