Сопряжение и разобщение как диалектическая пара и ее роль в создании и понимании хемиосмотической теории Митчелла

#

СОПРЯЖЕНИЕ И РАЗОБЩЕНИЕ КАК ДИАЛЕКТИЧЕСКАЯ ПАРА И ЕЕ РОЛЬ В СОЗДАНИИ И ПОНИМАНИИ ХЕМИОСМОТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ МИТЧЕЛЛА

COUPLING AND UNCOUPLING AS A DIALECTIC PAIR, AND ITS ROLE IN CREATION AND UNDERSTANDING OF MITCHELL'S CHEMIOSMOTIC THEORY

С. М. Похлебаев, И. А. Третьякова

Обосновывается статус понятий «сопряжение» и «разобщение» как диалектической пары категорий. Раскрывается методологическая функция этих понятий на примере истории создания хемиосмотиче-ской теории и понимания ее сущности учащимися и студентами при изучении биологических дисциплин. Усвоение и сознательное применение данных категорий внесет определенный вклад в формирование целостного диалектического мышления.

S. M. Pohlebaev, I. A.Tretyakova

The article explains the status of the concepts of 'coupling' and 'uncoupling' as a dialectic pair of categories. The authors define the methodological function of these concepts using as an example the history of creating the chemiosmotic theory, as well as understanding of its essence by school and university students when studying biological disciplines. Mastering and conscious application of the given categories will make a certain contribution to developing holistic dialectic thinking.

Ключевые слова: диалектика, категория, сопряжение, разобщение, естествознание, теория, образование, мышление.

Keywords: dialectics, category, coupling, uncoupling, natural sciences, theory, education, thinking.

Стратегические направления модернизации общеобразовательной школы касаются, прежде всего, естественнонаучного образования в силу того, что именно эта область человеческих знаний в основном определяет темпы научно-технического развития любого государства и его статус на мировой арене. Новое качество естественнонаучного образования может быть обеспечено лишь на основе современных обобщенных знаний, умений, навыков и способов умственных действий, которые формируются в процессе различных видов учебно-познавательной деятельности учащихся, а впоследствии превращаются в универсальную систему познания и деятельности будущих специалистов.

При изучении конкретных явлений природы в предметах естественнонаучного цикла перед учащимися обнажается реальная диалектика развития материи. По мнению В. Н. Максимовой, «важно обобщить конкретно-научные и философские представления о мире. Обобщающую функцию выполняют межпредметные философские связи. Они помогают учащимся овладеть ведущими идеями диалектического материализма, усвоить их как метод познания и преобразования материального мира. Одновременно с философским обобщением знаний необходимо развитие диалектического мышления учащихся. Особое значение при этом приобретает овладение категориями диалектики» [1, с. 28] (курсив наш. - С. П.).

Особое внимание методологической функции философских категорий уделяет академик РАО А. В. Усова, которая отмечает, что формирование философских категорий имеет важное мировоззренческое значение: «Учебный процесс должен всемерно способствовать выработке у

учащихся научного мировоззрения. Формирование научных понятий может и должно сыграть ведущую роль в решении этой важнейшей задачи» [2, с. 248].

Сознательное применение категорий диалектики позволяет разработать эффективную стратегию экспериментального и теоретического исследования в конкретной области науки, которая обеспечит максимальную результативность научного поиска. В свою очередь, успешное применение диалектических категорий к анализу конкретной ситуации, сложившейся в развитии общества, науки, культуры в целом, укрепляет саму диалектику как метод мышления.

При формировании целостного диалектического мышления особую значимость имеет приобретение способности постигать в формах категориального аппарата диалектической логики всеобщую объективную связь и развитие. В этой способности диалектическое мышление приобретает высшую - синтетическую, категориальную форму, форму всеобщего метода познания и преобразования действительности [3, с. 10].

Научное знание развивается путем смены понятий и принципов, выдвижения новых идей и построения на их основе теорий. По мнению П. В. Копнина, «...сама философия уже не может служить поставщиком готовых естественнонаучных идей. Последние рождаются в тяжелых муках самими науками.

Новые идеи и построения в науке возникают в результате теоретического синтеза, который в качестве своего момента содержит категории философского мировоззрения, выступающие методом научно-теоретического мышления» [4, с. 82].

Ф

$

Опыт свидетельствует, что развивающаяся наука требует совершенствования системы диалектических категорий. Категории материалистической диалектики тесно связаны с понятиями других наук, являются их обобщением.

В предыдущем исследовании [5] нами было дано философское и естественнонаучное обоснование сущности сопряжения как важнейшей стороны взаимодействия. Осмысление и понимание сопряжения как фундаментального принципа организации и развития материи позволяет возвести данное понятие в ранг категории, спроецировать его в образовательную область и рассматривать в качестве важнейшего методологического средства познания [6].

