Биология в новом свете: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Перевод с немецкого канд. биол. наук К. М. Близник и С. В. Беневоленского

под редакцией д-ра биол. наук Ю. Г. Капульцевича

ИЗДАТЕЛЬСТВО "МИР" МОСКВА 1978

ИБ № 1010

Редактор А. Кондрашова

Художник Ф. Инфанте

Художественный редактор Л. Безрученков

Технический редактор Н. Манохина

Корректор Н. Матюхина

Предисловие редактора перевода

Последние два-три десятилетия биология переживает период бурного развития. Замечательные успехи, достигнутые во многих областях этой науки, привели к "информационному взрыву". Количество биологической литературы лавинообразно растет с каждым годом, так что даже специалисты, непосредственно занимающиеся биологией, не в состоянии уследить за развитием всех многочисленных биологических дисциплин. Представители других наук чувствуют себя еще более беспомощными перед этим морем информации. В особенно трудном положении оказывается молодежь, желающая посвятить себя науке. Современная наука, и биология в частности, многогранна, а в учебниках находят отражение лишь твердо установленные факты и теории, выдержавшие проверку временем. Как же выбрать свой путь? Здесь на помощь должна прийти научно-популярная литература.

За последние годы наши издательства выпустили немало научно-популярных книг по биологии, но все они были посвящены каким-то отдельным ее разделам, в основном вопросам генетики, молекулярной биологии и микробиологии.

Предлагаемая вниманию читателя книга Роланда Глазера, профессора Берлинского университета им. Гумбольдта, выгодно отличается от других научно-популярных изданий на эту тему по крайней мере в двух отношениях.

Во-первых, автор рассматривает биологию как науку в целом, а не какие-то отдельные ее области. Читатель знакомится с различными процессами, протекающими на разных уровнях биологической организации, — от молекул до животного и даже целых сообществ живых организмов, так называемых биоценозов.

Во-вторых, основное внимание в книге уделено вопросам, которые в научно-популярной биологической литературе, как правило, вообще не обсуждаются, а в обширных курсах по общей биологии упоминаются лишь мимоходом. Это вопросы, связанные с использованием в биологии физики и математики. Книгу Р. Глазера можно было бы назвать "Жизнь с точки зрения физика", если бы сходное название не было уже использовано выдающимся австрийским физиком Э. Шредингером для своей известной книги, носящей более специальный характер[1].

Глазер предлагает взглянуть на биологию по-новому. Он обращает внимание читателя на целый ряд биологических явлений и процессов, механизмы которых можно понять и объяснить, привлекая на помощь математический аппарат, физические законы и теории. Проблемы эти довольно сложны, многое в их решении остается неясным и по сей день, но автор ведет свой рассказ увлекательно, в доступной для непосвященного читателя форме. И это, несомненно, большое достоинство книги.

Первые же ее страницы буквально интригуют читателя: автор приводит удивительные результаты сопоставления биологических и технических объектов. Телевизионная башня кажется нам очень высокой и стройной. Как, наверное, трудно спроектировать и построить такое сооружение! Отношение высоты башни к ее диаметру составляет примерно 20. Много это или мало? Оказывается, не так уж много, ибо у обыкновенного тростника это отношение равно 200! Муха-журчалка за одну секунду пролетает расстояние, в 1000 раз превышающее длину ее тела. Если бы скорость самолета находилась в таком же соотношении с его длиной (равной, скажем, 30 м), то она должна была бы достигать 30 км/с — в 100 раз больше скорости звука! Значит ли это, что технические объекты безнадежно отстают от живых организмов? Прочитав книгу, читатель получит ответ и на этот, и на многие другие вопросы, подчас совершенно неожиданные.

Наивные детские "почему?", от которых столь часто с досадой отмахиваются взрослые! Почему из мухи нельзя сделать слона? Почему слон не больше, а мышь не меньше, чем они есть на самом деле, и т. д. Автор призывает не бояться таких вопросов. Часто они помогают нам взглянуть на привычный мир иначе и увидеть в нем что-то новое...

Математика поистине всесильна. Оказывается, она помогает нам описать форму живого организма и проследить ее изменение в процессе эволюции. В настоящее время много говорится о теории оптимальных процессов, которая позволяет решать сложные вопросы экономики, управления народным хозяйством. Но эта же теория находит широкое применение и в биологии.

Современная биология использует и термодинамику. Законы термодинамики позволяют объяснить, откуда живые организмы берут необходимую энергию, как эта энергия преобразуется в процессе жизнедеятельности организмов, в каких формах она накапливается в биологических системах и как расходуется ими.

