Физико-химический идеал” в биологии и “биологический идеал” в химии

Активные регуляционные функции познавательных идеалов в развитии процесса взаимодействия химических и биологических знаний — весьма характерная черта процесса взаимодействия химии и биологии.

В период алхимии, простирающийся от греко-египетского до западноевропейского ее вариантов, т.е. вплоть до XVI в., важнейшими целевыми установками деятельности алхимиков были, как известно, задачи нахождения рецепта приготовления золота (“философского камня”), эликсира долголетия и универсального растворителя. Эти три задачи в комплексе, очевидно, и можно назвать познавательными идеалами алхимического этапа, т.е. высшими целями, определявшими направленность практически всей экспериментальной деятельности и теоретизирования химиков (алхимиков) значительного исторического периода.

Действенность названных идеалов алхимического периода как факторов развития научного знания определялась, как думается, тремя основными причинами: достижение таких идеалов (целей) было престижным и сулило большие материальные выгоды; идеалы эти были явно глобального свойства (что поддерживало духовный познавательный интерес естествоиспытателей того времени, психологически не готовых для деятельности по решению частных и узких задач коллективной науки — задач большинства современных ученых); идеалы эти были (как мы сейчас знаем) недостижимыми.

Названные особенности идеалов алхимии, скорее всего, и определили интенсивность, разнообразие и большую историческую продолжительность алхимического экспериментирования и творчества (несмотря на трудоемкость и опасность такой работы как с технической, так и с религиозно-идеологической стороны). Анализируя ситуацию этого большого периода, мы должны признать, несмотря на все оговорки, что все же, если поиски “философского камня” и универсального растворителя были направлены на решение задач химического свойства, то получение эликсира долголетия — задача получения (на современном языке) биологически активного вещества. Отсюда эликсир долголетия — исторически первый “биологический идеал” в химии, определяющий направление деятельности химиков через иатрохимию (лекарственную химию) к биологии в целом.

Начиная с XVI в. идеалы алхимии стали вырождаться, а вместе с ними — и алхимическая традиция освоения природы. Вырождение идеалов алхимии не было, конечно, связано с их достижением (и снятием по этой причине); наоборот, в среде передовых ученых утвердилось убеждение о принципиальной неосуществимости и, следовательно, ложности идеалов алхимии. Такой переориентации, как хорошо известно, способствовали значительные сдвиги в социально-экономической обстановке: расширение торговой деятельности, становление техники и технических знаний, ренессанс в искусстве, а также положительное знание, накопленное при испытаниях природных объектов в самой алхимии (развитие технической химии и металлургии, создание экспериментальных инструментов и методов) [Джуа, 1966, c. 51—53].

В результате этого в области наук о природе были дискредитированы такие идеалы алхимии, как “философский камень” и универсальный растворитель. Третий же идеал алхимии — эликсир долголетия — не был дискредитирован полностью. Действительно, определенные успехи (хотя и не все достоверные с современных позиций) в изменении состояния здоровья людей при применении химических препаратов, безусловно, имели место.

Так, помимо препаратов растительного происхождения (получаемых перегонкой или экстракцией), часть из которых была известна с глубокой древности, начиная с работ Василия Валентина, алхимика XV—XVI вв., стали применяться неорганические препараты — продукты препаративной химии, например сурьмяные и ртутные (см., напр., [Сборник, 1980, c. 204; Майер, 1989, c. 42]). Идея создания эликсира долголетия к XVII в. уже, однако, нуждалась в трансформации как несоответствующая сложившемуся к этому времени уровню науки и культуры в целом.

Такой “трансформированный идеал”, который также можно назвать “биологическим идеалом” в химии, сформулировал Теофраст Парацельс, утверждая, что “настоящая химия заключается не в изготовлении золота, а в приготовлении лекарств”.

Эти слова Парацельса (см.: [Джуа, 1966, c. 61]) характеризуют начало нового периода развития химии в рамках преимущественно иатрохимии. Если учитывать, что многие цели иатрохимиков были вполне практическими и реальными (не всегда идеалами как высшими целями), то об иатрохимии можно говорить как о периоде развития химии под регуляционным влиянием “биологической идеологии” (в широком понимании биологии, включающей и смежные медицинские науки: физиологию, фармакологию и т.п.).

