Задачи изучения дисциплины "Концепции современного естествознания"

2. Химический элемент - определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Химические свойства элемента определяются строением его атома.

3. Простые вещества образованы из атомов одного элемента (N2, Fe). Сложные вещества или химические соединения образованы атомами разных элементов (CuO, H2O).

4. Химические явления или реакции - это процессы, в которых одни вещества превращаются в другие по строению и свойствам без изменения состава ядер атомов.

5. Масса веществ, вступающих в реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции (закон сохранения массы).

6. Всякое чистое вещество независимо от способа получения всегда имеет постоянный качественный и количественный состав (закон постоянства состава).

63. Биология -- наука, которая изучает живые организмы.

64. Основная задача биологии - истолковывать все явления живой природы, исходя из научных законов, не забывая при этом, что организму как целому присущи свойства, отличные от свойств его частей.

65. Признаки отличающие живой объект:

1. Питание (создание живым организмам своих органических веществ):

- автотрофное (фотосинтез, хемосинтез);

- гетеротрофное

2. Дыхание (аэробное, анаэробное);

3. Раздражимость (реакция на изменения внешней и внутренней среды);

4. Подвижность;

5. Выделение (продуктов обмена веществ);

6. Размножение;

7. Рост.

66. Существует множество гипотез происхождения жизни на Земле. Наиболее важными из них являются: креационизм, гипотезы самозарождения, стационарного состояния, панспермии. Жизнь -- одно из сложнейших явлений природы. Со времен глубокой древности она казалась таинственной и непознаваемой -- вот почему по вопросам ее происхождения всегда шла острая борьба между материалистами и идеалистами. Приверженцы идеалистических взглядов считали (и считают) жизнь духовным, нематериальным началом, возникшим в результате божественного творения. Материалисты же, напротив, полагали, что жизнь на Земле могла возникнуть из неживой материи путем самозарождения (абиогенез) или занесения из других миров, т.е. является порождением других живых организмов (биогенез).

По современным представлениям, жизнь -- это процесс существования сложных систем, состоящих из больших органических молекул и неорганических веществ и способных самовоспроизводиться, саморазвиваться и поддерживать свое существование в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой.

С накоплением человеком знаний об окружающем мире, развитием естествознания изменялись взгляды на происхождение жизни, выдвигались новые гипотезы. Однако и сегодня вопрос о происхождении жизни еще окончательно не решен. Существует множество гипотез происхождения жизни. Наиболее важными из них являются следующие:

· Креационизм (жизнь была создана Творцом);

· Гипотезы самопроизвольного зарождения (самозарождение; жизнь возникала неоднократно из неживого вещества);

· Гипотеза стационарного состояния (жизнь существовала всегда);

· Гипотеза панспермии (жизнь занесена на Землю с других планет);

· Биохимические гипотезы (жизнь возникла в условиях Земли в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам, т.е. в результате биохимической эволюции).

Креационизм. Согласно этой религиозной гипотезе, имеющей древние корни, все существующее во Вселенной, в том числе жизнь, было создано единой Силой -- Творцом в результате нескольких актов сверхъестественного творения в прошлом. Организмы, населяющие сегодня Землю, происходят от сотворенных по отдельности основных типов живых существ. Сотворенные виды были с самого начала превосходно организованы и наделены способностью к некоторой изменчивости в определенных границах (микроэволюция). Этой гипотезы придерживаются последователи почти всех наиболее распространенных религиозных учений.

Традиционное иудейско-христианское представление о сотворении мира, изложенное в Книге Бытия, вызывало и продолжает вызывать споры. Однако существующие противоречия не опровергают концепцию творения. Религия, рассматривая вопрос о происхождении жизни, ищет ответ главным образом на вопросы «почему?» и «для чего?», а не на вопрос «каким образом?». Если наука в поисках истины широко использует наблюдение и эксперимент, то богословие постигает истину через божественное откровение и веру.

