Научные теории естествознания

Оглавление 1. Что та кое наука, ее основные черты и отличия от других отраслей культуры 2. Класс ификация естественных наук. Основные проблемы, решаемые отдельными ест ественными науками 3. Свойс тва пространства и времени. Главные выводы специальной и общей теории от носительности 4. Характеристика основных физических взаимодействий 5. Эволю ция Вселенной. Модель Большого взрыва и расширяющейся Вселенной 6. Естес твеннонаучные модели происхождения жизни 7. Функц ии ДНК и ее химическая характеристика 8.Роль м утаций и окружающей среды в эволюции живого 9. Иерар хическое строение биосферы и трофические уровни 10. Биосфера и ноосфера Список использованной литературы 1. Что такое наука, ее основные черты и отличия от др угих отра с лей культуры Наука, имея многочисленные определения, высту пает в трех основных ипостасях. Она понимается либо как форма деятельнос ти, либо как система или совокупность дисциплина р ных знаний или же как социальный инс титут. В первом случае наука предстает как особый способ деятельности, н апра в ленный на фактическ и выверенное и логически упорядоченное познание предметов и процессов окружающей действительности. Как деятельность, наука помещена в поле це леполагания, принятия решений, выбора, преслед о вания своих интересов, призна ния ответственности. Во втором истолковании, когда наука высту пает как система знаний, отвечающих критериям объективности, адекватно сти, истинности, научное знание пытается обеспечить себе зону автономии и быть нейтральным по отношению к идеологическим и политическим приори тетам. То, ради чего армии ученых тратят свои жизни и кладут свои головы, е сть истина, она превыше всего, она есть конституирующий науку элемент и о сновная це н ность науки. Третье, институциональное, понимание науки подчеркивает ее социальную прир о ду и объективирует ее бытие в качестве формы общественного сознания. Впрочем, с институционал ьным оформлением связаны и другие формы общественного сознания: религи я, политика, право, идеология, иску с ство и т.д. Наука как социальный институт или форма общественного сознания, связан ная с производством научно-теоретического знания, представляет с о бой определенную систему вза имосвязей между научными организациями, членами научного сообщества, с истему норм и ценностей. Однако то, что она является институтом, в котором десятки и даже сотни тысяч людей нашли свою профессию, – результат недавнего развития. В настоящее время наука предстает прежде всего как социокультурный феномен. Это значит, что она зависит от многоо бразных сил, токов и вли я ни й, действующих в обществе, определяет свои приоритеты в социальном конте ксте, тяготеет к компромиссам и сама в значительной степени детерм и нирует общественную жизнь. Т ем самым фиксируется двоякого рода завис и мость: как социокультурный феномен наука возникла, отв ечая на определе н ную потр ебность человечества в производстве и получении истинного, адекватн о го знания о мире, и существ ует, оказывая весьма заметное воздействие на развитие всех сфер обществ енной жизни. Она рассматривается в качестве социокультурного фен о мена потому что, границы сего дняшнего понимания науки, расширяются до границ « культуры » . И с другой стороны, наука пр е тендует на роль единственно устойчивого и "подлинного" фундам ента п о следней в целом в ее первичном – деятельностном и технологическом – п о нимании. Как социокультурный феномен, наука всегда опирается на сложивши е ся в обществе культурные традиц ии, на принятые ценности и нормы. Позн а вательная деятельность вплетена в бытие культуры. Отсюда становится п о нятной собс твенно культурно-технологическая функция науки, связанная с обработко й и возделыванием человеческого материала – субъекта познавательной деятельности, включение его в познавательный пр о цесс. Наука, понимаемая как социокультурный феномен, не может развиваться вне освоения знаний, ставших общественным достоянием и хранящихся в социал ьной памяти. Кул ь турная су щность науки влечет за собой ее этическую и ценностную наполненность. О т крываются новые возможно сти этоса науки: проблема интеллектуальной и социальной ответственнос ти, м о рального и нравствен ного выбора, личностные аспекты принятия р е шений, проблемы нравственного климата в научном соо бществе и коллективе. 