Концепции современного естествознания

Основные единицы: килограмм, метр, секунда, ампер, кельвин, моль и кандела. В рамках СИ считается, что эти единицы имеют независимую размерность, т. е. ни одна из основных единиц не может быть получена из других.

Производные единицы получаются из основных с помощью алгебраических действий, таких как умножение и деление. Некоторым из производных единиц в СИ присвоены собственные названия.

Приставки можно использовать перед названиями единиц; они означают, что единицу нужно умножить или разделить на определённое целое число, степень числа 10. Например, приставка «кило» означает умножение на 1000 (километр = 1000 метров). Приставки СИ называют также десятичными приставками.

53. Разделы химии

Современная химия - настолько обширная область естествознания, что многие её разделы по существу представляют собой самостоятельные, хотя и тесно взаимосвязанные научные дисциплины.

По признаку изучаемых объектов (веществ) химию принято делить на неорганическую и органическую. Объяснением сущности химических явлений и установлением их общих закономерностей на основе физических принципов и экспериментальных данных занимается физическая химия, включающая квантовую химию, электрохимию, химическую термодинамику, химическую кинетику. Самостоятельными разделами являются также аналитическая и коллоидная химия.

Технологические основы современных производств излагает химическая технология - наука об экономичных методах и средствах промышленной химической переработки готовых природных материалов и искусственного получения химических продуктов, не встречающихся в окружающей природе.

Сочетание химии с другими смежными естественными науками представляют собой биохимия, биоорганическая химия, геохимия, радиационная химия, фотохимия и др.

Общенаучные основы химических методов разрабатываются в теории познания и методологии науки.

Теоретическая задача химии имеет ограниченное и строго определённое число способов решения, которые задаются структурной иерархией самого вещества, для которого можно выделить следующие уровни организации:

1. Субатомные частицы.

2. Атомы химических элементов.

3. Молекулы химических веществ как унитарные (единые) системы.

4. Микро- и макроскопические системы реагирующих молекул.

5. Мегасистемы (Солнечная система, Галактика и т.п.)

Объектами изучения химии является вещество на 2 - 4 уровнях организации. Исходя из этого, для разрешения проблемы происхождения свойств необходимо рассмотреть зависимость свойств вещества от трёх факторов:

1. От элементарного состава;

2. От структуры молекулы вещества;

3. От организации системы.

54. Понятие хим. элемента и периодич система

Химический элемент -- совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра. Каждый химический элемент представляет собой совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра (числом протонов, одинаковым с порядковым, или атомным, номером в таблице Дмитрия Менделеева,).

К 2008 г. известно 117 химических элементов (с порядковыми номерами с 1 по 116 и 118), из них 94 обнаружены в природе (некоторые -- лишь в следовых количествах), остальные 23 получены искусственно в результате ядерных реакций. Первые 112 элементов имеют постоянные названия, остальные -- временные.

Периодический закон Д. И. Менделеева -- фундаментальный закон, устанавливающий периодическое изменение свойств химических элементов в зависимости от увеличения зарядов ядер их атомов. Открыт Д. И. Менделеевым в марте 1869 года при сопоставлении свойств всех известных в то время элементов и величин их атомных масс (весов). Термин «периодический закон» Менделеев впервые употребил в ноябре 1870, а в октябре 1871 дал окончательную формулировку Периодического закона: «…свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».[1] Графическим (табличным) выражением периодического закона является разработанная Менделеевым периодическая система элементов.

55. Основные понятия биологии

Биология развития -- раздел современного биологического учения о процессах индивидуального развития организма от оплодотворения и эмбрионального развития до рождения и смерти. Основные понятия биологии развития -- дифференцировка клеток, клеточный рост и морфогенез. Как наука начала формироваться с 60-ых годов XX века, на основе данных молекулярной биологии, эмбриологии, генетики.

Биология -- наука о жизни, одна из естественных наук, предметом которой являются живые существа и их взаимодействие с окружающей средой. Биология изучает все аспекты жизни, в частности, структуру, функционирование, рост, происхождение, эволюцию и распределение живых организмов на Земле. Классифицирует и описывает живые существа, происхождение их видов, взаимодействие между собой и с окружающей средой.

ФИЗИОЛОГИЯ-Физиология (от греч. -- природа и греч. -- знание) -- комплекс естественно-научных дисциплин, изучающих общие и частные закономерности функционирования и регуляции биологических систем разного уровня организации. Физиология важная область человеческого знания, наука о жизнедеятельности целостного организма, физиологических систем, органов, клеток и отдельных клеточных структур. Как важнейшая синтетическая отрасль знаний физиология стремится вскрыть механизмы регуляции и закономерности жизнедеятельности организма и взаимодействия его с окружающей средой. Физиология является базисом, теоритической основой -- философией медицины, объединяющей разрозненные знания и факты в одно целое. Врач оценивает состояние человека, уровень его дееспособности по степени функциональных нарушений, т.е. по характеру и величине отклонения от нормы важнейших физиологических функций. Для того чтобы вернуть эти отклонения к норме, необходимо учитывать индивидуальные возрастные, этнические особенности организма, а также экологические и социальные условия среды обитания.

КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯ-

ГЕНЕТИКА-Генетика (от греч. -- происходящий от кого-то) -- наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости. Часть общей биологии. Её достижения используются в области генной инженерии.

БИОХИМИЯ-Биохимия (биологическая, или физиологическая химия) -- наука о химическом составе живых клеток и организмов и о химических процессах, лежащих в основе их жизнедеятельности. Термин "биохимия" эпизодически употреблялся с середины XIX века, но в классическом смысле он был предложен и введен в научную среду в 1903 году немецким химиком Карлом Нейбергом (Carl Neuberg).