Процесс божественного сотворения мира представляется как имевший место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения. В связи с этим гипотеза творения не может быть ни доказана, ни опровергнута и будет существовать всегда наряду с научными гипотезами происхождения жизни.

Гипотезы самозарождения. На протяжении тысячелетий люди верили в самопроизвольное зарождение жизни, считая его обычным способом появления живых существ из неживой материи. Полагали, что источником спонтанного зарождения служат либо неорганические соединения, либо гниющие органические остатки (концепция абиогенеза). Эта гипотеза была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Идея самозарождения высказывалась также философами Древней Греции и даже более ранними мыслителями, т.е. она, по-видимому, так же стара, как и само человечество. На протяжении столь длительной истории эта гипотеза видоизменялась, но по-прежнему оставалась ошибочной. Аристотель, которого часто провозглашают основателем биологии, писал, что лягушки и насекомые заводятся в сырой почве. В средние века многим «удавалось» наблюдать зарождение разнообразных живых существ, таких как насекомые, черви, угри, мыши, в разлагающихся или гниющих остатках организмов. Эти «факты» считались весьма убедительными до тех пор, пока итальянский врач Франческо Реди (1626--1697) не подошел к проблеме возникновения жизни более строго и не подверг сомнению теорию спонтанного зарождения. В 1668 г. Реди проделал следующий опыт. Он поместил мертвых змей в разные сосуды, причем одни сосуды накрыл кисеей, а другие оставил открытыми. Налетевшие мухи отложили яйца на мертвых змеях в открытых сосудах; вскоре из яиц вывелись личинки. В накрытых сосудах личинок не оказалось (рис. 5.1). Таким образом, Реди доказал, что белые черви, появляющиеся в мясе змей, -- личинки флорентийской мухи и что если мясо закрыть и предотвратить доступ мух, то оно не «произведет» червей. Опровергнув концепцию самозарождения, Реди высказал мысль о том, что жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (концепция биогенеза). Подобных взглядов придерживался и голландский ученый Антони ван Левен-гук (1632--1723), который, используя микроскоп, открыл мельчайшие организмы, невидимые невооруженным глазом. Это были бактерии и протисты. Левенгук высказал мысль, что эти крошечные организмы, или «анималькулы», как он их называл, происходят от себе подобных. Мнение Левенгука разделял итальянский ученый Ладзаро Спалланцани (1729-- 1799), который решил доказать опытным путем, что микроорганизмы, часто обнаруживаемые в мясном бульоне, самопроизвольно в нем не зарождаются. С этой целью он помещал жидкость, богатую органическими веществами (мясной бульон), в сосуды, кипятил эту жидкость на огне, после чего сосуды герметично запаивал. В итоге бульон в сосудах оставался чистым и свободным от микроорганизмов. Своими опытами Спалланцани доказал невозможность самопроизвольного зарождения микроорганизмов. Противники этой точки зрения утверждали, что жизнь в колбах не возникала по той причине, что воздух в них во время кипячения портится, поэтому по-прежнему признавали гипотезу самозарождения. Сокрушительный удар по этой гипотезе был нанесен в 19 в. французским ученым-микробиологом Луи Пастером (1822--1895) и английским биологом Джоном Тиндалем (1820--1893). Они показали, что бактерии распространяются по воздуху и что если в воздухе, попадающем в колбы с простерилизованным бульоном, их нет, то и в самом бульоне они не возникнут. Пастер пользовался для этого колбами с изогнутым S -образ-ным горлышком, которое служило для бактерий ловушкой, тогда как воздух свободно проникал в колбу и выходил из нее (рис. 5.3). Тиндаль стерилизовал воздух, поступающий в колбы, пропуская его сквозь пламя или через вату. К концу 70-х гг. 19 в. практически все ученые признали, что живые организмы происходят только от других живых организмов, что означало возвращение к первоначальному вопросу: откуда же взялись первые организмы?