2. Классификация естественных наук. Основные проблемы, р е шаемые отдельными естественными науками Следует отметить, что для естествознания характерно взаимодейс т вие наук, взаимосвязь всех отраслей естествознания, когда один предмет изуч а ется многими науками, а метод одной науки применяется к методам изуч е ния других наук, при этом прослежива ется противоречивость развития естеств о зна ния заключающаяся в том, что часто возникают две полностью против о положные концепции, ка сающиеся природы явления, которые взаимоискл ю чают одна другу ю. Всё, казалось бы, идёт к расколу, но появляется принц и пиально новая концепция, более полно охватывающая пр едмет, которая с о вмещает, казалось бы, несовместимые к онцепции. Как пример можно пр и вести историю взглядо в на природу света , когда целый ряд явлений опис ы вался волновой теорией, ряд других – корпускуляр ной. Конфликт разреши л ся с приходом теории о корпускулярно- волновом дуализме. Классификация естественных наук определяется аспектами естеств о зна ния. Их можно выде лить два: · предметный, соответствующий последовательной связи объектов пр и роды ; · методологи ческий, соответствующий различным стадиям по зн а ния – от внешней стороны предмета – к его внутренней стороне. Соответстве нно первому аспекту все естественные науки должн ы бы ть разделены на неорганические и органические, та к как природа делит ся на живую и неживую. Взаимная связ ь естественных наук отражает о б щий ход развития природы от более простых, низших ступен ей и форм до наивы с ших и наиболее сложных. Разд воение приро ды на живую и неживую зарождае т ся в пределах химии (поскольку химические соединения разделя ются на неорганические и органические). Это раздвоение подг отавливается на ато м ном уровне структурной организации материи, затем из молекул образую тся ра з личные агрегатные сост ояния вещества, составляющие различные сф еры Земли, с другой стороны постепенное усложнение молекул приводит к обр а зованию сложн ых углеродистых соединений, которые составл яют основу живой природы. Поэтому в плане изучения различных сфер Земли все на у ки можно разделить на: физику, химию, геолог ию, биологию. Эти науки составляют стержень классификации есте ственных наук. В основу вышеприведе нного принципа раздвоения наук положен принцип развития пред мета природы). Но принцип развития можно применить и к различным по масштабу объектам. Одн ако понятия астрономия, физика, химия, биология, геология в настоящее время обозначают целое семейство наук со свое сложной иерарх и ей и структурой. Ситуация усложняется тем, что сложная дифференци ация и узкая сп е циализация наук переплетается с противоположным процессом – интеграц и ей, так как вновь возникающие нау ки заполняют собою резкие различия м е жду науками. Например, д овольно сложно сказать: биофизика – это биол о гия или физика. То же самое относится к физичес кой химии, химии атмосф е ры , геофизики и множест ва других современных наук. Помимо этого можно г о ворить о неких «сверхнауках », скажем, синергетика или эколо гия кот о рые изучают предметы, которые я вляются в то же время предметами изучения почти всех основных ест ественных наук. Если же классифицировать науки по принципу абстрагирования от различных форм движения то получи м ряд : б иология – химия – физика – мат е матика – логика. В основу классификации можно положить предмет изучения или при н цип абстрагирования, масштаб или другие принципы. В целом структура е с тествознания довольно сложна. Помимо дифференциации основных н а ук о природе: физики, химии, астрономии, б иологии, геологии, географии сущ е ствует множество наук, которые являются как бы дочерними, но в то же вр е мя многие из них образованы тесным переплет ением нескольких осно в ных наук. 3 . Свойства пространства и времени. Главн ые выводы специал ь ной и о бщей теории относительности Понятия пространства и времени составляют основу физики. Согласно классической физике, созданной Исааком Ньютоном, физич еские взаимоде й ствия ра зворачиваются в бесконечном трёхмерном пространстве – так наз ы ваемом абсолютном пространстве, время в котором мо жет быть померено универсальными ч а сами (абсолютное время). В начале двадцатого века учёные обнаружили в ньютоновской физике некот орые противоречия. В частности, физики не могли объ яснить , каким образом скорость света остаётся пос тоянной вне зависимости от того, дв и жется ли наблюдатель. Альберт Эйнштейн разрешил этот парадо кс в своей специальной теории относительности. Считается, что геометрия окружающего нас пространс тва является трехме р ной, е вклидовой. Специальная теория относительности А.Эйнштейна выяв и ла зависимость пространственно временных характеристик объектов от скорости их движения и объединила понятие пространство-время как четырехмерное. Общая теория относитель ности вскрыла зависимость метрич е ских характеристик пространства-времени от распределения тя готеющих масс, наличие которых приводит к искривлению пространства и вр емени. Р е лятивизм времени и неоднородность его в поле гравитации привели к пар а доксам времени и невыполнению зако нов сохранения в выводах Общей те о рии относительности. Принятая геометризация пространства, п ривела к потере р е ального физического смысла при описании свойств материи. Общая теория относит ельности (ОТО) – физическая теория простра н ства-времени и тяготения, основана на экспериментальн