|
Оглавление
Предисловие
Предлагаемая вниманию читателей монография является второй книгой многотомного издания "История биологической химии" и посвящена формированию биологической химии как самостоятельной научной дисциплины. В открывающей издание книге "История биологической химии: Истоки науки" было прослежено, как на протяжении столетий, вплоть до середины XIX в., протохимические, а затем химические представления и методы влияния на объяснение феномена жизни. Была изучена история протобиохимических знаний, эволюция алхимических и иатрохимических концепций в биологии и медицине средневековья и Возрождения, история пневмохимии и проникновение методов новой химии в биологической эксперимент. Особое внимание было обращено на исследование механизма взаимодействия химии и биологии после создания метода органического анализа сжиганием. Результатом исторической реконструкции ранних этапов взаимодействия химии с биологией и медициной было критическое рассмотрение концепции, согласно которой простое использование методов одной науки для изучения объектов другой влечет за собой формирование промежуточной (переходной) науки. При этом было отмечено, что подобная трансляция методов в случае взаимодействия химии с биологией и медициной отнюдь не привела к формированию биологической химии. Первоначально образовался комплекс наук, каждая из которых в отдельности не могла именоваться переходной. Это позволило разобраться в достаточно запутанной системе наименований биохимических наук, часть из которых исчезла, сохранив лишь историческое значение, часть принципиально трансформировалась, сохранив старое наименование. Это позволило проложить историческую демаркационную линию между физиологической химией (термин сохранился и поныне) и подлинной биологической химией (термин "биохимия" появился в 1858 г. и был использован для обозначения лишь структурного фрагмента физиологии). Намеченная демаркационная линия определялась полностью структурными изменениями в зоне взаимодействия химии с биологией и медициной, но самое главное – изменениями самого объекта и соответственно предмета биологической химии. Редукционистские программы экспериментальных биологических наук содействовали тому, что ключевым объектом биохимии стала клетка, именно клетка, а не целостный организм, оставшийся центральным объектом физиологии. Это позволило предложить нам рабочее определение биохимии, которое мы использовали при историческом анализе формирования дисциплины. В соответствии с этим определением биологическая химия – это наука, изучающая процессы обмена веществ как системы сопряженных биокаталитических реакций. Это определение, естественно, тоже историческое. Оно отражает, положение биохимии в период ее формирования как самостоятельной научной дисциплины. Настоящая монография посвящена изучению возникновения классической биохимии. Она охватывает период с середины XIX в. до 20-х годов XX в. За эти годы произошел принципиальный поворот в развитии исследований процессов жизнедеятельности. Лобовая атака химиков, оперирующих представлениями доструктурной химии, позволила решить лишь исходный круг вопросов. Основным достижением было признание биокаталитических процессов процессами химическими по своей природе, отказ от виталистических концепций (далеко не окончательный, как показала последующая история биологии), признание познавательной ценности результатов, получаемых при изучении биологических объектов химическими методами. Дальнейшие события оказались связанными с освоением методов химии (при этом сознательным и творческим освоением) самими биологами и учеными-медиками. Это обстоятельство создало новую ситуацию во взаимоотношении когнитивных и социальных (прежде всего институциональных) структур развивающейся биологической химии. Произошла когнитивная, а затем и социальная институционализация биологической химии. Она не только сформировалась окончательно как дисциплина, но и приобрела статус профессии, что сопровождалось созданием специализированных кафедр и научно-исследовательских центров (институтов и лабораторий). Этот процесс был неоднозначным и совсем неодинаковым в условиях различных государств. В данной монографии предпринята попытка показать общие закономерности развития биологической химии. Они имеют общее значение. Биохимия была первым подлинно междисциплинарным образованием. Процесс ее формирования был типичен скорее для взаимодействия наук XX в., чем конца XIX в. Кроме того, без изучения закономерностей ее образования