Поскольку в истории развития естествознания период иатрохимии занимает XVI—XVII вв., можно отметить, что с древнейших времен до XVII в. химическое знание сначала частично, а затем полностью направлялось “биологическими идеалами” или регулировалось “биологической идеологией”.

Таким образом, на начальных этапах становления взаимодействия химии и биологии этот процесс был обусловлен не столько раскрывающимися объективными объект-предметными связями, сколько факторами социального (социальный заказ) и духовного (познавательный, творческий интерес) свойства.

Небезынтересно отметить, что в период алхимии и иатрохимии химики ориентировались в своих изысканиях на идеалы и цели, путь к которым был весьма неопределенным, поэтому ученые двигались к намеченным целям, словно путники в тумане: зная пункт назначения, но не видя дороги. В результате алхимики и иатрохимики получили разнообразные результаты, эмпирический материал, составивший основу для становления новой химии в XVII—XVIII вв.

Кроме того, характерный для ранних этапов развития химии “биологический идеал” явился, вероятно, одним из истоков стойкой в будущем традиции ориентации химических исследований на биологические объекты и химического знания на биологическое знание.

Следующий после иатрохимии этап развития химии (“новая химия”) относится к XVII—XVIII вв. Начинающийся со становления химии газов, теории флогистона, корпускулярных представлений, а затем продолжившийся в учении об элементах, кислородной теории и т.п. этот этап характеризуется утратой “биологического идеала” в химии как центрального и заметного. Для него характерен поворот к идеалам, задаваемым физикой и особенно механикой, их строгостью и точностью (что подробно обсуждалось выше).

Р.Бойль так описал новый поворот в ориентации химических исследований (утверждая тем самым новую идеологию в институте химии): “Химики до сих пор руководствовались чересчур узкими принципами, не требовавшими широкого умственного кругозора; они усматривали свою задачу в приготовлении лекарств, извлечении и превращении металлов. Я смотрю на химию с совершенно иной точки зрения, я смотрю на нее не как врач, не как алхимик, а как должен смотреть на нее философ (т.е. как ученый. — В.К.). Я начертил здесь план химической философии, который надеюсь выполнить и усовершенствовать своими опытами и наблюдениями” [Джуа, 1966, c. 87—88].

Таким образом, в химии утверждались новая “физико-математическая идеология” и соответствующие ей познавательные идеалы. Характерно, что эти идеалы не имели, как ранее, практической значимости, они ориентировали химиков на приращение духовно-познавательных ценностей химической науки — строгого и теоретически стройного химического знания, в первую очередь в союзе с физикой и математикой. Эти цели были реализованы в основном в XVIII в. в работах А.Лавуазье и многих других естествоиспытателей.

Становление основ научной экспериментальной и теоретической химии в XVIII в. и начале XIX в. — учения об элементах и атомно-молекулярном строении вещества, весового метода и методов газовой химии, учения о тепловых эффектах химических реакций и т.п. — создало экспериментально-теоретический фундамент для качественно нового этапа взаимодействия химии и биологии в XIX в.

В первой половине XIX в. в институте химии стали зарождаться и выделяться в качестве особых направлений (научных дисциплин) многие пограничные области: электрохимия, учение о катализе, минералогическая химия, термохимия, а также такие крупные направления, как неорганическая и органическая химия. Можно отметить, что в этот период химическое сообщество быстро дифференцировалось по отдельным направлениям, задаваемым различными предметными областями, методами, целями. В каждой новой химической дисциплине появились собственные цели и идеалы. В контексте этой части наибольший интерес представляет, конечно, органическая химия, поскольку именно в системе знания органической химии сохранился “биологический идеал” и стала формироваться система знаний для последующего утверждения в биологии “химического идеала” и “химической идеологии”.