ом принципе эквив а лент ности гравитационной и инерционной масс и предположении о линейн о сти связи между массой и вы зываемыми ею гравитационными э ф фектами. В рамках этой теории, являющейся дальнейшим развитием специал ь ной теории относительности, п остулируется, что гравитационные эффекты вызываются не силовым взаимо действием тел и полей, находящихся в пр о ст ранстве-времени , а являются проявлениями деформаций самого простра н ства-времени, вызываемых лока льным присутствием массы-энергии. Таким образом, в ОТО, как и в других метр ических теориях, гравитация – не сил о вое в заимодействие. Специальная теория относительности (СТО) – теория, з аменившая механику Ньютона при описании движения тел со скоростями, бли зкими к ск о рости света. П ри малых скоростях различия между результатами СТО и ньютоновской меха никой становя т ся незна чительными. СТО полностью выводится на физическом уровне строгости из двух постул а тов (предположений): 1. Справедлив принцип относительности Эйнштейна – расширение принципа отн о сительности Галилея. 2. Скорость света не зависит от скор ости движения источника во всех инерциальных системах отсчёта. Формулировка второго постулата может быть шире: «С корость света постоянна во всех инерциальных системах отсчёта». Припис ывание постул а тов Эйнш тейну правомерно в той степени, что до его работы эти уже сфо р мулированные отдельно друг от др уга (в частности, А. Пуанкаре) утверждения в совокупности явным образом никем не рассматрив а лись. Экспериментальная проверка постулатов СТО в известной степени затрудн ена проблемами фил о соф ского плана: возможностью записи уравнений любой теории в инвариантной форме безотносительно к её физическому с о держанию, и сложности интерпретации понятий «длина», «время» и «инерциальная система отсч ё та» в условиях релятивистских эффектов. Тем не менее, опора на достижения экспериментальной физики позв о ляет утверждать, что в предела х своей области применимости – при прене б р ежении эффектами гравитационного взаимодействия тел, СТО является спр аведливой с очень высокой степенью точности (до 10 −12 и выше). Следствием постулатов СТО являются преобразования Лоренца, заменяющие собой преобразования Галилея для нерелятивистского, «классического» движения. Эти преобразования связывают между собой координаты и времен а одних и тех же событий, наблюдаемых из разли ч ных инерциальных систем отсчёта. Именно они описывают такие знаменитые эффекты, как замедление хода врем ени и сокращение длины быстродвижущихся тел, существование предельной скорости движения тела (коей является скорость света), относительность п онятия одновременности (два события происходят одновременно по часам в одной сист е ме отсчета, н о в разные моменты времени по часам в другой сист е ме отсчета). При движении с околосветовыми скоростями видоизменяются также и закон ы динамики. Так, можно вывести, что второй закон Ньютона, связывающий силу и ускорение, должен быть модифиц и рован при скоростях тел, близких к скорости света. Кроме того, можно показать, что и выражение для импульса и кинетической энергии тела уже имеет более сложную зависимость от ск о рости, чем в нерелятивистском случае. С математической точки зрения, непривычные свойства СТО есть результат того, что время и пространство не являются независимыми понятиями, а о б разуют единый четырёхм ерный континуум — пространство-время Минковского, которое является пс евдоевклидовым пространством. Вращ е ния базиса в этом четырёхмерном пространстве-времени, см ешивающие временную и пространственные координаты 4-векторов, в ы глядят для нас как переход в дв ижущуюся систему отсчета и похожи на вращения в обычном трёхмерном прос транстве. При этом естественно изменяются проекции ч е тырёхмерных интервалов между оп ределёнными событиями на временную и пространственные оси системы отс чёта, что и порождает релятивистские э ф фекты изменения временных и пространственных интервало в. 4.Характеристика основных физических взаимодействий В природе существуют четыре фундаментальные силы и все физич е ские явления обусловлены всего четырьмя видами взаимодействий (в порядке уб ы вания силы): · сильное взаимодействие соединяет кварки в адроны и удержива ет нуклоны в составе атомного ядра (действует на расстояниях п о рядка 10 - 13 см ); · электромагнитное взаимодейств ие действует между частицами, имеющими электрический заряд, и «ответств енно» за явления электромагн е тизма; · слабое взаимодействие обусловл ивает большинство распадов элементарных частиц, взаимодействия нейтри но с веществом и др. (действ у ет на расстоянии порядка 10 - 16 см ); · благодаря гравитационному взаи модействию объекты, имеющие массу, притяг и ваются друг к другу. Согласно новейшим теориям, взаимодействие происх одит благодаря переносу частицы-носителя взаимодействия между взаимод ействующими