Гипотеза стационарного состояния. Согласно этой гипотезе Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды также существовали всегда. Эту гипотезу называют иногда гипотезой этернизма (от лат. eternus -- вечный). Гипотеза этернизма была выдвинута немецким ученым В. Прейером в 1880 г. Взгляды Прейера поддерживал академик В.И. Вернадский, автор учения о биосфере.

Гипотеза панспермии. Гипотеза о появлении жизни на Земле в результате переноса с других планет неких зародышей жизни получила название

панспермии (от греч. pan -- весь, всякий и sperma -- семя). Эта гипотеза примыкает к гипотезе стационарного состояния. Ее приверженцы поддерживают мысль о вечном существовании жизни и выдвигают идею о внеземном ее происхождении. Одним из первых идею о космическом (внеземном) происхождении жизни высказал немецкий ученый Г. Рихтер в 1865 г. Согласно Рихтеру жизнь на Земле не возникла из неорганических веществ, а была занесена с других планет. В связи с этим вставали вопросы, насколько возможно такое перенесение с одной планеты на другую и как это могло быть осуществлено. Ответы искали в первую очередь в физике, и неудивительно, что первыми защитниками этих взглядов выступили представители этой науки, выдающиеся ученые Г. Гельмгольц, С. Аррениус, Дж. Томсон, П.П. Лазарев и др. Согласно представлениям Томсона и Гельмгольца споры бактерий и других организмов могли быть занесены на Землю с метеоритами. Лабораторные исследования подтверждают высокую устойчивость живых организмов к неблагоприятным воздействиям, в частности к низким температурам. Например, споры и семена растений не погибали даже при длительном выдерживании в жидком кислороде или азоте. Другие ученые высказывали мысль о перенесении «спор жизни» на Землю светом. Современные приверженцы концепции панспермии (в числе которых -- лауреат Нобелевской премии английский биофизик Ф. Крик) считают, что жизнь на Землю занесена случайно или преднамеренно космическими пришельцами. К гипотезе панспермии примыкает точка зрения астрономов Ч. Вик-рамасингха (Шри-Ланка) и Ф. Хойла (Великобритания). Они считают, что в космическом пространстве, в основном в газовых и пылевых облаках, в большом количестве присутствуют микроорганизмы, где они, по мнению ученых, и образуются. Далее эти микроорганизмы захватываются кометами, которые затем, проходя вблизи планет, «сеют зародыши жизни».

67. Среди современных взгля дов на происхождение жизни важнейшее место занимает биохимическая концепция, которую выдвинул в 1924 г. советский биохимик А.И. Опарин. Согласно этой концепции жизнь возникла в специфических условиях древней Земли и является закономерным результатом химической эволюции соединений углерода во Вселенной.

Процесс возникновения жизни включает три этапа:

1. Возникновение органических веществ;

2. Образование из более простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др.);

3. Возникновение примитивных самовоспроизводящихся организмов.