Предпосылки для формирования органической химии в качестве отдельной научной дисциплины стали, очевидно, зарождаться с давних времен в связи с тем, что ученые начали разделять вещества на землистые (минеральные) и животные или растительные (органические). Когда было проведено подобное простейшее разделение, установить конечно, невозможно; по некоторым данным — с X в. [Каримов, 1957, c. 60]. Однако органическая химия как одна из наиболее сложных по своему объекту химических дисциплин не могла возникнуть до того, как в химии был создан арсенал экспериментальных и теоретических знаний, препаративных и аналитических методов, достаточных для исследования и синтеза органических соединений, т.е. до начала XIX в.

К тому же господствовавшая тогда “виталистическая идеология” тормозила исследовательскую деятельность в направлении познания объектов живой природы физико-химическими методами. Эффективная деятельность вне такой идеологии могла быть осуществлена не на теоретико-идеологи- ческом фронте научных спекуляций, а в результате получения достоверных научных данных, основанных на эксперименте. Это вполне можно утверждать, учитывая превосходство “идеологического давления” натурфилософских виталистических представлений над альтернативными.

С конца XVIII в. экспериментальный и теоретический базис химии способствовал уже достаточно широкой постановке работ по исследованию веществ животного и растительного происхождения, особенно известных химикам органических спиртов, кислот, эфирных масел, мочевины и др. В 1807 г. Я.Берцелиус предложил вещества, типичные для живой природы (оливковое масло, сахар и т.п.), называть органическими, а вещества неживой природы (вода, соли и т.п.) — неорганическими. Сам Я.Берцелиус придерживался виталистических позиций, например, даже в 1833 г. он все еще утверждал, что органические вещества нельзя получать синтетически и только “жизненная сила” способна осуществить такой синтез (см., напр., [Джуа, 1966, c. 230]).

В то же время первичный сдвиг в направлении ослабления виталистических позиций (определяющий возможность утверждения “биологического идеала” в химии) произошел. Хорошо известно, что в 1828 г. Ф.Вёлер, нагревая цианат аммония, обнаружил кристаллы мочевины, т.е. органическое вещество, впервые полученное в искусственных условиях методами препаративной химии. Эта работа уже сама по себе устанавливала новый “биологический идеал” в химии — идеал синтеза в искусственных условиях веществ, аналогичных продуктам живой природы. Заметим, что данный идеал еще не связан с биологией как наукой прямым образом и “биологическим” он называется по природе объекта — цели химического синтеза и исследований структуры.

В результате такого движения отмечается прогрессивное развитие органической химии, особенно в ее основной синтетической части. В 1845 г. Г.Кольбе синтезировал уксусную кислоту, причем он получил ее таким методом, чтобы можно было проследить все этапы синтеза, начиная с исходных элементов: углерода, водорода, кислорода. В 50-е гг. XIX в. М.Бертло синтезировал уже множество типичных органических соединений: метанол, метан, ацетилен и др. При характеристике данного периода историки отмечают: “Химики не видели особой пользы от получения соединений, отсутствующих в живой природе или не связанных с ними генетически. Либих считал такое направление бесполезным, другие химики — ложным” [Быков, 1978, c. 289].

Можно констатировать, что к середине XIX в. в сознании химиков укрепилось убеждение о возможности исследований и синтеза сложных по структуре веществ, аналогов химическим соединениям живых объектов. Вместе с этим можно говорить об окончательном утверждении в химии своеобразного “биологического идеала”, который уже не был общехимическим идеалом и функционировал как фактор, регулирующий научную деятельность в рамках частной дисциплины — органической химии. Такой идеал явился инвариантом, позволяющим выделить органическую химию как особую область в системе естественных наук.