частицами. Например, электромагнитное взаимодействие межд у двумя эле к тронами прои сходит в результате переноса фотона между ними. Природа гравитац и онного взаимодействия пока то чно неизвестна, предположительно оно происходит в результате переноса гипотетич е ских частиц г равитонов. Многие физики-теоретики полагают, что в момент Бол ьшого взрыва действовало единое взаимодействие, которое разд е лилось на четыре в первые мгно вения существования нашего мира. К настоящему вр е мени разработана лишь т еория электрослабого взаимодействия, объединившего слабое и эле к тромагнитное взаимодейств ия. Таким образом, фундамента льные взаимодействия – различные, не сводящиеся друг к другу типы взаимодействия элементарных частиц и составленных из них т ел. На сегодня достоверно известно существование четырех фундаменталь ных взаимодействий: гравитационного , электромагни т ного , сильного и слабого взаимодействий. Ведутся поиски других типов взаим одействий, как в явлениях микромира, так и на космических масшт а бах, однако пока существование какого-либо другого типа взаимодействия не обнар у жено. В физике причиной изменения движения тел является. Исследуя окружающий нас мир, мы можем заметить множ е ство самых разнообразных сил: сила тяжести, сила натяжения ни ти, сила сжатия пружины, сила, возникающая при столкновении тел, сила трен ия, с и ла сопротивления в оздуха, сила взрыва и т. д. Однако как только была выяснена атомарная стру ктура вещ е ства, стало по нятно, что все разнообразие этих сил есть результат взаимоде й ствия атомов друг с другом. Поскол ьку атомы взаимодействуют в основном через электростатическое взаимод ействие электронных оболочек, то, как ок а залось, все эти силы – лишь различные проявления электромагнитного вза и модействия. Единственное исключе ние – сила тяжести, причиной кот о рой является гравит ационное взаимодействие между двумя телами, обладающ и ми массой. К началу XX века выяснилось, что все известные к тому м оменту силы сводятся к двум фундаментальным взаимодействиям: электром агни т ному и гравитацион ному. В 1930-е годы выяснилось, что атомы содержат ядра, которые в свою очередь сост оят из нуклонов (протонов и нейтронов). Ясно, что ни электр о магнитные, ни гравитационные взаи модействия не могут объяснить, что удерживает нуклоны в ядре. Было посту лировано существование нового фундаментального взаимодействия: сильн ого взаимодействия. Однако в дальнейшем оказалось, что и оно способно об ъяснить не все явления в микромире, в частности, не было понятно, что заста вляет распадаться свободный нейтрон. Так было постулировано существов ание слабого взаим о дейс твия, и как оказалось, этого достаточно для описания всех до сих пор наблю давши х ся взаимодействи й в микромире. 5. Эволюция Вселенной. Модель Большого взрыва и расширя ю щейся Вселенной В соответствии с данными космологии, Вселенная воз никла в результ а те взры вного процесса, получившего название Большой взрыв, произоше д шего около 14 млрд. лет назад. Теория Большого взрыва хорошо согласуется с наблюдаемыми фактами (например, ра сширением Вселенной и преоблад а нием водорода) и позволила сделать верные предсказания, в час тности, о с у ществовании и параметрах реликтового излучения. В момент Большого взрыва Вселенная занимала микроскопическ ие, квант о вые размеры. В соответствии с одной из гипотез, связанных с Инфляционной мод е лью, Большой взрыв порождён фл уктуацией вакуума, находящимся в особом состоянии, называемом ложным ва куумом или инфлатонным скалярным п о лем. Причина флуктуации – квантовые колебания, которые испытывает л ю бой объект на квантовом уровне; ве роятность крупной флуктуации низка, но отлична от нуля. В результате флу ктуации вакуум вышел из состояния ра в новесия и перешёл в новое состояние – обычного вакуума. В результате фазового перехода вакуума из одного состояния в другое про изошло резкое расширение пространства и образовалось вещество – массивные частицы и излучение. П ри этом закон сохранения энергии не нар у шился в том случае, если энергия частиц и излучения в то чности равна отр и цател ьной энергии гравитационного поля. По другой гипотезе энергия выделила сь в результате перехода вакуума в состояние с меньшим энергетич е ским уровнем. Появление массы из «ничего» также не противоречит физич е ским законам, например, рождение пары частица-античас тица из вакуума можно наблюдать и сейчас в некоторых научных эксперимен тах. Предполагается, что в момент инфляционного расширения Вселенная была п устой и холодной (существовал только вакуум), а затем заполнилась горячи м веществом, продолжавшим расш и ряться. Некоторые физики допускают возможность множественности подобных с о бытий, а значит и множес твенность вселенных, обладающих разными свойствами. Тот факт, что наша В селенная приспособлена для обр а зования жизни может объясняться случайностью – в «менее