2. Методы и методология современной биологии

Процесс научного познания принято разделять на две стадии: эмпирическую и теоретическую.

На эмпирической стадии используются следующие методы: описательный, сравнительный, исторический и экспериментальный.

Описательный метод является самым старым и основан на наблюдении организмов в естественных условиях. Это - непосредственное наблюдение (в буквальном смысле) за поведением, расселением, размножением животных и растений в природе, визуальное или инструментальное определение характеристик организмов. Метод заключается в сборе фактического материала и его описании. С его помощью были заложены основы биологических знаний. Достаточно вспомнить, насколько успешным оказался этот метод в создании науки о систематике организмов. Описательный метод широко используется и в наше время, особенно в зоологии, ботанике, цитологии, экологии и других науках. Для этих целей применяют как традиционные средства полевых исследований - от бинокля до глубоководных аппаратов, так и сложное лабораторное оборудование - микроскопы, спектрофотометры, ультрацентрифуги и т.д.

Сравнительный метод заключается в сравнении изучаемых организмов, их структур и функций между собой с целью выявления сходства и различий.

С помощью этого метода и в сочетании с описательным методом в XVIII в. были разработаны основы систематики растений и животных (К. Линней), сформулирована клеточная теория (М. Шлейден и Т. Шванн). Однако использование этого метода не сопровождалось выходом биологии за пределы описательной науки.

Сравнительный метод широко используют и в наше время, особенно, когда невозможно дать четкое определение понятия. Например, с помощью электронного микроскопа часто получают изображения, суть которых неясна. Проводят их сравнение со световой микроскопией, и приходит понимание.

Во второй половине XIX в. Ч. Дарвин ввёл в биологию исторический метод, который изучает историю появления живых организмов: как они появились, как развивались, как изменялись во времени их структуры и функции. Исторический метод превратил биологию из науки чисто описательной в науку, объясняющую, как произошли и как функционируют многообразные живые системы. Благодаря этому методу биология как наука поднялась на несколько ступеней выше. В настоящее время исторический метод стал всеобщим подходом к изучению явлений жизни во всех биологических науках.

Экспериментальный метод основан на исследовании живых объектов при экстремальном воздействии факторов среды - измененной температуры, освещенности или влажности, повышенной нагрузки, токсичности или радиоактивности, изменении места развития (удаление или пересадка генов, клеток, органов, космические полеты и т.п.). Экспериментальный метод позволяет выявить скрытые свойства, пределы приспособительных возможностей живых систем, степень их гибкости, надежности, изменчивости.

Впервые, еще в XVII в., предложил использовать эксперимент для познания природы английский философ Ф. Бэкон (1561-1626), а ввёл его в биологию в том же веке У. Гарвей в работах по изучению кровообращения. Однако экспериментальный метод широко вошел в биологию лишь в начале XIX в., причем через физиологию, в которой стали использовать большое количество инструментальных методик, позволявших количественно регистрировать разнообразные функции. Другим направлением, по которому в биологию вошел экспериментальный метод, оказалось изучение наследственности и изменчивости организмов. Здесь главнейшая заслуга принадлежит Г.И.Менделю, который в отличие от своих предшественников использовал эксперимент не только для получения первичных данных, но и для проверки гипотезы, которую он формулировал на основе получаемых данных. Работа Г. Менделя - классический образец методологии экспериментальной науки.

Для утверждения экспериментального метода важное значение имели работы основателя микробиологии Л. Пастера (1822-1895), который впервые ввел эксперимент для изучения брожения и опровержения теории самопроизвольного зарождения микроорганизмов, а затем для разработки вакцинации против инфекционных болезней. Во второй половине XIX в. вслед за Л. Пастером значительный вклад в разработку и обоснование экспериментального метода в микробиологии внесли Р. Кох (1843-1910), Д. Листер (1827-1912), И. И.Мечников (1845-1916), Д. И. Ивановский (1864-1920), С. Н. Виноградский (1856-1953), М. Бейеринк (1851-1931) и другие.

В XIX в. в биологию был внедрен метод моделирования, которое считают высшей формой эксперимента. Созданные Л. Пастером, Р. Кохом и другими микробиологами способы заражения лабораторных животных патогенными микроорганизмами и изучение на них патогенеза инфекционных болезней — это классический пример моделирования, перешедшего в XX в.

В это время экспериментальный метод стал широко обогащаться методами физики и химии, которые оказались исключительно ценными в сочетаниях с биологическими методами (пример: установление структуры ДНК).

Наряду с моделированием на уровне организмов в настоящее время успешно развивается моделирование на молекулярном и клеточном уровнях, а также математическое моделирование различных биологических процессов.

Например, можно построить модель и прогноз состояния жизни в водоеме через энное время при изменении одного, двух или более параметров (температуры, концентрации солей, наличия хищников и др.).

Системный метод (подход) также является относительно новым. Живые объекты рассматриваются как системы, то есть совокупности элементов с определенными взаимосвязями. Каждый объект рассматривается одновременно и как система, и как элемент системы более высокого порядка. В начале ХХ в. русский философ, социал-демократ, врач А.А. Богданов разработал основы теории систем, присвоив ей название всеобщей организационной науки, или тектологии.

Экспериментальный метод в современном оснащении и в сочетании с системным подходом в корне преобразил биологию, углубил ее познавательные возможности, расширил представления о научной картине мира, еще больше связал ее с производством, с медициной.

На теоретической стадии познания используются следующие методы: обобщение накопленных фактов, выдвижение новых гипотез, их повторная эмпирическая проверка (новые наблюдения, эксперименты, сравнение, моделирование). Подтвержденные гипотезы становятся законами, из них складываются теории. Понятно, что и законы, и теории носят относительный характер и рано или поздно могут быть пересмотрены.

Методология научного познания - это учение о принципах построения, формах и способах научно-познавательной деятельности. Методология науки даёт характеристику компонентов научного исследования — его объекта, предмета анализа, задачи исследования (или проблемы), совокупности исследовательских средств, необходимых для решения задачи данного типа, а также алгоритма решения задачи. Наиболее важными точками приложения методологии являются постановка проблемы (именно здесь чаще всего совершаются методологические ошибки, приводящие к выдвижению псевдопроблем или существенно затрудняющие получение результата), выбор предмета исследования и построение научной теории, а также проверка полученного результата с точки зрения его истинности, т. е. соответствия объекту изучения.