Категории являются универсальной формой человеческого мышления. Особое значение для развития диалектики имеет формирование парных категорий, отражающих «полярные» стороны целостных явлений, процессов. Диалектический характер отношений «причина - следствие», «случайность - необходимость», «возможность - действительность» и других выражается в противоположных, но неразрывно связанных понятиях, их единстве, переходах друг в друга, взаимодействии. В сочетании, взаимодополнении категории диалектики образуют подвижную сеть универсальных понятий, способных отражать живую подвижность, переходы, противоречия бытия. В жестких формах мышления этого сделать нельзя. Понятия должны быть «гибки, подвижны, релятивны, взаимосвязаны, едины в противоположностях, дабы обнять мир» [7, с. 131].

Вышесказанное предопределило наше дальнейшее теоретическое исследование, которое было направлено на поиск второй диалектически противоположной категории по отношению к понятию «сопряжение». Таким понятием, по-видимому, является понятие «разобщение». Разобщить, по словарю русского языка, - значит «отделить одного (или одно) от другого, разъединить, прекратить связь, общение между кем-нибудь или чем-нибудь. Сущ. разобщение» [8, с. 566]. В то время как понятие «сопряженный» трактуется как «взаимно связанный, непременно сопровождаемый чем-нибудь» [8, с. 650] (курсив наш. - С. П.). Таким образом, понятие «сопряжение» отражает ту сторону взаимодействия между объектами природы, которая приводит к образованию связей между ними и созданию систем с новым качеством. В то время как понятие «разобщение» отражает разрыв связи между элементами системы и ее деградацию.

Приведенные логические рассуждения дают основание для предположения о том, что понятия «сопряжение» и «разобщение» можно считать диалектической парой, которая более полно раскрывает содержание такого важнейшего атрибута материи, как «взаимодействие». Данные категории исключительно важны для формирования диалектического мышления, которое «есть только отражение господствующего во всей природе движения путем противоположностей» [9, с. 525].

Анализируя филогенез различных типов мышления, Г. А. Твердохлебов отмечает: «Понятийный вид мышления, используя все вышеперечисленные методы мышления, на определенном уровне своего развития рождает новый метод - диалектический метод мышления, суть которого - через ассоциации по контрасту объединение противоположностей в диалектические системы, отклонение от состояния равновесия которых (нарушение их гомеостаза), порождая «борьбу» противоположностей, является движущей силой развития всех процессов мира» [10] (курсив наш. - С. П.). Таким образом, метод мышления посредством ассоциаций по контрасту лежит в основе диалектического стиля мышления, при котором происходит возбуждение временных связей, формирующих абстрактный образ какого-либо класса объектов при одновременном восприятии мозгом объектов противоположного класса, в итоге происходит сравнение противоположностей.

Усвоение в полной мере смысла диалектически противоположных категорий возможно лишь при их конкретном применении в той или иной области науки и образования. Одним из примеров использования диалектической пары противоположностей «сопряжение -разобщение» может служить история разработки хеми-осмотической теории П. Митчеллом (за которую он получил Нобелевскую премию) и познание ее сущности учащимися и студентами.

Хемиосмотическая теория объясняет механизм преобразования энергии электронного возбуждения и запасания ее в конечном итоге в химической форме в виде АТФ, которая служит универсальной энергетической «валютой» живой клетки. Иначе говоря, в данной теории расшифровывается механизм фотосинтетического и окислительного фосфорилирования при транспорте электронов по цепи переносчиков, локализованных в мембранах хло-ропластов, митохондрий и бактерий.

Основным понятием, которое было положено в основу разработки данной теории (первоначально гипотезы), было понятие «сопряжение». Вместе с тем важную роль сыграли и результаты предыдущих исследователей (модельные опыты Пекера и Хинда), в которых было показано, что при освещении изолированных тилакоидов in vitro происходит подщелачивание внешнего раствора. На основании этого был выдвинут «основной постулат» хе-миосмотической гипотезы: «энергетическое сопряжение осуществляется через электрохимический градиент протонов». А затем и сформулирован хемиосмотический принцип энергетического сопряжения, который гласит, что «электронпереносящие цепи митохондрий, хлоро-пластов и бактерий сопряжены с системой синтеза АТФ через разность электрохимических потенциалов протонов (ДцН+) на сопрягающих мембранах».

Наиболее привлекательной чертой хемиосмотиче-ской гипотезы для исследователей, занимающихся биоэнергетикой, было то, что она позволяла сразу предложить ряд экспериментов, в которых можно было проверить ее предсказания.

Эти опыты можно разделить на две группы. Первая группа опытов была направлена на доказательство того, что электрохимический градиент протонов действительно выполняет функцию сопряжения между током электронов по электрон-транспортной цепи (ЭТЦ) и синтезом АТФ на сопрягающих мембранах. Это опыты с «кислотно-основными переходами», в которых ДцН+ создавался искусственно и при этом регистрировался синтез АТФ.

