Естествознание как комплекс наук о природе. Наука в постижении бытия

Вид материала

Документы

Содержание Применение в научных исследованиях Искусственная экспрессия Визуализация продуктов генов Исследование механизма экспрессии Генная инженерия человека 9.5. Концепции самоорганизации: синергетика. Синергетический подход в современном познании, основные принципы Первая концепция Вторая концепция рассматривает информацию как свойство материи Третья концепция Информация как семантическое свойство материи

Подобный материал:

• Естествознание как комплекс наук о природе (естественных наук) Дифференциация наук, 216.86kb.
• 1. Понятие и определение иммунитета, 164.05kb.
• Лекция Естествознание – единая наука о природе. Основные этапы развития естествознания, 20.66kb.
• Концепция современного естествознания Глава 1: Предмет естествознания, 397.47kb.
• Программа курса «Методология и методика научного исследования» Специальность 080507, 44.29kb.
• Тематика семинарских занятий. Тема Естествознание и его место в культуре, 105.96kb.
• Программа предусматривает рассмотреть три аспекта бытия науки: • наука как познавательная, 195.42kb.
• Вопросы кандидатского экзамена по истории и философии науки, 168.1kb.
• Вопросы кандидатского экзамена по истории и философии науки, 136.8kb.
• Вопросы кандидатского экзамена по истории и философии науки, 252.02kb.

Применение в научных исследованиях

Нокаут гена. Для изучения функции того или иного гена может быть применен нокаут гена (gene knockout). Так называется техника удаления одного или большего количества генов, что позволяет исследовать последствия подобной мутации. Для нокаута синтезируют такой же ген или его фрагмент, изменённый так, чтобы продукт гена потерял свою функцию. Для получения нокаутных мышей полученную генно-инженерную конструкцию вводят в эмбриональные стволовые клетки, где конструкция подвергается соматической рекомбинации и замещает нормальный ген, а измененные клетки имплантируют в бластоцист суррогатной матери. У плодовой мушки дрозофилы мутации инициируют в большой популяции, в которой затем ищут потомство с нужной мутацией. Сходным способом получают нокаут у растений и микроорганизмов.

Искусственная экспрессия. Логичным дополнением нокаута является искусственная экспресия, то есть добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов. В сущности процесс введения дополнительных генов таков же, как и при нокауте, но существующие гены не замещаются и не повреждаются.



Визуализация продуктов генов. Используется, когда задачей является изучение локализации продукта гена. Одним из способов мечения является замещение нормального гена на слитый с репортёрным элементом, например, с геном зелёного флуоресцентного белка (GFP). Этот белок, флуоресцирующий в голубом свете, используется для визуализации продукта генной модификации. Хотя такая техника удобна и полезна, ее побочными следствиями может быть частичная или полная потеря функции исследуемого белка. Более изощрённым, хотя и не столь удобным методом является добавление к изучаемому белку не столь больших олигопептидов, которые могут быть обнаружены с помощью специфических антител.

Исследование механизма экспрессии. В таких экспериментах задачей является изучение условий экспрессии гена. Особенности экспрессии зависят прежде всего от небольшого участка ДНК, расположенного перед кодирующей областью, который называется промотор и служит для связывания факторов транскрипции. Этот участок вводят в организм, поставив после него вместо собственного гена репортерный, например, GFP или фермента, катализирующего легко обнаруживаемую реакцию. Кроме того, что функционирование промотора в тех или иных тканях в тот или иной момент становится хорошо заметным, такие эксперименты позволяют исследовать структуру промотора, убирая или добавляя к нему фрагменты ДНК, а также искусственно усиливать его функции.

Генная инженерия человека

В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков.

Хотя и в небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия ^[1]. Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей.

При помощи генной инженерии можно получать потомков с улучшенной внешностью, умственными и физическими способностями, характером и поведением^[2]. С помощью генотерапии в будущем возможно улучшение генома и нынеживущих людей. В принципе можно создавать и более серьёзные изменения, но на пути подобных преобразований человечеству необходимо решить множество этических проблем.


9.5. Концепции самоорганизации: синергетика.