приспособленных» вс е ленных просто некому это а нализировать. Ряд учёных выдвинули концепцию «кипящей Мультивселенной », в которой непрерывно рождаются новые вселенные и у этого процесса нет начала и ко н ца. Необходимо отметить, что сам факт Большого взрыва с высокой долей вероят ности можно считать доказанным, но объяснения его причин и подробные опи сания того, как это происходило, пока относятся к разряду гип о тез. Расширение и остыв ание Вселенной в первые секунды существования нашего мира привело к сле дующему фазовому переходу – образованию физических сил и элементарных частиц в их с о временной форме. Доминирующие гипотезы сводятся к тому, что первые 300 - 400 тыс. лет Вселенная была заполн е на только ионизированным вод ородом и гелием. По мере расширения и остывания Вселенной они перешли в с табильное не й тральное состояние, образовав обычный газ. Пред положитель но через 500 млн. лет зажглись первые звёзды, а сгустк и вещества, образовавшиеся на ранних стадиях благодаря квантовым флукт уациям, превратились в галакт и ки. В результате термоядерных реакций в звёздах были синтезированы более т я жёлые элементы (вплоть до углерода). Во время взрывов сверхновых звёзд образовались ещё более т яжёлые элементы. В молодых галактиках процесс образования и гибели звёз д шёл очень бурно. Чем массивнее звезда, тем быстрее она гибнет и рассеива ет большую часть своего вещ ества в пространстве, обогащая его разнообразными химическ и ми элементами. После взрывов веще ство сгущалось снова, в результате чего зажигались звёзды сл е дующих поколений, вокруг которых образовывались планетные системы. Поэтич е ская фраза «мы состоим из пепла давно угасших звёз д» полностью соотве т ст вует действительности. 6. Естественнонаучные модели происхождения жизни Реконструкция появления органических молекул тр удна, так как иск о паемые и точные знания геохимических условий земли древнее 3,8 млрд. лет отсутств уют. Поэтому существуют раз личные гипотезы о ходе химической эволюции. В основном они опираются на эксперименты, основанные на предпол о жениях о тогдашнем химическом составе атмосферы, гидрос феры и литосферы, а та к же климатических условиях. Основанные на гипотезах, эксперименты на данный момент недост а точны для создания теории воз никновения жизни на земле. Однако уже н а блюдались процессы создания комплексных молекул, кот орые необходимы для органических процессов, но образование сложных сис тем из них пока еще не было достигнуто. Эти наблюдения считаются уже боль шим успехом и дост а точн ы для разработки гипотез. Гипотезы химической эволюции должны объяснят ь различные аспе к ты: 1. Небиологическое начало биомолекул, то есть их развитие из н е живущих и, соо т ветственно, неорга нических предшественников. 2. Появление способных к саморепликации и самоизменению химиче ских инфо р мационных сист ем, то есть возникновение клетки. 3. Появление взаимной зависимости ф ункции ( ферментов ) и и н формации ( РНК , ДНК ). 4. Условия среды Земли в период от 4,5 д о 3,5 млрд. лет назад. Одна из самых известных гипотез эволюции была опуб ликована в дв а дцатые го ды 20. столетия русским исследователем А.И. Опариным и брита н ским исследователем Дж. Холд ей н ом . Теория ут верждала, что условия на земле того времени благоприятствовали химичес ким реакциям. Из неорган и ческих соединений в атмосфере и море должны были синтезиров аться орг а нические сое динения. Необходимая энергия поставлялась очень интенси в ным ультрафиолетовым облучением , которое могло беспрепятственно проникать в атмосф е ру в связи с малым содержанием в н ей O 2 и O 3 . В 1953 эта теория была обоснована химик ами Стэнли Миллер и Гарольдом К. Юри очень х о рошими результатами эксперимента с первичным бул ьоном. Опытом они доказывают, что в похожей на предположительные пребиот ические у с ловия среды, п осредством притока энергии (молнии), из неорганических соединений (в о да, метан, аммиак и водород) могут возникнуть аминокислоты и более простые карбоксиловые и жирные к ислоты – одни из важнейших строительных эл е ментов более комплексных биомолекул. В более поздних, в большинстве случаев бо лее сложно построенных опытах с первичным бул ь оном смогли получить как все важнейшие строител ьные элементы живых существ: аминокислоты, жиры, пурины (основа нуклеоти дов) и сахар, – так и сложные органические соединения по р фины и изопрены. Хотя этим показана возможность естественного образования органич е ских молекул, сегодня расс матриваются эти результаты для настоящего пр о исхождения жизни на земле довольно критично. В эксперименте с перви ч ным бульоном исходили из того, что атмосфера на тот период времени имела щелочной характер, что соответ ствовало научным представлениям того вр е мени. Сегодня же исходят из слабощелочного или даже не йтрального хара к тера а тмосферы, хотя вопрос еще не окончательно решен