ИММУНОЛОГИЯ-Иммунология -- наука об иммунитете живых организмов, изучающая биологические механизмы самозащиты организма от любых чужеродных веществ.

Иммунология -- это наука о строении и закономерностях функционирования иммунной системы, её заболеваниях и способах иммунотерапии.

ПАТОЛОГИЯ-Патология (от греч. pathos - страдание, боль, болезнь; и logos - изучение) -- отклонение от нормального состояния или процесса развития. Патология исследует процессы отклонения от нормы, процессы нарушающие гомеостаз, болезни, дисфункции (Патогенез).

В биологии относится к исследованию структурных и функциональных изменений в клетках, тканях и органах при заболеваниях. В английской терминологии также используется

Основные понятия

Элементарная частица

Это все частицы, не являющиеся атомными ядрами или атомами (протон -- исключение). В узком смысле -- частицы, которые нельзя считать состоящими из других частиц (при заданной энергии воздействия/наблюдения).

Атом

Наименьшая частица химического элемента, обладающая всеми его свойствами. Атом состоит из ядра и "облака" электронов вокруг него. Ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Взаимодействуя, атомы могут образовывать молекулы.

Атом -- предел химического разложения любого вещества. Простое вещество (если оно не является одноатомным, как, например, гелий He) разлагается на атомы одного вида, сложное вещество - на атомы разных видов.

Атомы неделимы химическим путем.

Молекула

Частица, состоящая из двух или более атомов, которая может самостоятельно существовать. Имеет постоянный качественный и количественный состав. Её свойства зависят от атомов, входящих в её состав, и от характера связей между ними, и от их пространственного расположения (изомеры). Может иметь несколько разных состояний и переходить от одного состояния к другому под действием внешних факторов. Свойства вещества, состоящего из определённых молекул, зависят от состояния молекул и от свойств молекулы.

Вещество

В соответствии с классическими научными воззрениями различаются две физические формы существования материи - вещество и поле. Вещество -- это форма материи, обладающая массой покоя (масса покоя не равна нулю). Все вещества корпускулярны. Химия изучает большей частью вещества, организованные в атомы, молекулы, ионы и радикалы. Те, в свою очередь, состоят из элементарных частиц: электронов, протонов, нейтронов и т. д.

Простые и сложные вещества. Химические элементы

Среди чистых веществ принято различать простые (состоящие из одного химического элемента) и сложные (образованы несколькими химическими элементами) вещества.

Простые вещества следует отличать от понятий «атом» и «химический элемент».

Химический элемент -- это вид атомов с определенным положительным зарядом ядра. Все химические элементы указаны в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева; каждому элементу отвечает свой порядковый (атомный) номер в Периодической системе. Значение порядкового номера элемента и значение заряда ядра атома того же элемента совпадают, т.е. химический элемент - это совокупность атомов с одинаковым порядковым номером.

Простые вещества представляют собой формы существования химических элементов в свободном виде; каждому элементу соответствует, как правило, несколько простых веществ (аллотропных форм), которые могут различаться по составу, например атомный кислород O, кислород O2 и озон O3, или по кристаллической решетке, например алмаз и графит для элемента углерод C. Очевидно, что простые вещества могут быть одно- и многоатомными.

Сложные вещества иначе называются химическими соединениями. Этот термин означает, что вещества могут быть получены с помощью химических реакций соединения из простых веществ (химического синтеза) или разделены на элементы в свободном виде (простые вещества) с помощью химических реакций разложения (химического анализа).

Простые вещества представляют собой конечные формы химического разложения сложных веществ. Сложные вещества, образующиеся из простых веществ, не сохраняют химические свойства составляющих веществ.

Суммируя все сказанное выше, можно записать:

, где

E -- простые вещества (элементы в свободном виде),

C -- сложные вещества (химические соединения),

S -- синтез,

A -- анализ.

В настоящее время понятия «синтез» и «анализ» химических веществ используются в более широком смысле. К синтезу относят любой химический процесс, который приводит к получению необходимого вещества и при этом существует возможность его выделения из реакционной смеси. Анализом считается любой химический процесс, позволяющий определить качественный и количественный состав вещества или смеси веществ, т. е. установить, из каких элементов составлено данное вещество и каково содержание каждого элемента в этом веществе. Соответственно различают качественный и количественный анализ -- две составные части одной из химических наук -- аналитической химии.

56. Происхождение и свойство живого

Возникновение жизни -- процесс превращения неживой природы в живую.

В разное время относительно возникновения жизни на Земле выдвигались следующие теории:

· Теория биохимической эволюции

(Согласно этой теории процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделён на три этапа:

Возникновение органических веществ

Возникновение белков

Возникновение белковых тел )

· Теория панспермии (жизнь могла быть занесена на Землю из космоса.)

· Теория стационарного состояния жизни (Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень незначительно.)

· Теория самозарождения (определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создать живой организм.)

В настоящее время теории самозарождения и стационарного состояния представляют собой только исторический или философский интерес, так как результаты научных исследований противоречат выводам этих теорий.

Теория панспермии не решает принципиального вопроса о возникновении жизни, она только отдаляет его в ещё более туманное прошлое Вселенной, хотя и не может исключаться как гипотеза о начале жизни на Земле.

Генобиоз -- методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на убеждении в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода.

Голобиоз -- методологический подход в вопросе происхождения жизни, основанный на идее первичности структур, наделенных способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма.

Биология - это наука о живом, его строении, формах активности, сообществах живых организмов, их распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой.

Истинное определение живому не существует, описание ведётся путём перечисления свойств живого:

· характеризуются сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах.