А.И. Опарин высказал мысль, что атмосфера первичной Земли была не такой, как сейчас, и носила строго восстановительный характер. Возраст Земли, по мнению геологов и астрономов, составляет примерно 4,5 млрд лет. В далеком прошлом состояние нашей планеты было мало похоже на нынешнее. По всей вероятности, температура ее поверхности была очень высокой (4000--8000°С). По мере остывания углерод и более тугоплавкие металлы конденсировались и образовывали земную кору. В ее состав, кроме карбидов, входят соединения алюминия, кальция, железа, магния, натрия, калия и других элементов. Поверхность планеты была, вероятно, неровной. В результате вулканической деятельности, непрерывных подвижек коры и сжатия, вызванного охлаждением, на ней образовывались складки и возвышения. Легкие газы -- водород, гелий, азот, кислород и аргон -- уходили из атмосферы, так как гравитационное поле нашей планеты не могло их удерживать. Однако простые соединения, содержащие эти и другие элементы, удерживались у Земли. К ним относится вода, аммиак, диоксид углерода и метан, возможно, цианистый водород. При остывании Земли у ее поверхности происходило конденсирование паров воды, что привело к образованию первичного водного океана. Под воздействием различных видов энергии (электрические разряды молний, солнечная энергия и др.) из простых соединений образовались более сложные органические вещества, а затем и биополимеры. Отсутствие в атмосфере кислорода было, вероятно, необходимым условием образования органических веществ. Это предположение подтверждается результатами лабораторных опытов, показавшими, что органические вещества гораздо легче создаются в отсутствии кислорода. По мнению Опарина, разнообразие находившихся в океанах простых соединений, большая площадь поверхности Земли, доступность энергии и большой промежуток времени позволяют предположить, что в океане постепенно происходило накопление органических веществ, что в итоге привело к образованию того «первичного бульона», в котором могла возникнуть жизнь. Опарин полагал, что решающая роль в превращении неживого в живое принадлежит белкам. Благодаря своим свойствам белковые молекулы способны к образованию коллоидных гидрофильных комплексов, другими словами, они притягивают к себе молекулы воды, которые создают вокруг них оболочку. Эти комплексы могут обособляться от всей массы воды и сливаться друг с другом, приводя к образованию коацерватов (от лат. coaceruus -- сгусток, куча). Разнообразие состава «первичного бульона» в разных местах вело к различиям в химическом составе коацерватов и поставляло таким образом материал для «биохимического естественного отбора». Коацерваты, видимо, обладали способностью поглощать различные вещества из окружающей их водной среды. Включение в их состав ионов металлов привело к образованию ферментов. На границе между коацерватами и внешней средой выстраивались молекулы липидов, что привело к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей коацерватам стабильность. В результате включения в свой состав нуклеиновой кислоты, а также благодаря внутренней- перестройке, приведшей к появлению ферментов, из покрытого липидной оболочкой коацервата могла возникнуть примитивная клетка, обладающая свойствами живого. Поглощение из «первичного бульона» новых веществ способствовало увеличению размеров коацерватов и их фрагментации, что приводило, возможно, к образованию идентичных коацерватов, т.е. к их «размножению». В ходе такой предположительной последовательности событий и должен был возникнуть примитивный самовоспроизводящийся гетеротрофный организм, питавшийся органическими веществами «первичного бульона». Таким образом, жизнь на Земле могла возникнуть при следующих условиях: наличие определенных химических веществ, отсутствие газообразного кислорода, наличие источников энергии и безгранично долгое время. Система взглядов А.И. Опарина получила название коацерватной гипотезы.

68. Эволюция живых организмов означает постепенное, упорядоченное развитие сложных организмов из предсуществующих более простых с течением времени.

69. Эволюционные гипотезы на примере древнегреческой философии.

Ионийская школа (Фалйс,VII-VI вв. до н.э., Анаксимандр, VI в. до н.э.) утверждала, что всё живое происходит из воды. Анаксимандр создал развернутое учение о возникновении из ила растений и животных. По мере высыхания земли жизнь вышла из морей на сушу. Люди произошли от особого вида рыб.

Эмпедокл (V в. до н.э.) считал, что живой мир образован сочетанием четырех первичных элементов - воздуха, земли, огня и воды под действием двух нематериальных сил - Любви и Ненависти. Любовь смешивает элементы, а Ненависть их разделяет, и т.к. сами элементы вечны и неизменны, то нет ни рождения, ни смерти, а есть постоянная борьба Любви и Ненависти. Эта борьба идет с переменных успехом, и поэтому развитие мира повторяется периодически, образуя круг времени. Таким образом, изменчивость существ, а следовательно, и органическая эволюция возможна только внутри круга времени.

Аристотель на основе своей теории развития живого из неживой материи расположил все организмы в ряд (непрерывный) - «лестницу природы» (scala naturae). Предлагались и различные классификации, но все они были построены по какому-то одному или нескольким признакам (например, те, кто плавают, относятся к рыбам и т.п.).