и обсуждаются также лока льные химические отклонения атмосферных условий, например в окрестнос тях вулканов. Позднейшими экспериментами была доказана во з можность появления органических молекул и в этих условиях, д аже таких, которые не получились при первых опытах, но в значительно мень ших кол и чествах. Этим ча сто аргументируется, что происхождение органических м о лекул другим путем, играло как мин имум дополнительную роль. Приводятся происхождение органики в космосе и занесение ее на землю метеоритами или происхо ж дение в окр естностях г идротермальных источников срединно-океанических хребтов. Дальнейшим аргументом против происхождения органических мол е кул из первичного бульона при водят то, что во время опыта получается р а цемат, то есть смесь из аминокислот L и D-форм. Соответств енно должен был сущес т в овать естественный процесс, в котором отдавалось предпочтение опред е ленному вращению хирал ьных молекул. Космобиологи утверждают, что ле г че доказать происхождение органических соединен ий в космосе, так как ф о т охимические процессы с циркулярно-поляризированым излучением, наприме р от пульсаров, в состоянии уничтожить молекулы только опред е ленного вращения. И действительн о у найденных в метеоритах хиральных органич е ских молекул преобладали на 9 % левовращающиеся. Од нако в 2001 году стало известно , что самореплицирующиеся пептидные системы тоже в состоянии эффективно усиливать молекулы определенного вращения в рац е матной смеси, что, по мнению этого ученого, поддерживает земное происхож дение вр а щения биологи ческих молекул. Известно, что с повышением концентрации многие органические соединени я, молекулы которых содержат как гидрофильные, так и гидрофо б ные участки, способны в водных рас творах к мицеллообразованию, т.е. в ы делению микрокапелек органической фазы. Мицеллообразовани е наблюдае т ся также при высаливании, т.е. при увеличении концентрации солей в колл о идных растворах биополимеров-по лиэлектролитов, при этом вы деляются микрокапли ди аметром 1– 500 мкм, содержащие биополимеры в высокой концентрации. Александр Ива нович Опарин показа л , что огр аниченные ср е ды с прост ым обменом веществ могут возникнуть исключительно самоорг а низацией, при условии присутстви я катализаторов со специфическими сво й ствами. Так как использованные субстанции входят в со став живущих сег о дня ор ганизмов, Опаринские коацерваты нужно видеть не как предшестве н ники клеток, а как модель-анало г для возникновения предшественников кл е ток. 7. Функции ДНК и ее химическая характеристика Живые организмы состоят из органических веществ. Х арактеристики организмов кодируются набором генов, в которых записана вся наследственная информация. Количество генов может варьировать от н е скольких сотен у просте йших вирусов до десятков тысяч у высших организмов (около 30 тыс. у человек а). Носителем генетической информации является ДНК – органическая структура в виде двойной спирали. Информация записана с помощью посл е довательности нуклеотидов. В генетическом коде использу ется всего лишь 4 «б у квы»- нуклеотида; код един для всех живых организмов. Генетическая информация реализуется при экспрессии генов в проце с сах транскрипции и трансля ции. Передача генетической информации следующему поколению происходит в результате репликации (самокоп и рования ДНК). Поми мо генов в ДНК имеются некодирующие участки, функции которых п о ка ещё не ясны. Дезоксирибонуклеиновая к ислот а ( ДНК ) – нуклеиновая кислота, кот о рая содержит генетическую программу для развития и функц ионирования живых организмов. Все представители живых существ содержа т геном ДНК. Исключение составляют вирусы, которые используют геном РНК, однако в и русы обычно не относят к живым организмам. Основная роль ДНК в клетках – долговременное хранение информаци и. Геном часто сравнивают с наб о ром чертежей, так как он содержит инструкции по сборке многих компоне н тов клетки, таки х как рибонуклеиновые кислоты, молекулы и белки. Участки ДНК, содержащие генетическую информацию о строении молекулы белка или РНК называют ген ами. Также ДНК содержит последовательности, отвечающие за изм е нение генетической информации. У эукариотов, таких как животные или растения, ДНК находится вну т ри клеточного ядра, а у прокари отических организмов (например, бактерий) ДНК содержится в цитоплазме. В отличие от ферментов, ДНК напрямую не участвует в большинстве биохимиче ских процессов, которыми управляет; некоторые ферменты могут вступать в о взаимодействие с ДНК и копировать хранимую ей информацию, и либо созда ют копию ДНК (процесс реплик а ции), либо транскрибируют и транслируют её в протеин. ДНК – длинный полимер, состо ящий из простых элементов, называ е мых нуклеотидами, которые скреплены связями из групп углево дов и фосф а тов. Нуклеоти д построен из пентозы, азотистого основания (пуринового или