· получают энергию из окружающей среды. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию.

· активно реагируют на окружающуюся среду ( на внешние раздражители).

· не только изменяются, но и усложняются (эволюционируют).

· Всё живое размножается.

· передают наследственную информацию своим потомкам.

· хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни.

Можно сказать, что все живые организмы (в отличии от неживых) питаются, дышат, растут, размножаются.

Из совокупности этих признаков вытекает следующее определение живого: жизнь есть форма существования сложных, открытых систем, свободных к самоорганизации и самовоспроизведению.

57. Уровни организации биоты

Биота -- совокупность видов растений, животных и микроорганизмов, объединенных общей областью распространения. В отличие от биоценоза, может характеризоваться отсутствием экологических связей между видами.

Биота - исторически сложившаяся совокупность живых организмов, обитающая на какой-либо крупной территории. Биота не подразумевает экологических связей между видами.

Уровни организации биоты:

Молекулярный

Биоценотический.

Биомта (от греч. biote -- жизнь) -- совокупность видов растений, животных и микроорганизмов, объединенных общей областью распространения. В отличие от биоценоза, может характеризоваться отсутствием экологических связей между видами.

58. этапы биологической эволюции

В биологии, эволюция -- это изменение наследственных признаков популяции организмов в течение нескольких поколений. Изменения вызываются взаимодействием трёх основных процессов: вариабельности, воспроизведения и селекции. Гены, которые передаются потомству, в результате выражения образуют сумму признаков организма (фенотип). При воспроизведении организмов у их потомков появляются новые или изменённые признаки, которые возникают либо в результате мутации или при переносе генов между популяциями или даже видами. У видов, которые размножаются половым путем, новые комбинации генов возникают при генетической рекомбинации. Эволюция происходит, когда наследственные различия становятся более частыми или редкими в популяции.

Существуют два основных эволюционных механизма. Первый -- это естественный отбор, то есть процесс, в результате которого наследственные признаки, благоприятные для выживания и размножения, распространяются в популяции, а неблагоприятные становятся более редкими. Это происходит потому, что особи с благоприятными признаками размножаются с большей вероятностью, поэтому больше особей следующего поколения имеют те же признаки.[1][2]. Адаптации к окружающей среде возникают в результате накопления последовательных, мелких, случайных изменений и естественного отбора варианта, наиболее приспособленного к окружающей среде[3].

Второй основной механизм -- это генетический дрейф, независимый процесс случайного изменения в частоте признаков. Генетический дрейф происходит в результате вероятностностных процессов, которые обуславливают случайные изменения в частоте признаков в популяции. Хотя изменения в результате дрейфа и селекции в течение одного поколения довольно малы, различие в частотах накапливаются в каждом последующем поколении и со временем приводят к значительным изменениям в живых организмах. Этот процесс может завершиться образованием нового вида[4]. Более того, общие черты, которые есть у всех живых организмов, предполагают, что все известные виды произошли от общего предка (или пула генов) в результате процесса постепенной дивергенции[1].

Эволюционная биология изучает эволюционные процессы и выдвигает теории для объяснения их причин. Изучение окаменелостей и разнообразия видов живых организмов к середине XIX века убедило большинство учёных, что виды изменяются с течением времени [5][6]. Однако механизм этих изменений оставался неясен до публикации в 1859 году книги Происхождение видов английского учёного Чарльза Дарвина о естественном отборе как движущей силе эволюции [7]. Теория Дарвина и Уоллеса, в конечном итоге, была принята научным сообществом[8][9]. В 30-х годах прошлого века идея дарвиновского естественного отбора была объединена с законами Менделя, которые сформировали основу синтетической теории эволюции (СТЭ). СТЭ позволила объяснить связь субстрата эволюции (гены) и механизма эволюции (естественный отбор).

59. Определение геологического возраста

Геохронологическая шкала -- геологическая временная шкала истории Земли, применяемая в геологии и палеонтологии, своеобразный календарь для промежутков времени в сотни тысяч и миллионы лет.

Методы определения абсолютного возраста

1. Метод ленточных глин - основан на явлении изменения состава осадков, которые отлагаются в спокойном водном бассейне при сезонном изменении климата. За 1 год образуется 2 слоя. В осенне-зимний сезон отлагается слой глинистых пород, а в весенне-летний образуется слой песчаных пород. Зная количество таких пар слоев, можно определить - сколько лет формировалась вся толща.

2.Методы ядерной геохронологии

Эти методы опираются на явление радиоактивного распада элементов. Скорость этого распада постоянна и не зависит от каких-либо условий, происходящих на Земле. При радиоактивном распаде происходит изменение массы радиоактивных изотопов и накопление продуктов распада - радиогенных стабильных изотопов. Зная период полураспада радиоактивного изотопа, можно определить возраст минерала его содержащего. Для этого нужно определить соотношение между содержанием радиоактивного вещества и продукта его распада в минерале.

60. Происхождение и систематическое положение

Антропогенез -- часть биологической эволюции, которая привела к появлению вида Homo sapiens, отделившегося от прочих гоминид, человекообразных обезьян и плацентарных млекопитающих, процесс историко-эволюционного формирования физического типа человека, первоначального развития его трудовой деятельности, речи, а также общества. Изучением антропогенеза занимается множество научных дисциплин, в частности антропология, палеоантропология, генетика, лингвистика.

В эволюционном контексте термин «человек» относится не только к ныне живущим людям, но и к представителям вымерших видов рода Homo. Кроме того, исследования антропогенеза распространяются на других гоминин, например, австралопитеков. Род Homo отделился от австралопитеков или подобных им гоминин около 2 млн лет назад в Африке. Существовало несколько видов людей, большинство из которых вымерло. К ним, в частности, относятся эректусы и неандертальцы.