невозможно понять механизм формирования современного естествознания, интегрировавшего науки об органической и неорганической природе. Таким образом, изучение истории биохимии становится обязательным для понимания процессов формирования структуры современного естествознания в целом. Столь же широкое значение история биохимии имеет для изучения проблем методологии науки, в особенности структуры эксперимента. Специфика биологического эксперимента до сих пор изучена еще совершенно недостаточно, вместе с тем интерпретация биологического эксперимента приобретает исключительное значение в связи с экологизацией знания. Работа выполнена в соответствии с исследовательской программой (1989–1991 гг.) Комитета по истории биохимии Международного биохимического союза. Из введения
Изучение процессов взаимодействия химии с биологией и медициной сейчас чрезвычайно актуально, но и очень затруднено благодаря стремительному прогрессу биологического знания и быстрому формированию совершенно новых областей его практического использования. Этот прогресс прежде всего обусловлен формированием и развитием физико-химической биологии – системы наук в зоне взаимодействия химии, физики и математики с биологией. В целом это было результатом и частным проявлением необычайно быстрого развития всех наших представлений о физической природе окружающего нас мира. Интереснейшие открытия, сделанные за те десятилетия, которые прошли с момента, когда поняли, что атом состоит из ядра и окружающих его электронов, неузнаваемо преобразили знания об атомах и молекулах. Методы исследования более или менее просто устроенных молекул стали постепенно использоваться для изучения сложнейших молекулярных систем, составных элементов живых организмов. Методы классической химии, вызвавшие к жизни органическую, а затем физическую химию, все шире применялись для изучения состава организмов, а впоследствии исследования суммарных эффектов тех или иных химических процессов, протекающих в них. Расширение и углубление этих исследований привело к созданию достаточно детальных представлений о совокупности обменных процессов в организмах. Изучение строения важнейших компонентов клетки – белков и природы отдельных реакций, протекающих с их участием как биокатализаторов, а затем нуклеиновых кислот, привело к тому, что объектами биологических исследований стали молекулы и надмолекулярные системы, а не только организмы и клетки. Эти сложные преобразования привели прежде всего к тому, что биология самым тесным образом сомкнулась с химией. Сформировалась выдающаяся по своему значению пограничная наука – биологическая химия, замкнувшая мост между иерархиями систем неорганического и органического мира. Однако классическая биологическая химия, пришедшая на смену химии "физиологической" и интегрировавшая весь комплекс наук, развивавшихся в XVIII в. – первой половине XIX в. в зоне взаимодействия химии с биологией и медициной, во второй половине XX в. начала трансформироваться снова в сложный комплекс биохимических по своему генезису наук – физико-химическую биологию. Таким образом, классическая биологическая химия – междисциплинарная область с четкими границами, с достаточно определенными объектом и предметом – заполнила исторически важный период. В первый период (до середины XIX в.) дифференциация биохимических направлений была обусловлена множественностью объектов, к изучению которых прилагали методы химии. Следующий же за классическим периодом третий период знаменовал дифференциацию в зоне взаимодействия биологии с химией, физикой и математикой, вызванную междисциплинарными взаимодействиями высшего порядка, обусловленными комплексностью исследований процессов жизнедеятельности и явления жизни вообще. Однако период классической биохимии также распадается на два достаточно определенных этапа. Причем это деление обусловлено не только общеисторическими и социальными причинами (первая мировая война и Октябрьская революция), но и структурными изменениями в самой биохимии. Первый этап – это формирование биологической химии как самостоятельной науки, второй – реализация программ изучения обмена веществ. Но все же формирование и развитие классической биологической химии отражало общую тенденцию, еще в начале XX в. отмеченную К.А.