пиримидинов ого) и остатка фосфорной кислоты. Соединение пентозы и азотистого основания называется нуклеоз и дом . В зависимости от структуры пентозы различают рибонуклеотиды и д е зоксирибонуклеотиды, которые являются мономерами молекул сложных биологических полимеров – соответственно РНК или ДНК. Эти связи включают четыре вида молекул, нуклеиновых оснований, и последо вательность из четырёх таких оснований позволяет «закодировать» инфор мацию. Главной функцией ДНК является процесс шифрования посл е довательности аминокислот в прот еины при помощи генетического кода. Для прочтения этого кода клетка созд аёт копию отрезка ДНК в нуклеиновой к и слоте РНК. 8. Роль мутаций и окружающей среды в эволюции живого Новый этап в развитии эволюционной теории наступи л в 1859 году в результате публикации основополагающей работы Ч. Дарвина «П роисхождение видов путем естественного отбора или сохранение бл а гоприятствуемых пород в бо рьбе за жизнь». Основной движущей силой эв о люции по Дарвину является естественный отбор. Отбо р, действуя на особей, позволяет выж и вать и оставлять потомство тем организмам, которые лучше приспособлены для жизни в данном окружении. Действие отбора приводит к р аспадению в и дов на част и – дочерние виды, которые, в свою очередь, со временем расх о дятся до родов, семейств и всех более крупных таксонов. В середине XX века на основе теории Дарвина сформир овалась синт е тическая теория эволюции (сокращённо СТЭ). СТЭ является в настоящее время наиболе е разработанной системой представлений о процессах видоо б разования. Основой для эволюции п о СТЭ является динамика генетич е ской структуры популяций. Основным движущим фактором эволю ции сч и тается отбор. Толчок к развитию синтетической теории дала гипотеза о рецессивн о сти новых генов. Говоря язы ком генетики второй половины ХХ века, эта гипотеза предполагала, что в ка ждой воспроизводящейся гру п пе организмов во время созревания гамет в результате ошибок при репликации ДНК постоянно возникают мутации – новые варианты генов. Влияние генов на строение и функции организма плейотропно: каждый ген уч аствует в определении нескольких признаков. С другой стороны, каждый при знак зависит от многих генов; генетики называют это явление ген е тической полимерией признако в. Фишер говорит о том, что плейотропия и полимерия отражают взаимодейст вие генов, благодаря которому внешнее проявление каждого гена зависит о т его генетич е ского окр ужения. Поэтому рекомбинация, порождая всё новые генные сочетания, в кон це концов создает для данной мутации такое генное окружение, к о торое позволяет мутации проявит ься в фенотипе особи-носителя. Так мутация попадает под действие естеств енного отбора, отбор уничтожает сочетания генов, затрудняющие жизнь и ра змножение организмов в данной среде, и сохраняет нейтральные и выгодные сочетания, которые подвергаются дальнейшему размножению, р е комбинации и тестированию отбор ом. Причем отбираются , прежд е всего , т а кие генные комбинации, которые сп особствуют благоприятному и одновр е менно устойчивому фенотипическому выражению изначальн о мало заметных мутаций, за счет чего эти мутантные гены постепенно стан овятся доминан т ными. Та ким образом, сущность синтетической теории составляет преим у щественное размножение определё нных генотипов и перед а ча их потомкам. В вопросе об источнике генетического разнообразия синте тическая теория признает гла в ную роль за рекомбинацией генов. Считают, что эволюционный акт состоялся, когда отбор сохранил генное соч етание, нет и пичное для п редшествующей истории вида. В итоге для осуществления эволюции необход имо н а личие трёх процес сов: · мутационного, генери рующего новые варианты генов с малым фенот и пическим выражением; · рекомби национного, создающего новые фенотипы особей; · селекци онного, определяющего соответствие этих фенотипов данным условиям оби тания или произрастания. Все сторон ники синтетической теории признают участие в эволюции трёх перечислен ных факт о ров. 9. Иерархическое строение биосферы и трофические уровни Пищевая цепь представляет собой связную линейную структуру из звеньев , каждо е из которых связано с соседними звеньями отношениями «пища – потребитель». В качестве звеньев це пи выступают группы органи з мов, например, конкретные биологические виды. Связь между дву мя звень я ми устанавлив ается, если одна группа организмов выступает в роли пищи для другой груп пы. Первое звено цепи не имеет предшественника, то есть организмы из этой группы в качестве пищи не использует другие орг а низмы, являясь продуцентами. Чаще всего на этом месте находятся растения, грибы, водоросли. Организмы посл еднего зв е на в цепи не вы ступают в роли пищи для других организмов. Каждый организм обладает некоторым запасом энергии, то есть можно говор ить о том, что у ка ж дого з вена цепи есть своя потенциальная энергия. В процессе питания потенциал ьная энергия пищи переходит к её п о требителю. При переносе потенциальной энергии от звена к зве ну до 80-90 % теряется в виде теплоты. Данный факт ограничивает длину цепи пит ания, которая в природе обычно не превышает 4-5 звеньев. Чем длиннее трофич еская цепь, тем меньше продукция её последнего звена по отношению к прод укции начал ь ного. Обычно для каждого звена цепи можно указать не одн о, а несколько других звеньев, связанных с ним отношением «пища – потреб итель». Так траву едят не только коровы, но и другие животные, а коровы явл яются пищей не только для человека. Установление таких связей превращае т пищ е вую цепь в более сл ожную структуру – трофическую сеть . В некоторых случаях в трофической сети можно сгруппировать отдельные з венья по уровням таким образом, что звенья одного уровня выст у пают для следующего уровня только в качестве пищи. Такая группировка н а зывается трофическими уровнями. Существует 2 основных типа трофических цепей – п астбищные и де т ритные . В пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотро фные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные (н апример, зоопланктон, питающийся фитопланктоном), потом хищники (консуме нты) 1-го порядка (например, рыбы, потребляющие зо о планктон), хищники 2-го порядка (например, щука, пита ющаяся другими рыбами). Особенно длинны трофические цепи в океане, где мн огие виды (н а пример, тунц ы) занимают место консументов 4-го порядка. В детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распр о страненных в лесах, большая ча сть продукции растений не потребляется н е посредственно растительноядными животными, а отмира ет, подвергаясь з а тем ра зложению сапротрофными организмами и минерализации. Таким о б разом, детритные трофические цепи начинаются от детрита, идут к микрооргани з мам, которые им питаются, а затем к детритофагам и к и х потребителям – хищникам. В водных экосистемах (особенно в эвтрофных водоемах и на больших глубинах океана) значит, часть продукции растений и животных также поступает в де тритные трофические цепи. 10. Биосфера и ноосфера Ноосфера – современная (по меркам геологическо го времени) стадия развития биосферы, связанная с появлением в ней челов ека. Понятие было введено французским математиком и фил о софом Эдуаром Леруа в 1927 году. Сам он подчёркивал, что пришёл к этой идее совместно со своим другом – крупнейшим геологом и палеонтолого м-эволюционистом и католическим философом Пьером Тейяром де Шарденом. П ри этом Леруа и Шарден основывались на лекциях по геохимии, которые чита л В . И . Ве р надский. С именем Вернадского и связано в первую очередь появ ление но о сферного учени я. В ноосферном учении Человек предстаёт укоренённым в Природу, а «иску с ственное» рассматривае тся как органическая часть и один из факторов (ус и ливающийся во времени) эволюции « естественного». Обобщая с позиции натуралиста человеческую историю, Ве рнадский делает вывод о том, что человечество в ходе своего развития пре вращается в новую мощную геолог и ческую силу, своей мыслью и трудом преобразующую лик планеты. Соотве т ственно, оно в це лях своего сохранения должно будет взять на себя ответс т венность за развитие биосферы, пр евращающейся в ноосферу, а это потребует от него определённой социально й орг а низации и новой, эк ологической и одновременно гуманистической этики. Ноосферу можно охарактеризовать как единство «природы» и «культ у ры». Сам Вернадский говорил о ней то как о реальности будущего, то как о действительности наших дней, ч то неудивительно, поскольку он мыслил масштабами геологического време ни. П онятие «но о сфера» предстаёт в двух аспектах: 1. ноосфера в стадии становления, развивающаяся стихийно с моме нта появления ч е ловека; 2. ноосфера развитая, сознательно фо рмируемая совместными усилиями людей в интересах всестороннего развит ия всего человечества и ка ж дого отдельного человека. Список использованной литературы 1. Давиташвили А.Ш. Причин ы вымирания организмов. – М., 1980 2. Иорданский Н.Н. Макроэволюция: Сис темная теория. – М., 1994. 3. Ио рданский Н.Н. Эволюция жизни. – М. «Академия», 2001. 4. Карпинская Р.С. Глобальный эволю ционизм и диалектика // О современном статусе глобал ь ного эволюционизма. М., 1986. 5. К иржниц Д.А . Горячие «черные дыры»: Новое в понимании истории Вселенной // Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 6. С. 84. 6. Кэролл Р. Палеонтологи я и эволюция позвоночных. – М., 1992. 7. Осипов А.И ., Уваров А.В. Большой взрыв. // Соросовский Образов а тельный Журнал. 2004. № 1. С. 70-78. 8. Ребане К.К . Энергия, энтропия, среда обитания. – Таллин: Валгус , 1984. 9. Ру бцов В.В., Урсул А.Д. Проблема зарождения жизни . – Кишинев, 1984. 10. Сутт Т.Я. Идея глобального эволюционизма и принцип антропност и // О современном статусе глобального эвол ю ционизма. М., 1986