Древнейшие представители вида Homo sapiens появились в результате эволюции 250--400 тыс. лет назад. Господствующей в наши дни гипотезой происхождения людей является африканская, согласно которой наш вид появился в Африке и оттуда распространился по всему свету, замещая существовавшие популяции H. erectus и H. neanderthalensis. Альтернативная гипотеза называется мультирегиональной. Согласно последней, люди, начиная, по-видимому, от H. erectus, эволюционировали как единый вид, в котором генные потоки могли свободно циркулировать. Имеющиеся в настоящее время данные палеоантропологии не позволяют сделать окончательный выбор между этими гипотезами, хотя данные генетики поддерживают африканскую теорию.

Начиная с H. habilis, люди использовали каменные орудия труда все более искусно изготовленные В последние 50 тыс. лет технология и культура изменяются быстрее, чем предшествующие эпохи.

Проблемы антропогенеза стали изучаться в XVIII веке. До этого времени господствовало представление, что человек и народы всегда были и являются такими, как их создал Творец. Однако постепенно в науке, культуре, общественном сознании утверждалась идея развития, эволюции, в том числе и применительно к человеку и обществу.

Сравнение полиморфизмов митохондриальной ДНК и датирование окаменелостей позволяют заключить, что Homo sapiens по женской линии (от «митохондриальной Евы») появились ок. 200 000 лет назад.

В настоящее время в антропологии принято разделять всех ископаемых людей на группы (стадии), каждая из которых включает в себя несколько видов.

· Архантропы -- древнейшие люди.

· Палеоантропы -- древние люди (Homo neandertalensis и, возможно, Homo heidelbergensis).

· Неоантропы -- люди современного облика.

61. Синтетическая теория эволюции

Синтетическая теория эволюции (СТЭ) -- современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма. СТЭ также опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и другие.

Синтетической она называется потому, что объединяет в своем составе все положительное, что содержалось в первоначальной теории эволюции Дарвина, но в то же время дополняет и развивает ее дальше, отказываясь от некоторых, неподтвердившихся ее положений.

Синтетическая теория эволюции отличается от дарвиновской теории по ряду важнейших пунктов:

* она ясно выделяет элементарную структуру, с которой начинается эволюция; в настоящее время такой структурой считается популяция, а не отдельная особь или вид, который включает в свой состав несколько популяций;

* в качестве элементарного явления или процесса эволюции современная теория рассматривает устойчивое изменение генотипа популяции;

* она шире и глубже истолковывает факторы и движущие силы эволюции, выделяя среди них факторы основные и неосновные.

Синтетическая теория эволюции -- современный дарвинизм -- возникла в начале 40-х годов XX в. Она представляет собой учение об эволюции органического мира, разработанное на основе данных современной генетики, экологии и классического дарвинизма. Термин «синтетическая» идет от названия книги известного английского эволюциониста Дж. Хаксли «Эволюция: современный синтез» (1942). В разработку синтетической теории эволюции внесли вклад многие ученые.

Основные положения синтетической теории эволюции в общих чертах можно выразить следующим образом:

Материалом для эволюции служат наследственные изменения -- мутации (как правило, генные) и их комбинации.

Основным движущим фактором эволюции является естественный отбор, возникающий на основе борьбы за существование.

Наименьшей единицей эволюции является популяция.

Эволюция носит в большинстве случаев дивергентный характер, т. е. один таксон может стать предком нескольких дочерних таксонов.

Эволюция носит постепенный и длительный характер. Видообразование как этап эволюционного процесса представляет собой последовательную смену одной временной популяции чередой последующих временных популяций.

Вид состоит из множества соподчиненных, морфологически, физиологически, экологически, биохимически и генетически отличных, но репродуктивно не изолированных единиц -- подвидов и популяций.

Вид существует как целостное и замкнутое образование. Целостность вида поддерживается миграциями особей из одной популяции в другую, при которых наблюдается обмен аллелями («поток генов»),

Макроэволюция на более высоком уровне, чем вид (род, семейство, отряд, класс и др.), идет путем микроэволюции. Согласно синтетической теории эволюции, не существует закономерностей макроэволюции, отличных от микроэволюции. Иными словами, для эволюции групп видов живых организмов характерны те же предпосылки и движущие силы, что и для микроэволюции.

Любой реальный (а не сборный) таксон имеет монофилетическое происхождение.

Эволюция имеет ненаправленный характер, т. е. не идет в направлении какой-либо конечной цели.

Синтетическая теория эволюции вскрыла глубинные механизмы эволюционного процесса, накопила множество новых фактов и доказательств эволюции живых организмов, объединила данные многих биологических наук. Тем не менее синтетическая теория эволюции (или неодарвинизм) находится в русле тех идей и направлений, которые были заложены Ч. Дарвином.

62. концепция экосистемы

экосистема- интерактивные системы, установленные между биоценозом (группа живых существ), и их биотопов, окружающей средой, в которой они живут. Таким образом, Экология стала наукой экосистем.

Концепция экосистем Трансли была принята энергичным и влиятельным биологом педагогом Юджином Одамом. Вместе со своим братом, Говардом Одамом, Юджин Одам написал учебник, на котором (начиная с 1953) воспитанно не одно поколение биологов и экологов в Северной Америке.

Экосистема - это безразмерная устойчивая система живых и неживых компонентов, в которой совершается внешний и внутренний круговорот вещества и энергии. В качестве примеров можно привести лесные экосистемы, почвы, гидросферу и т.д.