Вторая группа - опыты с разобщителями, в которых использовали соединения, «подавляющие» образование ДцН+. В таких опытах ток электронов по ЭТЦ имел место, но синтез АТФ не регистрировался, и это указывало на то, что ДцН+ действительно выполняет функцию фактора энергетического сопряжения.

Таким образом, можно констатировать, что в основе разработки хемиосмотической теории и ее экспериментального подтверждения методологическую функцию выполняла такая диалектическая пара категорий, как «сопряжение - разобщение». Именно эта пара категорий определила верность основного теоретического постулата хемиосмотической теории и стратегию тех опытов, которые блестяще подтвердили теоретические положения данной теории.

Следует отметить, что методологическая значимость понятий «сопряжение» и «разобщение» лишь косвенно выявляется при анализе научной литературы. В вузовских учебниках, где рассматривается теория Митчелла, понятие «сопряжение» хотя и используется, но не несет методологической нагрузки, а понятие «разобщение» вообще не используется [6]. В некоторых школьных учебниках общей биологии делается попытка использовать положения хемиосмотической теории Митчелла для объяснения механизма синтеза АТФ. Однако авторы этих учебников весьма смутно представляют сущность данной теории, а понятия «сопряжение» и «разобщение» не используют [11; 12]. По-видимому, по этой же причине авторы наиболее распространенного учебника общей биологии (Б. Д. Захаров и др., 1999) механизм синтеза АТФ вообще не рассматривают [13].

Многолетняя практика автора свидетельствует, что выпускники школ не понимают сущности хемиосмотиче-ской теории, а большинство студентов испытывают значительные затруднения в ее интерпретации. (Между тем значимость открытия, сделанного в рамках этой теории, сопоставляется с расшифровкой структуры ДНК). Основная причина этого - игнорирование (скоре всего, непонимание) авторами учебников методологических основ данной теории, в которых определяющую роль играет диалектическая пара понятий «сопряжение - разобщение». Именно эта пара понятий определила стратегию создания хемиосмотической теории [14], и она же должна определять стратегию ее познания учащимися и студентами при изучении курса биологии.

Усвоение и сознательное применение данных категорий внесет определенный вклад в формирование целостного диалектического мышления не только у школьников и студентов, но и у учителей школ и преподавателей вузов.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Максимова В. Н. Межпредметные связи и совершенствование процесса обучения: Книга для учителя. - М.: Просвещение, 1984. - 143 с.

2. Усова А. В. Формирование у школьников научных понятий в процессе обучения. - 2-е изд., испр. - М.: Изд-во ун-та РАО, 2007. - 310 с.

3. Шубинский В. С. Формирование диалектического мышления у школьников. - М.: Знание, 1979.

- 48 с.

4. Копнин П. В. Диалектика, логика, наука. - М.: Наука, 1973. - 464 с.

5. Похлебаев С. М., Похлебаева О. С. Сопряжение как фундаментальный принцип организации и развития материи // Наука и школа. - 2009. -№ 6. - С. 30-32.

6. Полевой В. В. Физиология растений: Учебник для биол. специальностей вузов. - М.: Высш. школа, 1989. - 464 с.

7. Ленин В. И. Философские тетради // Полн. собр. соч. - 5-е изд. - М.: Политиздат, 1963. - Т. 29.

- 782 с.

8. Ожегов С. И. Словарь русского языка / Под. ред. Н. Ю. Шведовой. - 18-е изд. - М., 1986. - 797 с.

9. Маркс К., Энгельс Ф. Соч. в 30 т. - 2-е изд. - М.: Госполитиздат, 1961. - Т. 20. - 827 с.

10. Твердохлебов Г. А. Физиология мышления [Электронный ресурс]. - Режим доступа: tverd4.narod.ru/st02.htm (дата обращения 04.08.2011).

11. Общая биология: Учебник для 9-10 классов сред. школы / Ю. И. Полянский, Д. А. Браун, Н. М. Верзилин и др.; под ред. Ю. И. Полянского. - 18-е изд., перераб. - М.: Просвещение, 1988. - 287 с.

12. Общая биология: Учебник для 9-10 классов школ с углубленным изучением биологии / А. О. Рувинский, Л. В. Высоцкая, С. М. Глаголев и др.; под ред. А. О. Рувинского.- М.: Просвещение, 1993. - 544 с.

13. Общая биология: Учебник для 10-11 классов общеобразовательных учеб. заведений / В. Б. Захаров, С. Г. Мамонов, Н. И. Сонин. - 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2000. - 624 с.

14. Николс Д. Биоэнергетика. Введение в хемиосмо-тическую теорию / Пер. с англ. - М.: Мир, 1985.

- 190 с.