Читатель вместе с автором совершает увлекательное путешествие в царство молекул, где перед ним открывается совершенно иной, не знакомый ему мир — мир, в котором многие привычные представления теряют смысл. Читатель узнает, как происходит синтез белковых молекул в клетке, какое важное значение имеет хаотическое тепловое движение молекул для протекания биохимических реакций, для самой жизни.

В книге Р. Глазера затронут чрезвычайно широкий круг вопросов, и вполне естественно, что отнюдь не на все из них автор мог дать исчерпывающие ответы. Подробное изложение всех этих вопросов потребовало бы чрезмерного увеличения объема книги. Кроме того, многие из них еще ждут своего решения. Однако главная задача автора — пробудить у читателя интерес к тем проблемам биологии, для решения которых необходимо знание физики и математики.

И нам кажется, что с этой задачей он удачно справился.

Книга "Биология в новом свете" адресована в первую очередь школьникам старших классов, перед которыми стоит большая и трудная проблема — найти свой путь в жизни" И мы надеемся, что, ознакомившись с этой книгой, многие школьники с математическим складом ума поймут, что и в биологии перед ними открываются широкие возможности для применения своих способностей, Эту книгу с интересом прочтут и специалисты — как биологи, так и представители других наук, а преподавателям биологии она несомненно принесет особую пользу.

Ю. Капульцевич

Введение. Тем, кто хочет изучать биологию, хотя и не собирается стать директором зоопарка

Итак, кто же такой биолог? Разные люди наверняка ответили бы на этот вопрос по-разному. "Биолог — человек с ботанизиркой и сачком для ловли бабочек, чудак, работа которого больше похожа на хобби", — сказал бы один. "Биолог — это исследователь, который выращивает в реторте людей, людей с выдающимися способностями, сверхлюдей будущего", — заявил бы другой. Оба этих крайних суждения одинаково абсурдны; между ними, вероятно простирается широкий спектр мнений. И это не удивительно, поскольку ни в одной науке за последние десятилетия не произошли такие революционные изменения, как в биологии. Сейчас биология находится где-то в середине этого этапа развития, и вряд ли кто-нибудь возьмется дать долгосрочный прогноз на будущее. Часто даже самим биологам нелегко бывает уследить за новыми направлениями, возникающими в той огромной области науки, которая связана с познанием жизни — высшей формы движения. Насколько же трудно должно быть юноше, школьнику, когда ему приходится решать, в какой области работать, какой профессии больше всего соответствуют его способности и интересы! Для чего изучают биологию? Чтобы стать директором зоопарка? Не зря ли стараются заработать пятерки по математике и физике те, кто собирается заниматься "всего лишь" биологией? Можно ли отнести биологию к "точным" наукам?

Издавна человек, видя перед собой изобилие биологических форм — растений и животных, — испытывал потребность разобраться во всем этом многообразии, систематизировать его. С этого и началась биология. В наше время кое-кто склонен недооценивать биологов, занимающихся сбором растений и наблюдением за животными: "Гербариями и коллекциями бабочек пристойно заниматься юным натуралистам или взрослым в свободное время!" Но не следует забывать, что любые успехи современной биологии — будь то новые нейрофармакологические препараты и антибиотики, знания о наследственных болезнях или новые сорта и породы полезных растений и животных и многое другое — были бы невозможны без работ наших неустанно коллекционировавших и классифицировавших предшественников. Что делали бы мы сейчас без детальнейших сведений о многообразии биологических форм и их систематизации! И хотя центр тяжести биологических исследований находится теперь не в области систематики, многие вопросы в ней остаются по-прежнему открытыми и продолжают служить предметом научных дискуссий.

Наряду с исследованием видов, их морфологического и анатомического строения ученые изучают механизмы жизнедеятельности. Эту область биологии называют физиологией. Почему бьется сердце? У всех ли животных оно есть? Как оно работает у тех или иных животных? Как связан образ жизни живого существа с функциями его органов? В физиологии аспект сравнения, систематизации выражен еще достаточно сильно и играет заметную роль, хотя главным здесь, конечно, является вопрос о принципах строения организма. Элементы сравнения можно обнаружить даже в одном из самых современных направлений биологии — биохимии. Из каких химических кирпичиков сложен организм? Какие в нем протекают химические реакции и зачем они нужны? Что общего или различного между реакциями у разных организмов?

"В настоящее время все более возрастает стремление выявить функциональные связи между отдельными элементами живых организмов, разобраться в механизмах биологических процессов; неуклонно расширяется использование в биологии химических методов исследования. Но вместе с тем все чаще напрашивается мысль: а нельзя ли применить в биологии физические законы, справедливые для неживой природы? Не пригодится ли физическая наука с ее столь солидной аналитической базой для познания функциональных схем животных и растений?

[1] Шредингер Э., Что такое жизнь? С точки зрения физика; М., Атомиздат, 1972.