Самой крупной экосистемой, предельной по размерам и масштабам, является биосфера. Биосферой называют активную оболочку Земли, включающую все живые организмы Земли и находящуюся во взаимодействии с неживой средой (химической и физической) нашей планеты, с которой они составляют единое целое. Биосфера нашей планеты существует 3 млрд лет, она растет и усложняется наперекор тенденциям холодной энтропийной смерти; она несет разумную жизнь и цивилизацию. Биосфера существовала задолго до появления человека и может обойтись без него. Напротив, существование человека невозможно без биосферы.

Все остальные экосистемы находятся внутри биосферы и являются ее подсистемами. Крупная региональная экосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности, называется биомом. Например, биом пустыни или влажного тропического леса. Гораздо меньшей системой является популяция, включающая группу особей одного вида, т. е. единого происхождения, занимающая определенный участок. Более сложной системой, чем популяция, является сообщество, которое включает все популяции, занимающие данную территорию. Таким образом, популяция, сообщество, биом, биосфера располагаются в иерархическом порядке от малых систем к крупным.

Важное следствие иерархической организации состоит в том, что по мере объединения компонентов в более крупные функциональные единицы на новых ступенях иерархической лестницы возникают новые свойства, отсутствующие на предыдущих ступенях. Эти свойства нельзя предсказать исходя из свойств компонентов, составляющих новый уровень. Этот принцип получил название эмерджентности. Суть его: свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей. Например, водород и кислород, находящиеся на атомарном уровне, при соединении образуют молекулу воды, обладающую уже совершенно новыми свойствами. Другой пример. Некоторые водоросли и кишечнополостные образуют систему коралловых рифов. Огромная продуктивность и разнообразие коралловых рифов - эмерджентные свойства, характерные только для рифового сообщества, но никак не для его компонентов, живущих в воде с низким содержанием биогенных элементов.

Деятельность организмов в экосистеме приспосабливает геохимическую среду к своим биологическим потребностям. Тот факт, что химический состав атмосферы и сильно забуференная физическая среда Земли резко отличаются от условий на любой другой планете Солнечной системы, позволил сформулировать гипотезу Геи. Согласно этой гипотезе именно живые организмы создали и поддерживают на Земле благоприятные для жизни условия. В табл. 1.1 представлен сравнительный анализ состава атмосферы Земли, Марса, Венеры, а так же гипотетической атмосферы, которая изменилась на Земле до появления жизни.

Скорее всего зеленые растения и некоторые микроорганизмы сыграли основную рать в формировании земной атмосферы с ее высоким содержанием кислорода и низким содержанием углекислого газа. Гипотеза Геи подчеркивает важность изучения и сохранения этих регулирующих механизмов, которые позволяют атмосфере приспосабливаться к загрязнениям, обусловленным деятельностью человека.

В состав экосистемы входят следующие компоненты:

неорганические вещества (С, О2, N2, Р, S, СО2, Н2О и др.), которые включаются в круговороты веществ

органические соединения (белки, углеводы, липиды и др.), связывающие биотическую (живую) и абиотическую (неживую) компоненты экосистемы

воздушная, водная и субстратная среды, включающие климатический режим и другие физические факторы

продуценты, автотрофные (самопитающиеся) организмы, в основном зеленые растения, которые, используя энергию солнечного света, синтезируют органические вещества из углекислого газа и воды

консументы первого порядка (растительноядные животные) и второго порядка (хищники), гетеротрофные организмы, в основном животные, питающиеся другими организмами

редуценты или деструкторы, в основном бактерии и грибы, живущие за счет разложения тканей умерших организмов

63. Принципы экологии

Экология -- наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой природы. Термин впервые предложил в книге «Общая морфология организмов» («Generalle Morphologie der Organismen») в 1866 году немецкий биолог Эрнст Геккель.

Экология - это новая область науки, появившаяся во второй половине 20-го века. Точнее, считается, что в качестве отдельной дисциплины экология зародилась на рубеже 20-го века, и что она получила общественную известность в 1960-е годы, в связи с широко распространённым беспокойством за состояние окружающей среды[1] Тем не менее, идеи экологии были в какой то степени известны уже давно, и принципы экологии разрабатывались постепенно, тесно переплетаясь с развитием других биологических дисциплин. Таким образом, возможно одним из первых экологов были Аристотель или, может быть его студент, Теофраст, оба интересовавшиеся многими видами животных. Теофраст описал взаимоотношение между животными и между животными и окружающей их средой уже в 4-м веке до нашей эры (Ramalay, 1940).

64. связь останков с возрастом пластов

Пласт (или слой) -- геологическое тело, сложенное однородной породой, ограниченное двумя более или менее параллельными поверхностями напластования, имеющие одинаковую мощность и занимающее значительную площадь. Обычно название пластам или слоям дают в зависимости от слагающих их пород.