70. Накопление данных об органическом мире в последующие века привело к новому принципу классификации живых организмов на основе понятия вида в системе растений (Рей, XVII в.) и системе природы (Линней, XVIII в.). Линней был убежден в постоянстве видов, а Бюффон (XVIII в.) допускал их изменчивость под влиянием внешней среды. В XIX веке эволюционные теории стали содержать гипотезы о механизме эволюции.

Ламарк (1809 г.) предположил, что изменения среды могут привести к изменению форм поведения и изменению соответствующих органов. Эти приобретенные признаки организма передаются потомству.

Например, предки жирафа питались листьями высоких деревьев, им приходилось тянуться все выше и выше за ними, поэтому в каждом поколении происходило удлинение шеи и ног, передающееся по наследству. Плоское тело камбалы возникло из-за лежания на мелководье.

Кювье (1812 г.) выдвинул теорию катастроф, чтобы объяснить смену фаун и флор на Земле в прошлом. Анализ ископаемых останков в пластах Земли приводит к выводу, что эпохи покоя заканчивались стихийными бедствиями, гибелью одних видов и приходом других. Д'Орбиньи насчитывал 27 таких катастроф в истории Земли.

Дарвин (1859 г.) и независимо от него Уоллес пришли к выводу о том, что эволюция осуществляется путем естественного отбора. Эта гипотеза основана на трех наблюдениях и двух выводах.

Наблюдение 1. Особи в составе популяции обладают большой способностью к размножению.

Наблюдение 2. Число особей в популяции примерно постоянно.

Вывод 1. Многим особям не удается выжить и оставить потомство. Происходит борьба за существование.

Наблюдение 3. Во всех популяциях существует изменчивость.

Вывод 2. В борьбе за существование особи, лучше приспособленные к условиям жизни, произведут больше потомков (естественный отбор). Таким образом, любое даже самое незначительное изменение, но благоприятное для выживания организма, должно передаваться следующим поколениям и может привести к изменению вида.

71. Естемственный отбомр -- основной эволюционный процесс, в результате действия которого в популяции увеличивается число особей, обладающих максимальной приспособленностью (наиболее благоприятными признаками), в то время, как количество особей с неблагоприятными признаками уменьшается. В свете современной синтетической теории эволюции естественный отбор рассматривается как главная причина развития адаптаций, видообразования и происхождения надвидовых таксонов. Естественный отбор -- единственная известная причина адаптаций, но не единственная причина эволюции. К числу неадаптивных причин относятся генетический дрейф, поток генов и мутации.

Термин «Естественный отбор» популяризовал Чарльз Дарвин, сравнивая данный процесс с искусственным отбором, современной формой которого является селекция. Идея сравнения искусственного и естественного отбора состоит в том, что в природе так же происходит отбор наиболее «удачных», «лучших» организмов, но в роли «оценщика» полезности свойств в данном случае выступает не человек, а среда обитания. К тому же, материалом как для естественного, так и для искусственного отбора являются небольшие наследственные изменения, которые накапливаются из поколения в поколение.

72. Дарвинизм оказался недостаточным для исчерпывающего объяснения все новых и новых биологических фактов. Поэтому в ХХ веке появились новые идеи, которые привели к формированию в 1930-40 гг. синтетической теории эволюции (СТЭ). Это современная эволюционная теория, которая является синтезом различных дисциплин, прежде всего, генетики и дарвинизма. Она также опирается на палеонтологию, систематику, молекулярную биологию и др.

73. Вот некоторые сведения, подтверждающие теорию эволюции.

1. Ископаемые остатки можно распределить по тем же типам и классам, что и ныне живущие виды. Изменения в строении организмов можно связать с изменениями условий жизни в соответствующие эпохи. Разрывы палеонтологической летописи объясняются неполнотой данных или внезапным появлением некоторых видов.

2. Современное географическое распространение видов позволяет проследить их адаптацию и пути расселения. Разные группы возникали в разное время и в разных областях.

3. Существует структурное сходство между организмами в пределах рода, класса. В этом можно убедиться, сравнивая соответствующие признаки.