Тимирязевым для физиологических наук в целом. Он писал: "Главной характеристикой успехов физиологии в смысле ее сближения с общими науками – физикой и химией – можно считать торжество в ней экспериментального метода, подчинение ее числу и мере, этому лучшему критерию вступления известной отрасли знания в область точной науки. Можно сказать, что все блестящие успехи физиологии были тесно связаны с распространением на нее и нередко талантливым усовершенствованием в применении к ее более сложным и тонким задачам экспериментальных методов физики и химии" [1, с.253]. Для правильного понимания процессов формирования биологической химии важно, что именно в конце XIX в. началась новейшая революция в естествознании. В физике наука перешагнула границы микромира. В химии появление теории строения органических соединений, создание периодического закона, формирование химической термодинамики, а затем кинетики как основ учения о химическом процессе, так же как прогресс органического синтеза, привели к появлению совершенно новых возможностей описания и объяснения всех процессов обмена веществ, протекающих в живых организмах. Эти революционные процессы в химии и физике не могли не влиять и на развитие биологии. Таким образом, история научных направлений, формирующихся и развивающихся в зоне взаимодействия химии и биологии, должна предусматривать введение сложной периодизации. Обычно выделение того или иного периода в науке представляется условным. По М.Джуа, "разделение на периоды не следует переоценивать, потому что науку нельзя расчленять в ее историческом развитии, а также и потому, что отдельные периоды сливаются с предыдущими либо с последующими, а иногда и с теми, и с другими одновременно" [2, с.15]. Но в то же время наука, оставаясь нерасчленяемой, непрерывно меняется, и поэтому задача историка науки прежде всего и состоит в поисках целостных исторических конструкций, подобно тому, как делал А.Тойнби, выделяя свои "монады", или Т.Кун – парадигмы, а затем в раскрытии в них конкретного состава и системности. Даже беглый взгляд на подобную задачу позволяет заметить, что главной трудностью при ее решении является именно преодоление противоречия между целостной динамичной системой эволюционирующей науки и достаточно жесткими временными срезами, в рамках которых могут быть описаны конкретные системы. Однако данное противоречие может быть обойдено, если к проблеме подойти через изучение смен структур науки в процессе ее развития, используя последнее как метод исторической реконструкции. Постановка подобного вопроса закономерна, если учитывать, что "структура (процесса познания. – Л.Ш.), а значит, и структура науки, означают взаимосвязь последовательно проходимых ступеней познания, двигающихся от непосредственных явлений к раскрытию сущности изучаемого предмета и проникающих все глубже и глубже в эту сущность" [3, с.54]. В данном определении отражена идея неисчерпаемости исследуемого объекта. Однако, поскольку отображение объекта в концептуальной системе всегда характеризуется ограничением этой неисчерпаемости, научное исследование имеет дело с относительно ограниченным и теоретически выделенным материалом. Понимая структуру как инвариантный аспект системы, выявляющийся в познании на разных уровнях исследования объекта, мы можем представить себе последовательность подобных инвариантов как смену определенных исторических периодов в развитии той или иной отрасли знания и условно представить, что эволюция структуры сводится к последовательной замене соответствующих элиминированных структур; подчеркнем попутно условность использования понятия "эволюция структуры": эволюционным может быть представлен лишь процесс смены подобных структур. Таким образом, периодизация в истории науки может быть охарактеризована как определение времени доминирования той или иной структуры – инвариантного аспекта всей системы (развивающейся науки) в целом. Подобный подход может быть использован как при определении крупных периодов, требующем учета многочисленных факторов и описания сложных, многоэлементных структур, так и при "микропериодизации" в истории изучения того или иного объекта или при описании изменений, претерпеваемых тем или иным научным направлением или даже научной теорией. Предлагаемый подход предусматривает конкретный анализ элементов структуры и взаимоотношений связей, коммуникаций между ними для данной отрасли естествознания (научного направления, научной дисциплины) в отдельные моменты ее исторического развития и определение моментов замены одной структуры другой, предусматривающей новые ограничения и новые возможности взаимодействия элементов в рамках данной системы. При этом за основные элементы структуры естествознания в целом или