Синергетика (от греч. συν — «совместно» и греч. εργος — «действующий») — междисциплинарное направление научных исследований, задачей которого является изучение природных явлений и процессов на основе принципов самоорганизации систем (состоящих из подсистем). «...наука, занимающаяся изучением процессов самоорганизации и возникновения, поддержания, устойчивости и распада структур самой различной природы...»^[1].

Синергетика изначально заявлялась как междисциплинарный подход, так как принципы, управляющие процессами самоорганизации, одни и те же безотносительно природы систем.

Основное понятие синергетики — определение структуры как состояния, возникающего в результате поведения многоэлементной или многофакторной среды, не демонстрирующей стремления к усреднению термодинамического типа.

В отдельных случаях образование структур имеет волновой характер и иногда называется автоволновыми процессами (по аналогии с автоколебаниями).

Область исследований синергетики до сих пор до конца не определена, так как предмет её интересов лежит среди различных дисциплин, а основные методы синергетики взяты из нелинейной неравновесной термодинамики

Постепенно предмет синергетики распределился между различными направлениями:

• теория динамического хаоса исследует сверхсложную упорядоченность, напр. явление турбулентности;
  

• теория детерминированного хаоса исследует хаотические явления, возникающие в результате детерминированных процессов (в отсутствие случайных шумов);
  

• теория фракталов занимается изучением сложных самоподобных структур, часто возникающих в результате самоорганизации, процесс самоорганизации также может быть фрактальным;
  

• теория катастроф исследует поведение самоорганизующихся систем в терминах бифуркация, аттрактор, неустойчивость;
  

• лингвистическая синергетика и прогностика.
  

Синергетический подход в современном познании, основные принципы

• Наука имеет дело с системами разных уровней организации, связь между ними осуществляется через хаос
  
• Когда системы объединяются, целое не равно сумме частей
  
• Общее для всех систем: спонтанное образование, изменения на макроскопическом уровне, возникновение новых качеств, этап самоорганизации. При переходе от неупорядоченного состояния к состоянию порядка все системы ведут себя одинаково
  
• Неравновесность в системе является источником появления новой организации (порядка)
  
• Системы всегда открыты и обмениваются энергией с внешней средой
  
• Процессы локальной упорядоченности совершаются за счет притока энергии извне
  
• В сильно неравновесных условиях системы начинают воспринимать те факторы, которые они бы не восприняли в более равновесном состоянии
  
• В неравновесных условиях независимость элементов уступает место корпоративному поведению
  
• Вдали от равновесия согласованность поведения элементов возрастает. В равновесии молекула видит только своих соседей, вдали равновесия – видит всю систему целиком. Примеры: костная материя - коммуникация посредством сигналов, работа головного мозга.
  
• В условиях, далеких от равновесия, в системах действуют бифуркационные механизмы – наличие точек раздвоения продолжения развития. Варианты развития системы практически не предсказуемы.
  

Современная наука и синергетика объясняют процесс самоорганизации систем следующим образом.

1. Система должна быть открытой. Закрытая система в соответствии с законами термодинамики должна в конечном итоге прийти к состоянию с максимальной энтропией.
   
2. Открытая система должна быть достаточно далека от точки термодинамического равновесия. В точке равновесия система обладает максимальной энтропией и поэтому не способна к какой-либо организации: в этом состоянии достигается максимум её самодезорганизации. В состоянии, близком к равновесию, система со временем приблизится к нему и придет в состояние полной дезорганизации.
   
3. Фундаментальным принципом самоорганизации служит возникновение и усиление порядка через флуктуации. Такие флуктуации, или случайные отклонения, системы от некоторого среднего положения, в самом начале подавляются и ликвидируются системой. Но в открытых системах благодаря усилению неравновесности эти отклонения со временем возрастают и в конце концов приводят к «расшатыванию» прежнего порядка и возникновению нового. Этот процесс обычно характеризуют как принцип образования порядка через флуктуации. Так как флуктуации носят случайный характер, то становится ясно, что появление нового в мире всегда связано с действием случайных факторов. Об этом говорили античные философы Эпикур (341-270 до н.э.) и Лукреций Кар (99-45 до н.э.)
   
4. Возникновение самоорганизации опирается на положительную обратную связь. Функционирование различных автоматических устройств основывается на принципе отрицательной обратной связи, т.е. на получение обратных сигналов от исполнительных органов относительно положения системы и последующей корректировки этого положения управляющими устройствами. В самоорганизующейся системе изменения, появляющиеся в системе, не устраняются, а накапливаются и усиливаются, что и приводит в конце концов к возникновению нового порядка и структуры.
   