В 1853 г. Ш. Жерар, выделяя органическую химию в системе естествознания именно по основной цели, писал, что “задачей органической химии является исследование методов синтеза органических веществ вне живого организма” [Фаерштейн, 1968, c. 143]. Рассматривая здесь вопрос с точки зрения общих тенденций взаимодействия химии и биологии, отметим, что описанные выше процессы стали одними из решающих для становления взаимодействия этих наук на новых этапах в будущем. Действительно, те задачи, которые решались в органической химии на начальных ее этапах, т.е. до середины XIX в.: анализ элементного состава и строения органических соединений (соединений живой природы), искусственный синтез их аналогов (синтез вне биосинтетического аппарата живых организмов), и составляют предмет и методы современной пограничной науки “биоорганическая химия”. Если бы приблизительно с середины XIX в. предметная область химии (которая стала определяться как химия соединений углерода — Гмелин, 1888; Кекуле, 1861) и ее целевые установки не расширились, то введение в ХХ в. нового названия “биоорганическая химия” не потребовалось бы.

Как хорошо известно, методолого-теоретический инструментарий органической химии сформировался в процессе “классического периода” становления теорий химического строения, завершившегося теорией, созданной А.М.Бутлеровым в 60-е гг. XIX в.

Органическая химия, таким образом, прошла следующие этапы развития: выделение некоторых веществ живой природы и определение их элементного состава — до конца XVIII в. (вне регуляционных функций “биологического идеала”); синтез веществ, только аналогичных веществам живой природы, и изучение их состава и структуры — до середины XIX в. (с регуляционными функциями “биологического идеала”); исследования и синтез любых соединений углерода с расширенным пониманием органического соединения уже не обязательно как аналога соединениям живой природы — с середины XIX в.

При характеристике описанного этапа в связи с проблемами взаимодействия наук существенно подчеркнуть, что начальные этапы становления органической химии были обусловлены объективной объектной взаимосвязью химии и биологии с осознанием химиками живой природы объектов их исследования. В то же время это только предполагало взаимодействие химии и биологии как научных дисциплин в будущем, поскольку молекулярные образования живой природы со специфической структурой и функциями вошли в предметную область биологии (точнее ее пограничных областей) позднее. Наметившаяся в данной области знания новая предметная пограничная область обусловила реальные процессы синтеза и интеграции химических и биологических дисциплин на молекулярно-клеточном уровне лишь в ХХ в.

К этому времени биология “сверху” подошла к проблеме исследования субклеточных компонентов (движение биологического знания к субклеточному уровню: клетка — Гук, 1665; ядро — Броун, 1831; клеточная теория — Шледен, Шванн, Моль, середина XIX в.; клеточные органоиды — Э. ван Бенден, К.Бенда, Ф.Менес, К.Гольджи и др., конец XIX в.), а органическая химия совместно с другими химическими дисциплинами “снизу” подошла к уровню, достаточному для исследований биомолекул и их функций. Последнее реально произошло уже в ХХ в. в связи с детальными исследованиями синтетических и биополимеров.

Таким образом, органическая химия — химия углерода, являясь по своей объективной природе химией живых организмов, вне прямого и непосредственного взаимодействия с биологией сформировала экспериментальную и теоретическую базу для многих пограничных разделов естествознания, относимых к биофизико-химической пограничной области. Многие разделы органической химии, ведомой “биологическим идеалом”, разрабатываемые вне связи с какими-либо “заказами” со стороны биологической науки в XIX—ХХ вв., определили активное взаимодействие наук, которое выразилось в формировании биохимии, молекулярной биологии, биоорганической химии и их прикладных разделов в сфере биотехнологии.

В данном разделе мы также рассмотрим проблему с точки зрения функций “химического идеала” в биологии и соответствующей ему “химической идеологии” в биологии. Поскольку наш философско-методологический анализ осуществляется в неразрывной связи с историко-логическим процессом реконструкции развития естествознания в пограничных областях, мы, пользуясь приведенными выше материалами, можем отметить, что до ХХ в. химические методы в биологии (именно в биологии как науке, специальной дисциплине в институте науки) могли находить применение при исследовании объектов биологии соответствующего ей уровня предметного рассмотрения. Таким уровнем биологии до ХХ в. были отдельные органы и организмы в целом (растительные и животные), но еще не молекулярные процессы внутриклеточного биосинтеза, наследственного кодирования, регуляции и т.п. Вследствие этого обстоятельства мы вплоть до конца XIX в. находим формы “химической идеологии” в биологии и соответствующие исследования в области физиологии и аграрных наук. Вопрос о взаимосвязи и взаимодействии химии и биологии в области изучения химических явлений в связи с функциями целостных живых организмов (или органов) специфичен.