отдельного научного направления можно принять методы (методические элементы структуры) научного исследования, данные и факты, полученные с их помощью (эмпирические элементы структуры), а также гипотезы, теории и законы, привязанные к данной совокупности фактов (теоретические элементы структуры). Эти элементы необходимо дополнить входящим в содержание науки ее практическим приложением (прикладные элементы структуры) [4]. С помощью этих основных элементов может быть достаточно полно описана когнитивная структура науки. Для описания социальной структуры науки эти элементы должны быть соотнесены с иным ее срезом – с представлением об исследовательской области (сферы деятельности ученых по получению нового знания). В ней описанные элементы могут быть привязаны к институциональным элементам с соответствующей системой связей либо к иным элементам социальной структуры с соответствующими коммуникациями. В этой книге мы ограничились только анализом когнитивной структуры формирующейся классической биохимии. Какова же должна быть макро- и микропериодизация истории физико-химической биологии, а следовательно, прежде всего выполняющей интегрирующую функцию, биологической химии? Как мы уже описывали (см.: Шамин А.Н.История биологической химии: Истоки науки), существуют две различные точки зрения на процесс возникновения и развития биологической химии. Высказывались суждения, что следы протобиохимии можно найти даже в трудах античных авторов. Такой точки зрения придерживались ряд авторитетных историков науки, среди них Д.Р.Партингтон [5], а также М.Флоркен [6] и Г.Лестер [7]. Историки химии чаще пытались обосновать точку зрения, что корни биологической химии уходят в глубину XVII или даже XVI столетия, к периоду развития иатрохимии [8]. Некоторые авторы считают, что истоки отдельных проблем биохимии следует искать в работах флогистиков и пневмохимиков XVII–XVIII вв. [9–11]. Среди историков химии распространена также точка зрения, что до работ А.Лавуазье или по меньшей мере до разграничения неорганической и органической химии вообще не имеет смысла касаться вопроса о возникновении биохимии [12]. Нам представляется обоснованным взгляд на биологическую химию как науку, уходящую корнями в глубокую древность, или по крайней мере как на науку с двухсотвековой историей. Последнее обычно выражается в сближении истории биохимии с историей физиологии или с изучением брожений, а следовательно, с формированием достаточно общих (или количественно суммарных) представлений о процессах жизнедеятельности, или с подчеркиванием неразрывной связи формирования биологической химии с химической линией развития: алхимия – иатрохимия – пневмохимия – "новая химия" А.Лавуазье. Высказываются суждения и иного характера. Подчеркивается тот факт, что современная биологическая химия, не говоря уже о физико-химической биологии во всей совокупности ее направлений, отличается от органической или физиологической химии прошлого века четко направленной тенденцией изучать методами химии и физики самые глубокие, скрытые процессы обмена веществ, превращения каждого отдельного соединения (обязательно физиологически активного), судьбу отдельных молекул в организме, стремлением создать ясные представления о всех деталях реакций обмена веществ, его энергетики и т.п. во всей их сложности. Особо подчеркивается направленность на изучение биосинтезов, прежде всего тех, которые обеспечивают функционирование наследственных механизмов клеток, механизма сохранения и самовоспроизведения структур клеток и организмов. Так, большинство авторов учебников, включая в их текст те или иные исторические пассажи, предпочитают не углубляться в древность и ведут отсчет истории биохимии с рубежа XIX–XX вв. (или немного ранее), с создания фундаментальных представлений классической биохимии [13–15]. Этой концепции следуют и некоторые историки биохимии, преследуя цель написания структурно единой истории развития этой науки. Отметим, что подобные подходы дают наиболее строгие и концептуально органичные реконструкции истории взаимодействия химии и биологии при переходе из XIX в. в XX в., как, например, книга Д.