5. Процессы самоорганизации, как и переходы от одних структур к другим, сопровождаются нарушением симметрии. Так, мы уже видели, что при описании необратимых процессов пришлось отказаться от симметрии времени, характерной для обратимых процессов в механике. Процессы самоорганизации, связанные с необратимыми изменениями, приводят к разрушению старых и возникновению новых структур.
   
6. Самоорганизация может начаться лишь в системах, обладающих достаточным количеством взаимодействующих между собой элементов, имеющих некоторые критические размеры. В противном случае эффекты от синергетического взаимодействия будут недостаточны для появления коллективного поведения элементов системы и тем самым возникновения самоорганизации.
   

6. Роль информации в развитии природы и общества
   

Информация как универсальная категория играет очень важную роль в современном знании и в последние годы становится центральным объектом исследования гуманитарных наук.

Исторический опыт показывает, что общественное развитие невозможно вне информации и каналов ее распространения. Усложнение общественной жизни сопровождается расширением объемов информации, что, в свою очередь, ведет к увеличению потребности в обмене информацией. Чем шире потребность в информации и информационном обмене, тем больше информации распространяется в обществе. Она оказывает определяющее влияние на сознание, поведение людей, определяет их быт, лежит в основе принятия решений, формирования мировоззрения, коммуникативных отношений в обществе. Информация представляет собой фактор, управляющий общественным развитием.

Наиболее актуальной информация становится в переломные моменты истории, когда происходят качественные преобразования в природе, общественном устройстве, науке и т.п. Все переломные моменты в истории общества связаны с накоплением информации и появлением новых способов и средств информационного обмена. На этих изломах исторического развития особенно ярко проявляется закон перехода количественного накопления информации в информацию нового качества. Таким образом, именно информация - официальная или обыденная, правдивая или намеренно искажающая факты, экономическая, производственная, экологическая и др. - оказывается главным источником движения общества. Потребность в информации (информационная потребность) является одной из интегративных потребностей человека, которая включается во все сферы и виды человеческой деятельности. Информационная деятельность составляет основу механизма развития социальной инфраструктуры и потому предваряет, сопровождает и завершает любую деятельность субъекта

Первая концепция (концепция К. Шеннона), отражая количественно-информационный подход, определяет информацию как меру неопределенности (энтропию) события. Количество информации в том или ином случае зависит от вероятности его получения: чем более вероятным является сообщение, тем меньше информации содержится в нем. Этот подход, хоть и не учитывает смысловую сторону информации, оказался весьма полезным в технике связи и вычислительной технике и послужил основой для измерения информации и оптимального кодирования сообщений. Кроме того, он представляется удобным для иллюстрации такого важного свойства информации, как новизна, неожиданность сообщений.

Вторая концепция рассматривает информацию как свойство материи. Ее появление связано с развитием кибернетики и основано на утверждении, что информацию содержат любые сообщения, воспринимаемые человеком или приборами. Наиболее ярко и образно эта концепция информации выражена академиком В.М. Глушковым. Он писал, что "информацию несут не только испещренные буквами листы книги или человеческая речь, но и солнечный свет, складки горного хребта, шум водопада, шелест травы".

То есть, информация как свойство материи создает представление о ее природе и структуре, упорядоченности и разнообразии. Она не может существовать вне материи, а значит, она существовала и будет существовать вечно, ее можно накапливать, хранить и перерабатывать.

Третья концепция основана на логико-семантическом подходе, при котором информация трактуется как знание, причем не любое знание, а та его часть, которая используется для ориентировки, для активного действия, для управления и самоуправления.

6. Информация как семантическое свойство материи
   

В основе современной естественнонаучной картины мира лежит понятие материи. Для человека материя является предметом изучения и преобразования. В соответствии с современным научным мировоззрением материя обладает энергетическими и семантическими (смысловыми) свойствами. В философском плане семантическое свойство материи отождествляется с информацией. Это означает, что, будучи свойством материи, информация присуща каждому материальному объекту. Понятие информации — одно из фундаментальных в современной науке. Наряду с такими понятиями, как вещество, пространство, энергия и время, оно составляет основу современной картины мира.