4. Селекция может рассматриваться как искусственный отбор, во многом аналогичный естественному отбору.

5. Сравнительная анатомия животных и растений выявляет сходство строения разных организмов, что указывает на их происхождение от общего предка (гомологичные органы). Например, пятипалая конечность - гомологичный орган, наличествующий у многих животных от амфибий до млекопитающих. Рудиментарные органы не имеют соответствующей функции, но она, видимо, была у предков.

6. Адаптивная радиация - это развитие гомологичной структуры в соответствии с функциями. Насекомые способны к разной пище, и их рот одинаков по структуре.

7. Сравнительная эмбриология показывает на целом ряде примеров, что развитие организма повторяет историю развития группы. Или согласно закону Геккеля (XIX в.): онтогенез повторяет филогенез.

8. Сравнительная биохимия позволяет сделать вывод о том, что все живое на Земле состоит из практически одинаковых химических веществ, например, белковые молекулы разных живых организмов построены из ограниченного числа одних и тех же аминокислот.

74. Биосфера - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «плёнка жизни»; глобальная экосистема Земли.

75. Биосфера, по определению В. И. Вернадского, - наружная оболочка (сфера) Земли, область распространения жизни (bios - жизнь). По последним данным, толщина биосферы 40...50 км. Она включает нижнюю часть атмосферы (до высоты 25...30 км, т.е. до озонового слоя), практически всю гидросферу (реки, моря и океаны) и верхнюю часть земной коры - литосферу (до глубины 3 км). Важнейшими компонентами биосферы являются: живое вещество(растения, животные и микроорганизмы);биогенное вещество (органические и органоминеральные продукты, созданные живыми организмами на протяжении геологической истории - каменный уголь, нефть, торф и др.);косное вещество(горные породы неорганического происхождения и вода);биокосное вещество(продукт синтеза живого и неживого, т. е. осадочные породы, почвы, илы).

Современное учение о биосфере создал великий ученый В.И. Вернадский. Он доказал, что все три оболочки Земли связаны с живым веществом, которое оказывает непрерывное воздействие на неживую природу.

Отличительная и определяющая особенность биосферы состоит в ее целостности и населенности жизнью. Живое вещество Земли представляет собой самую мощную силу в биосфере, материально и энергетически определяющую ее функции. В результате непрерывного взаимодействия (обмена) между компонентами биосферы под влиянием живого вещества изменяются как населяющие биосферу организмы, так и среда, в которой они живут. Благодаря живому веществу поддерживаются взаимосвязь и взаимообусловленность всех компонентов в биосфере. Эта многосторонняя и разнообразная связь определяет биосферу как гигантскую экологическую систему, в которой человек является, с одной стороны, биологической частицей всей системы, а с другой - активным ее преобразователем.

Неуправляемо возрастающая техническая и энергетическая вооруженность человека отрицательно влияет на сбалансированность процессов в биосфере. Поэтому сегодня глобальной задачей человечества является определение и осуществление допустимых пределов воздействия на биосферу в целях предотвращения экологической катастрофы.

76. Основу биосферы составляет живое вещество. Оно непрерывно изменяет свое окружение путем питания, дыхания и размножения особей. Соответственно геохимическая функция живого вещества представляет собой совокупность концентрационной, газовой и транспортной функции.

77. Солнечное излучение является основным источником активности живых организмов, используемый в процессе фотосинтеза зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами для создания органического вещества, обеспечивающего пищей и энергией все остальные организмы.

78. Биогеоценоз - комплекс взаимосвязанных популяций, образующих конкретное сообщество, занимающее определенную пространственную область (биотоп).

79. Вернадский сформулировал следующие принципы эволюции биосферы:

- Биогенная миграция химических элементов стремится к своему максимальному выражению.

- Эволюция видов идет в направлении, усиливающем эту биогенную миграцию.

-Заселенность Земли в каждую геологическую эпоху была максимально возможной для существовавшего в данный момент времени живого вещества.

Размещено на Аllbеst.ru