Фрутона [16]. Наиболее общий подход нашел отражение в энциклопедических формулировках, подобных следующей: "Биохимия сформировалась как самостоятельная наука в конце XIX в., хотя истоки ее относятся к далекому прошлому" [17, с.370]. Слабости или ограничения перечисленных подходов уже частично разбирались нами в книге "История биологической химии: Истоки науки". Во всяком случае, исторический процесс взаимодействия химии с биологией и медициной привел к формированию совершенно определенных когнитивных структур, попыткам их классификации и приведению в системные соответствия уже в XVI–XVIII вв. Некоторые общие представления о природе жизнедеятельности были перенесены в научную химию из античных и средневековых систем. В XVII–XVIII вв. уже сложились методические, эмпирические и теоретические элементы, образовавшие последовательности доступных анализу систем. Этот анализ с полной очевидностью показал, что взаимодействие химии с биологией и медициной привело к возникновению конгломерата (системы) наук, в которых использование методов химии не было ориентировано ни на изучение общебиологических проблем, ни на создание общебиологических представлений. Тенденция к созданию таких общебиологических представлений впервые проявилась в стремлении разработать чисто химическую концепцию дыхания. Но аналогия между горением и дыханием, достаточно общая, чтобы стать объединяющей химической идеей для общей биологии, должна была быть привязана к идее единства биологической организации. Реально же идея химического единства живых организмов опережала идею их биологического единства (единства биологических принципов организации), что и было причиной возникновения ряда "наук", в которых методы химии использовались для изучения биологических объектов и процессов. Применение методов химии (аналитических, препаративных, препаративно-аналитических) для решения достаточно общих, но также и частных задач биологии и медицины в XVII в. – первой половине XIX в. привело к появлению наук, заполнявших области, пограничные между химией и биологией и химией и медициной. После создания метода органического анализа А.Лавуазье в зоне взаимодействия химии с биологией (и только опосредованно через биологию – с медициной) сформировалась и стала доминировать органическая химия. Наличие органической химии как промежуточного или междисциплинарного образования в зоне взаимодействия химии и биологии часто забывается (или подразумевается как самоочевидное) историками науки. Вместе с тем образование органической химии именно как результат приложения методов химии для изучения биологических объектов – необычайно важный исторический момент, позволяющий значительно более точно разобраться в формировании как классической биохимии, так и в судьбе многих направлений, сложившихся в зоне взаимодействия химии с биологией и медициной. Часть этих направлений выполнила свою роль и исчезла или неузнаваемо изменилась, часть существует, развивается и эволюционирует поныне. Отметив историческую роль органической химии в процессе взаимодействия химии с биологией, необходимо помнить, что ее возникновение было результатом использования аналитических методов для изучения биологических объектов, а органический синтез превратил ее в самостоятельную область – химию соединений углерода, отделив ее от ее "биологическо-органической" основы. Однако на полтора столетия ранее для изучения биологических объектов стали использовать и воспроизводимые препаративные методики. Этот процесс был результатом развития фармации, "врачебного веществословия", исходным моментом формирования фармацевтической химии. Но за некоторыми формальными совпадениями (то, что эти методы использовали прежде всего фармацевты и аптекари; то, что основными объектами приложения этих методик были лекарственные растения; то, что выделяемые вещества дифференцировались по физиологическим – "лечебным" эффектам) нельзя не видеть центральную органохимическую линию развития фармацевтической химии с самостоятельной целевой медицинской направленностью. Результатом этих сложных процессов было формирование к середине XIX в. сложного конгломерата научных направлений, развитие которых определило дальнейшие пути углубления взаимодействия химии с биологией и медициной, поле логических возможностей для формирующейся классической биохимии уже как современного междисциплинарного направления (см. рис.1 и [18]). В этот конгломерат входила прежде всего органическая химия, в рамках которой сформировались зоо- и фитохимия, а также химия природных соединений (позднее – как результат дальнейшей трансформации органической химии). Далее в него входила медицинская химия, включающая патологическую и клиническую химию. Медицинская химия на этом этапе развития в значительно большей степени была связана с прогрессом "новой химии" А.