65. Определение скорости света

Скорость света в свободном пространстве (вакууме) с, скорость распространения любых электромагнитных волн (в т. ч. световых); одна из фундаментальных физических постоянных, огромная роль которой в современной физике определяется тем, что она представляет собой предельную скорость распространения любых физических воздействий (см. Относительности теория) и инвариантна (т. е. не меняется) при переходе от одной системы отсчёта к другой. Никакие сигналы не могут быть переданы со скоростью, большей с, а со скоростью с их можно передать лишь в вакууме. Величина с связывает массу и полную энергию материального тела; через неё выражаются преобразования координат, скоростей и времени при изменении системы отсчёта (Лоренца преобразования); она входит во многие другие соотношения. Под С. с. в среде с' обычно понимают лишь скорость распространения оптического излучения (света); она зависит от преломления показателя среды n, различного, в свою очередь, для разных частот v излучения (дисперсия света); с'(n) = c/n (n). Эта зависимость приводит к отличию групповой скорости от фазовой скорости света в среде, если речь идёт не о монохроматическом свете (для С. с. в вакууме эти две величины совпадают). Экспериментально определяя с', всегда измеряют групповую С. с. либо т. н. скорость сигнала, или скорость передачи энергии, только в некоторых специальных случаях не равную групповой.
Как можно более точное измерение величины с чрезвычайно важно не только в общетеоретическом плане и для определения значений других физических величин, но и для практических целей (см. ниже). Впервые С. с. определил в 1676 О. К. Рёмер по изменению промежутков времени между затмениями спутника Юпитера Ио. В 1728 то же проделал Дж. Брадлей, исходя из своих наблюдений аберрации света звёзд. На Земле С. с. первым измерил -- по времени прохождения светом точно известного расстояния (базы) -- в 1849 А. И. Л. Физо. (Показатель преломления воздуха очень мало отличается от 1, и наземные измерения дают величину, весьма близкую к с.) В опыте Физо пучок света периодически прерывался вращающимся зубчатым диском, проходил базу (около 8 км) и, отразившись от зеркала, возвращался на периферию диска (рис. 1). Падая при этом на зубец, свет не достигал наблюдателя, попадая в промежуток между зубцами, -- регистрировался наблюдателем. По известным скоростям вращения диска определялось время прохождения светом базы. Физо получил с = 315 300 км/сек.

66. Открытие микробов

Открытие микробов смогло осуществиться лишь во второй половине XVII в., когда в связи с развитием торговли назрела потребность в усовершенствовании оптики для мореплавания (подзорные трубы, телескопы). Впервые микроскоп был сконструирован в Голландии Гансом и Захарием Янсенами в 1590 г., но он давал еще очень слабое увеличение (всего в 32 раза) и не позволял увидеть бактерий. Открытие мира микробов связано с именем А.Левенгука. С помощью своего микроскопа, дающего увеличение до 300 раз, он в 1674 г. обнаружил и описал эритроциты человека, лягушек и рыб, в 1675 г. - простейших, в 1677 г. - сперматозоиды. А.Левенгук наблюдал клетки более чем 200 видов растений и животных. Свои наблюдения он описывал в письмах (всего их было около 300), направляя их в Лондонское Королевское Общество. Членом этого Общества он был избран в 1680 г. Первое из этих писем направил его друг, голландский ученый Р.Грааф, в 1683 г. А.Левенгук подробно описал и зарисовал основные формы бактерий. С открытия Левенгука начинается период зарождения микробиологии как науки и ее становления. Этот период получил название микрографического, так как изучение микроорганизмов сводилось лишь к описанию различных их форм, доступных исследованию при помощи далеко не совершенного микроскопа. Их биологические свойства и значение для человека долго еще оставались во многом непонятными.

Первые сведения о микроорганизмах были весьма скудными, поэтому К.Линней в XVIII в. выделил их в один род под названием Chaos и отнес к червям. В развитии микробиологии в этом периоде, продолжавшемся до середины XIX в., большое значение имели работы русских исследователей М.М.Тереховского (1740-1796 гг.) и Д.С.Самойловича (Сущинского). Большая заслуга М.М.Тереховского состоит в том, что он одним из первых использовал экспериментальный метод в микробиологии: он изучал влияние на микроорганизмы электрических разрядов разной силы, температуры, различных химических веществ; изучал их размножение и дыхание. К сожалению, его работы были мало известны в то время и не смогли оказать большого влияния на развитие микробиологии. Работы выдающегося русского врача Д.С.Самойловича получили самое широкое признание. Он был избран членом 12 зарубежных академий наук. Д.С.Самойлович вошел в историю микробиологии как один из первых (если не первый) "охотников" за возбудителем чумы. Впервые он принял участие в борьбе с чумой в 1771 г. во время вспышки ее в Москве, а затем с 1784 г. участвовал в ликвидации вспышек чумы в Херсоне, Кременчуге (1784 г.), Тамани (1796 г.), Одессе (1797 г.), Феодосии (1799 г.). С 1793 г. он был главным доктором карантинов юга России. Д.С.Самойлович был убежденным сторонником гипотезы о живой природе возбудителя чумы и за сто с лишним лет до открытия микроба пытался обнаружить его. Лишь несовершенство микроскопов того времени помешало ему сделать это. Он разработал и применил целый комплекс противочумных мероприятий. Наблюдая за чумой, он пришел к выводу, что после перенесения чумы к ней остается иммунитет. Одна из главных научных заслуг Д.С.Самойловича - идея о возможности создания искусственного иммунитета против чумы с помощью прививок. Своими идеями Д.С.Самойлович выступил как провозвестник зарождения новой науки - иммунологии. В это же время (конец XVIII - начало XIX вв.) английский врач Э.Дженнер впервые успешно осуществил древнюю мечту человечества: обуздать одну из самых страшных болезней человека - натуральную оспу - с помощью вакцинации (искусственных прививок возбудителя коровьей оспы).

Д.С.Самойлович (1744-1805)

По мере расширения методов изучения свойств микроорганизмов стала возможной и их систематика. В 1786 г. О.Мюллер выделил два рода бактерий - Monas и Vibrio и отнес их к группе инфузорий. В 1838 г. К.Эренберг переименовал их в семейства Monadna с одним родом (Monas) и Vibrionia, в котором выделил четыре рода: Bacterium, Spirillum, Vibrio и Spirochaeta. Большой вклад в систематику микробов внес один из основоположников отечественной микробиологии Л.С.Ценковский (1822-1887). В своей работе "О низших водорослях и инфузориях" (1855 г.) он установил место бактерий в системе живых существ, указав на близость их к растениям. Л.С.Ценковский описал 43 новых вида микроорганизмов, выяснил микробную природу клека (слизеподобная масса, образуемая на измельченной свекле). Впоследствии, независимо от Пастера, он получил сибиреязвенную вакцину, а будучи профессором Харьковского университета (1872-1887), способствовал организации Пастеровской станции в Харькове.