Рассмотренные в предыдущих разделах вопросы становления взаимодействия химии и биологии в сфере органической химии характеризуют становление непосредственного синтеза химического и биологического знаний на молекулярном уровне. Физиологическая химия представляет собой уже интегративную область взаимосвязи химии и биологии, поскольку функции целостных организмов и материальные образования, с ними взаимосвязанные, далеко не исчерпываются в своих сущностных характеристиках химическими процессами, реализующимися в них. В XVII—XVIII вв. объективные и субъективные трудности для химических исследований живых организмов и развития “химической идеологии” в биологии (в направлении химических исследований объектов животного и растительного мира) обусловливались как относительно низким уровнем развития научной химии, химического метода, так и господствовавшей религиозной идеологией и господством в науке того времени механистического метода Р.Декарта, в рамках которого организация живых организмов уподоблялась механическим устройствам.

Для утверждения “химической идеологии” в биологии и утверждения в ней “химического идеала” необходим был тот уровень развития химического знания, при котором экспериментальные и теоретические методы позволяли бы хоть сколь-нибудь углубленно исследовать химические процессы в живых объектах. Такой уровень в химии был достигнут во второй половине XVIII в.

Взаимодействия химического и биологического знаний в это время происходили, как правило, в тех случаях, когда предметная область какого-либо химического направления исследований включала взаимосвязанные с ней объекты биологической природы.

Так, в 70—80-е гг. XVIII в. А.Лавуазье, занимаясь исследованием химической природы процессов горения, включил в предмет исследования химизм превращений воздуха в легких животных. Лавуазье установил, что связывание “жизненного воздуха” при дыхании аналогично его связыванию химическими веществами при окислении. В это же время в 1771 г. Дж.Пристли исследовал процессы связывания воздуха в процессах дыхания и гниения. Логическим следствием совокупности этих важных для физиологии данных явилась формулировка Дж.Пристли положения: растения выделяют газ, способствующий горению и необходимый для животных.

В свою очередь, в 1753 г. М.В. Ломоносов высказал предположение, что растения получают питание из воздуха через листья, поскольку массивные растения вырастают на бедном питательными веществами песке. В это время Лавуазье определил основные элементы — составляющие продуктов животного и растительного происхождения: это углерод, азот, водород, кислород, сера, фосфор.

Названные данные и ряд других научных данных по химическому составу и химическим процессам, происходящим в живых организмах животного и растительного мира, объективно способствовали становлению “химической идеологии” в биологии, точнее в ее разделе — физиологии. Такие данные можно считать этапом зарождения как “физиологической химии”, так и органической химии, а затем и биохимии. Утверждению “химической идеологии” в биологии способствовало активное участие естествоиспытателей в исследовании биологических объектов методами химии. В XIX в. это проявляется во многих исследованиях воздушного и почвенного питания растений, а также химических физиологических исследованиях человека и животных (об этом подробнее говорится в следующем разделе).

Распространение и утверждение “химической идеологии” в биологии, в частности в физиологии и агрономических науках, проявляется в высказываниях многих ученых XIX в. Так, например, в 20—30-е гг. XIX в. русские ученые Дьядьковский, Смельский, Иовский решительно настаивали на том, что физиология и медицина должны основываться на глубоком изучении химических процессов, протекающих в живом теле. русский ученый А.И.Ходнев в первом отечественном учебнике по физиологической химии — “Курсе физиологической химии” (1847) — высказывал аналогичное убеждение: “Органическая химия рассматривает тела в чисто химическом отношении, не обращая внимания на роль, которую они играют в живом организме. Но те же самые тела, будучи рассматриваемы в последнем отношении, составляют уже предмет физиологической химии” [Ходнев, 1847, c. 8]. Таким образом, не приводя дополнительно многих высказываний аналогичного содержания, можно констатировать формирование в системе биологического знания “химической идеологии”.