Лавуазье, нежели с иатрохимическими корнями. Своеобразным мостом между органической и медицинской химией была фармацевтическая химия. Важнейшим элементом этого конгломерата, превратившим его в систему наук, была физиологическая химия – наука, использовавшая методы химии для изучения суммарных эффектов физиологических процессов. Сравнительно малое распространение получил термин "химическая физиология", хотя ее выделение имело определенные, исторически веские когнитивные и социальные (институциональные и профессиональные) предпосылки. В данной системе наук на выполнение центральной методологической (и мировоззренческой) функции претендовала физиологическая химия. Методические (прежде всего аналитические) возможности органической химии применительно к решению ряда биологических проблем были мгновенно оценены химиками. Методы химии открывали перспективы изучения не только тончайшего устройства живых организмов, но и важнейших жизненных функций, прежде всего пищеварения и дыхания. Прямой заслугой А.Лавуазье (хотя нельзя забывать и П.Лапласа, Л.Спалланцани и многих других) было проведение первых анализов важнейших химических компонентов живых организмов (это были сахара), приведение аналогии между горением и дыханием в прямую связь с получением организмами энергии для осуществления процессов жизнедеятельности. Созданная им теория радикалов послужила идейной и методологической основой для возникновения первых химических концепций распада и новообразования веществ в организме – предпосылки формирования учения об обмене веществ. Однако органическая химия не смогла сразу дать удовлетворительного объяснения сущности жизненных явлений как таковых – концепция биокатализа допускала двойственное истолкование. Витализм предполагал существование непреодолимой грани между органическим и неорганическим миром. Об авторе
Родился 29 августа 1931 г. в Москве. Окончил Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. Доктор химических наук, профессор. Работал в Институте биохимии им. А.Н.Баха АН СССР, затем во Всесоюзном институте научной и технической информации (ВИНИТИ) АН и СМ СССР. В 1962–1996 гг. работал в Институте истории естествознания и техники имени С. И. Вавилова РАН. С 1967 г. профессор истории фармации Московской медицинской академии им. И.М.Сеченова. Профессиональный историк науки (аспирантура ИИЕиТ – 1962–1964 гг., докторская диссертация там же – 1970 г.). В 1990 г. избран Исполнительным директором Фонда науки (с 1997 г. – Фонд науки им. Ю.А.Овчинникова). Основные направления исследований: история науки, история химии и биологической химии, история фармации, науковедение. Специалист в области истории научной книги (автор каталога инкунабулов естественно-научного, медицинского и математического содержания, хранящихся в библиотеках мира). В последние годы изучал организационно-финансовую структуру науки зарубежных стран, проблемы формирования научного потенциала различных стран и регионов. Автор более 300 работ, в том числе 15 монографий, ряд которых переведен на иностранные языки. Под его руководством защищено 18 кандидатских и 2 докторских диссертации. Действительный член Международной академии информатизации, Европейской ассоциации истории медицины и здоровья, Американского общества истории науки и Общества истории алхимии и химии (Великобритания). Состоял членом редколлегий международного журнала "History and Philosophy of Life Science" (Италия), NTM (ГДР) и журнала "Вопросы истории естествознания и техники". Член редколлегий журналов "Биология в школе", "Вопросы медицинской, биологической и фармацевтической химии", "Вопросы медицинской химии", серий "Классики науки" и "Памятники науки" (РАН). В 1988–1992 гг. – президент Комитета по истории науки Международного биохимического союза (International Union of Biochemistry). В 1989–1993 гг. – член Высшего экологического совета Российской Федерации. Председатель Специализированного совета по специальности "История науки и техники – химические науки" (ИИЕиТ РАН), член Специализированного совета по специальностям "История науки и техники" и "Социальная гигиена и организация здравоохранения" (ММА им. И.М.Сеченова). В 1997 г. был избран Американским биографическим институтом "Человеком Года" по специальности "история науки". В 1998 г. был награжден Международным орденом "Order of International Ambassadors", Серебряной медалью Кембриджского биографического центра и званием Заместителя генерального директора Кембриджского биографического центра. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||