67. Открытие хиральности органических молекул

Хиральность (молекулярная хиральность) -- в химии свойство молекулы быть несовместимой со своим зеркальным отражением любой комбинацией вращений и перемещений в трёхмерном пространстве.

Наряду с конфигурацией и конформацией хиральность -- основное понятие современной стереохимии. Хиральностью обладают молекулы, в которых отсутствуют зеркально-поворотные оси симметрии Sn

Руки человека - возможно, наиболее распознаваемый пример хиральности: левая рука не накладывается поверх правой руки; неважно, как расположены руки, невозможно, чтобы все главные особенности обеих рук совпали. Разница в симметрии становится очевидной, если кто-то попытается пожать правую руку друга левой рукой или наденет левую перчатку на правую руку. Термин «хиральность» происходит от древнегреческого - «рука». При использовании в химическом контексте термин «хиральность» обычно относится к молекулам. Два зеркальных отражения молекулы, которые не накладываются друг на друга, относят как к энантиомерам, так и оптическим изомерам. Из-за того, что разница между правой и левой рукой широко известна и легко распознаётся, многие пары энантиомеров именуются право- и леворукими. Смесь равных количеств двух энантиомеров называется рацемичной. Молекулярная хиральность представляет из себя интерес из-за возможностей применения в стереохимии, неорганической химии, органической, физикохимии, биохимии и надмолекулярной химии. Симметрия молекулы (или любого другого объекта) определяет, хиральна ли она. Молекула ахиральна (нехиральна) тогда и только тогда, если у неё есть ось ротоинверсии. Это значит, что если после поворота молекулы на 360° и отражения симметрично плоскости, перпендикулярной оси этого вращения, молекула наложится сама на себя. Хиральная молекула необязательно должна быть симметричной, поскольку, лишённая симметричных элементов, у неё может быть радиальная симметрия.

Впервые свойство хиральности сформулировано в 1884 году Уильямом Томсоном, но распространение получило только после 1966 года, когда было введено в стереохимию Владимиром Прелогом.

68. Резерфорд. Строение атома

Смотри 32.

Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. В 1911 году Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а следовательно, терять энергию. Расчеты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает («модель атома Бора-Резерфорда»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов. Открыто более 220 элементарных частиц + противоположные к каждой.

69. Закон и постоянная Хаббла

Закон Хаббла (закон всеобщего разбегания галактик) - правило физической космологии, согласно которому красное смещение удалённых объектов пропорционально их расстоянию от наблюдателя. Таким образом, чем дальше от нас галактика, тем быстрее она от нас удаляется.

Другими словами, между расстояниями D до галактик и скоростями их удаления Vr (разбегания) наблюдается линейная зависимость:

D знак бесконечность Vr

Чем дальше от наблюдателя космический объект (галактика, квазар), тем быстрее он удаляется.

На каждый миллион парсек расстояния до объекта его скорость убегания увеличивается приблизительно на 75 км/с.

График из оригинальной работы Хаббла 1929 года. В величинах расстояний Хабблом была допущена ошибка (обусловленная несовершенством тогдашних средств наблюдения), исправленная позднее Сендиджем, Бааде и др. Со времени работы Хаббла, значение постоянной подправили примерно в 8 раз. Хаббл считал, что она составляет около 500 км/с на мегапарсек. Современное значение 70-80 км/с на мегапарсек.

Более точно:

D=1/H0*Vr

где

c - скорость света,

z = l/l - красное смещение (относительное увеличение длин волн спектральных линий в спектрах галактик),

H0 - постоянная Хаббла.

С помощью этого закона можно рассчитать так называемый Хаббловский возраст Вселенной (в предположении, что "разбегание" галактик действительное):

th=r/v=1/H0

С точки зрения классической механики, закон Хаббла можно наглядно объяснить следующим образом. Когда-то давно Вселенная образовалась в результате Большого взрыва. В момент взрыва различные частицы материи (осколки) получили различные скорости. Те из них, которые получили большие скорости - соответственно успели к настоящему моменту улететь дальше, чем те, которые получили меньшие скорости. Если провести численный расчёт, то окажется, что зависимость расстояния от скорости оказывается линейной. Кроме того, получается, что эта зависимость одна и та же для всех точек пространства, то есть, по наблюдениям за разлетающимися осколками нельзя найти точку взрыва: с точки зрения каждого осколка, именно он находится в центре. Однако, несмотря на такую наглядность, следует помнить, что расширение Вселенной должно описываться не классической механикой, а общей теорией относительности.

70. Присоединенный к письму файл Закономерности организации мироздания

Внутри организации мироздания имеются организации более низкого порядка, меньший момент самодвижения и организованности. Наиболее совершенный организм есть та форма организации в системе мироздания, к которой момент самодвижения достигает предела. Самодвижение конкретно выражается в высокой динамичности взаимодействия элементов, что является важнейшим условием организованности и целостности. Степень взаимодействия в живом настолько велика, что различие между причиной и следствием здесь совершенно стерто, так что один элемент живого становится немыслим без другого. В силу того, что все эти свойства живой организации присущи и миру в целом (но не отдельным ее субстанциям), живое есть отражение всего мироздания.