Особо охарактеризуем современную ситуацию в отношении эффективности функций “химической идеологии” в биологии и “биологической идеологии” в химии с соответствующими им идеалами. В наше время “химический идеал” в биологии в абсолютной форме, т.е. как высшая цель, практически выродился. Совершенно другая тенденция наблюдается для “биологической идеологии” в химии.

“Биологический идеал”, определивший начальные этапы становления органической химии, сейчас функционирует в рамках относительно новой дисциплины “биоорганическая химия”, так как именно в этой области исследовательской деятельности ставятся задачи исследования структуры, свойств и поиска путей синтеза органических соединений — аналогов природных соединений. Раскрытие закономерностей молекулярных процессов, происходящих в живой клетке (структуры ферментов, нуклеиновых кислот, липидов, надмолекулярных образований, систем биосинтеза с механизмами регуляции и т.п.), объективно обусловило становление в современной химии нового “биологического идеала”.

В данном случае целевую установку исследовательской деятельности химиков задает не какая-либо молекулярно-химическая структура, выделенная из живых организмов, а ферментативная система биосинтеза с регуляторными механизмами, т.е. объектом для подражания является не сложное вещественное образование, а сложный по организации процесс, осуществляющийся в энергетически выгодных условиях и с внутренней регуляцией.

В отношении к органической химии установление такого идеала ясно выражено в словах А.Е.Арбузова: “Органическая химия заключается в настоящее время не только в том, чтобы синтезировать различные вещества, например белковые, алкалоиды и т.п., но и научиться проводить эти синтезы при помощи различных катализаторов, изгнав из лабораторной техники такие, в сущности грубые приемы, как нагревание в запаянных трубках, действие крепкими щелочами и кислотами и т.д. Лаборатория живой клетки — вот идеал органической химии” [Арбузов, 1975, c. 82].

В настоящее время данный идеал реализуется в лабораторных условиях и промышленных технологиях. В промышленной биотехнологии, как правило, эксплуатируется “фабрика живой клетки” целиком, т.е. получение полезных биопродуктов осуществляется путем культирования целых клеток микроорганизмов или тканевых культур. Преимущество этого подхода в том, что для реализации технологического процесса необязательно знать все детали биохимии клетки. Сейчас промышленное применение находят также отдельные ферменты или их комплексы (чаще всего иммобилизованные на носителях).

Названные выше процессы используются в настоящее время в различных областях промышленности: фармацевтической, пищевой, текстильной, в очистных сооружениях, органическом синтезе (в комбинированных процессах химической трансформации и биотрансформации веществ и получения полезных органических продуктов) и др., а также в научной лабораторной практике. Реализуемые в современной науке и технологии подходы открывают путь к осуществлению высшей цели — созданию внеклеточной искусственной системы синтеза сложных соединений с механизмами регуляции, подобными клеточным с их информационными и регуляционными компонентами. Предпосылки (см., напр., [Иванов, 1982]) и успехи в этом направлении (см., напр., [Спирин, 1989]) уже имеются. Развитие названного направления позволит в перспективе осуществлять синтезы сложных соединений без цикличности и многоэтапности традиционной химической технологии с минимумом энергетических затрат и отходов, последнее чрезвычайно важно с экологической точки зрения.

В заключение раздела констатируем, что на протяжении длительной истории “биологические идеалы” в химии и “химический идеал” в биологии и соответствующие им внутринаучные идеологии оказывали существенное влияние и на предпосылки взаимодействия химии и биологии, и на актуализацию этого процесса.

Особенностью утверждения “биологического идеала” в химии было то, что данный идеал и соответствующая ему идеология находили основания в результатах научной практики (“лабораторной технологии”), поскольку доминирующей в научной среде была “виталистическая идеология”.

Особенность утверждения “химического идеала” и “химической идеологии” в биологии такая же, как и “механической идеологии” в химии — здесь успехи одной области знания служили субъективным фактором (как успехи) активного перенесения одной системы знания в другую.

Последнее приводило как к положительным результатам — познанию химической стороны жизненных процессов, так и к отрицательным — в форме абсолютизации физико-химических знаний в познании жизни (механицизму в биологии).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: