Вход

Научные теории естествознания

Реферат по биологии
Дата добавления: 29 ноября 2010
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 392 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
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
© Рефератбанк, 2002 - 2017