Ступень в строении мироздания и само мироздание как организация есть орган самосозерцания "интеллигенции" в ее стремлении к абсолютному тождеству, равновесию с самой собой. Важной чертой организации является покой, "равновесие", но достигается покой лишь через непрерывное самодвижение, и чем выше диалектическое единство покоя и движения, тем выше организованность, причем покой есть нечто внешнее относительно организации, а движение - внутреннее.

71. открытие реликтового излучения

Реликтовое излучение (или космическое микроволновое фоновое излучение от англ. cosmic microwave background radiation)[1] -- космическое электромагнитное излучение с высокой степенью изотропности и со спектром, характерным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 К.

Существование реликтового излучения было предсказано теоретически в рамках теории Большого взрыва. Хотя в настоящее время многие аспекты первоначальной теории Большого взрыва пересмотрены, основы, позволившие предсказать температуру реликтового излучения, остались неизменны. Считается, что реликтовое излучение сохранилось с начальных этапов существования Вселенной и равномерно её заполняет. Экспериментально его существование было подтверждено в 1965 году. Наряду с космологическим красным смещением, реликтовое излучение рассматривается как одно из главных подтверждений теории Большого взрыва.

Реликтовое излучение было предсказано Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом в 1948 году на основе созданной ими первой теории горячего Большого взрыва. Более того, Альфер и Герман смогли установить, что температура реликтового излучения должна составлять 5 К, а Гамов дал предсказание в 3 К[2]. Хотя некоторые оценки температуры пространства существовали и до этого, они обладали несколькими недостатками. Во-первых, это были измерения лишь эффективной температуры пространства, не предполагалось, что спектр излучения подчиняется закону Планка. Во-вторых, они были зависимы от нашего особого расположения на краю галактики Млечный Путь и не предполагали, что излучение изотропно. Более того, они бы дали совершенно другие результаты, если бы Земля находилась где-либо в другом месте Вселенной.

Результаты Гамова широко не обсуждались. Однако они были вновь получены Робертом Дикке и Яковом Зельдовичем в начале 60-х годов. В 1964 году это подтолкнуло Дэвида Тодда Вилкинсона и Питера Ролла, коллег Дикке по Принстонскому университету, к созданию радиометра Дикке для измерения реликтового излучения.

В 1965 году Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон из Bell Telephone Laboratories в Холмдейле (штат Нью-Джерси) построили радиометр Дикке, который они намеревались использовать не для поиска реликтового излучения, а для экспериментов в области радиоастрономии и спутниковых коммуникаций. При калибровке прибора выяснилось, что антенна имеет избыточную температуру в 3,5 К, которую они не могли объяснить. Получив звонок из Холдмдейла, Дикке остроумно заметил: «Мы сорвали куш, парни». Встреча между группами из Принстона и Холмдейла определила, что такая температура антенны была вызвана реликтовым излучением. В 1978 году Пензиас и Вилсон получили Нобелевскую премию за их открытие.

В 1983 году был проведён первый эксперимент, РЕЛИКТ-1, по измерению реликтового излучения с борта космического аппарата. В январе 1992 года на основании анализа данных эксперимента РЕЛИКТ-1 российские учёные объявили об открытии анизотропии реликтового излучения. Тем не менее, в 2006 году Нобелевская премия по физике за это была присуждена американцам, объявившим о подобном открытии тремя месяцами позже на основании данных эксперимента COBE. [3]

Спектрофотометр дальнего инфракрасного излучения FIRAS, установленный на спутнике NASA Cosmic Background Explorer, выполнил наиболее точные на сегодняшний день измерения спектра реликтового излучения. Они подтвердили его соответствие спектру излучения абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 К.

Наиболее подробную карту реликтового излучения удалось построить в результате работы американского космического аппарата WMAP.

72. Открытие реликтового излучения

Реликтовое излучение (космическое микроволновое фоновое излучение) -- космическое электромагнитное излучение с высокой степенью изотропности и со спектром, характерным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,725 К.

Реликтовое излучение было предсказано Георгием Гамовым, Ральфом Альфером и Робертом Германом в 1948 году на основе созданной ими первой теории горячего Большого взрыва. Более того, Альфер и Герман смогли установить, что температура реликтового излучения должна составлять 5 К, а Гамов дал предсказание в 3 К. Хотя некоторые оценки температуры пространства существовали и до этого, они обладали несколькими недостатками. Во-первых, это были измерения лишь эффективной температуры пространства. Во-вторых, они были зависимы от нашего особого расположения на краю галактики Млечный Путь и не предполагали, что излучение изотропно. Более того, они бы дали совершенно другие результаты, если бы Земля находилась где-либо в другом месте Вселенной.

Результаты Гамова были вновь получены Дикке и Зельдовичем в начале 60-х годов. В 1964 году это подтолкнуло Вилкинсона и Ролла, коллег Дикке по Принстонскому университету, к созданию радиометра Дикке для измерения реликтового излучения.

В 1965 году Пензиас и Вильсон построили радиометр Дикке, который они намеревались использовать не для поиска реликтового излучения, а для экспериментов в области радиоастрономии и спутниковых коммуникаций. При калибровке прибора выяснилось, что антенна имеет избыточную температуру в 3,5 К, которую они не могли объяснить. Встреча Дикке с Вильсоном определила, что такая температура антенны была вызвана реликтовым излучением. В 1978 году Пензиас и Вилсон получили Нобелевскую премию за их открытие.

73. открытие гравитационного линзирования

Гравитационная линза -- массивное тело (планета, звезда) или система тел (галактика, скопление галактик), искривляющая своим гравитационным полем направление распространения излучения, подобно тому, как искривляет световой луч обычная линза.

...