Контрольная работа по дисциплине "Концепция современного естествознания"

Строение атмосферы.

Тропосфера

Её верхняя граница  находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в  тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы  содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и  конвекция, возникают облака, развиваются  циклоны и антициклоны. Температура  убывает с ростом высоты со средним  вертикальным градиентом 0,65°/100 м.

Тропопауза

Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в  котором прекращается снижение температуры  с высотой.

Стратосфера

Слой атмосферы, располагающийся  на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и  повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Стратопауза

Пограничный слой атмосферы  между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры  имеет место максимум (около 0 °C).

Мезосфера

Атмосфера Земли

Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км. Температура  с высотой понижается со средним  вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом  является лучистый теплообмен. Сложные  фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и т. д. обусловливают  свечение атмосферы.

Мезопауза

Переходный слой между  мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет  место минимум (около —90 °C).

Линия Кармана

Высота над уровнем  моря, которая условно принимается  в качестве границы между атмосферой Земли и космосом. В соответствии с определением ФАИ, линия Кармана  находится на высоте 100 км над уровнем  моря.

Граница атмосферы Земли  находится на высоте 118 километров. Это показывает анализ параметров движения высокоэнергетических частиц, перемещающихся в атмосфере и ионосфере.

Термосфера

Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха («полярные сияния») — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород. Верхний предел термосферы в значительной степени определяется текущей активностью Солнца. В периоды низкой активности — например, в 2008—2009 гг — происходит заметное уменьшение размеров этого слоя[4].

Термопауза

Область атмосферы прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура фактически не меняется с высотой.

Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежён, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

До высоты 100 км атмосфера  представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более  высоких слоях распределение  газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых  газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура  понижается от 0 °C в стратосфере  до −110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит  в так называемый ближнекосмический  вакуум, который заполнен сильно разрежёнными частицами межпланетного газа, главным  образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть  межпланетного вещества. Другую часть  составляют пылевидные час­тицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разрежённых пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы  — около 20 %; масса мезосферы —  не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы. На основании  электрических свойств в атмосфере  выделяют нейтросферу и ионосферу. В настоящее время считают, что  атмосфера простирается до высоты 2000—3000 км.

В зависимости от состава  газа в атмосфере выделяют гомосферу  и гетеросферу. Гетеросфера —  это область, где гравитация оказывает  влияние на разделение газов, так  как их перемешивание на такой  высоте незначительно. Отсюда следует  переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими  слоями называется турбопаузой, она  лежит на высоте около 120 км.

Состав атмосферы.

Атмосфера Земли возникла в результате выделения газов  при вулканических извержениях. С появлением океанов и биосферы она формировалась и за счёт газообмена с водой, растениями, животными и  продуктами их разложения в почвах и болотах.

Состав сухого воздуха

В настоящее время атмосфера  Земли состоит в основном из газов  и различных примесей (пыль, капли  воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).

Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H2O) и углекислого  газа (CO2).

Функции атмосферы:

Регулирование климата Земли.

Поглощение солнечной  радиации.

Пропускает тепловое излучение  Солнца.

Сохраняет тепло.

Является средой распространения  звука.

Источник кислородного дыхания.

Формирование влагооборота, связанного с образованием облаков и выпадением осадков.

Формирующий фактор литосферы (выветривание).

Тема 54. Роль мутаций и  окружающей среды в эволюции живых  организмов.

Новый этап в развитии эволюционной теории наступил в 1859 году в результате публикации основополагающей работы Ч. Дарвина «Происхождение видов путем  естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». Основной движущей силой  эволюции по Дарвину является естественный отбор. Отбор, действуя на особей, позволяет  выживать и оставлять потомство  тем организмам, которые лучше  приспособлены для жизни в  данном окружении. Действие отбора приводит к распадению видов на части –  дочерние виды, которые, в свою очередь, со временем расходятся до родов, семейств и всех более крупных таксонов.

В середине XX века на основе теории Дарвина сформировалась синтетическая  теория эволюции (сокращённо СТЭ). СТЭ  является в настоящее время наиболее разработанной системой представлений о процессах видообразования. Основой для эволюции по СТЭ является динамика генетической структуры популяций. Основным движущим фактором эволюции считается отбор.

Толчок к развитию синтетической  теории дала гипотеза о рецессивности  новых генов. Говоря языком генетики второй половины ХХ века , эта гипотеза предполагала, что в каждой воспроизводящейся группе 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 участвует в определении  нескольких признаков. С другой стороны, каждый признак зависит от многих генов; генетики называют это явление  генетической полимерией признаков. Фишер  говорит о том, что плейотропия  и полимерия отражают взаимодействие генов, благодаря которому внешнее  проявление каждого гена зависит  от его генетического окружения. Поэтому рекомбинация, порождая всё  новые генные сочетания, в конце  концов создает для данной мутации такое генное окружение, которое позволяет мутации проявиться в фенотипе особи-носителя. Так мутация попадает под действие естественного отбора, отбор уничтожает сочетания генов, затрудняющие жизнь и размножение организмов в данной среде, и сохраняет нейтральные и выгодные сочетания, которые подвергаются дальнейшему размножению, рекомбинации и тестированию отбором. Причем отбираются, прежде всего, такие генные комбинации, которые способствуют благоприятному и одновременно устойчивому фенотипическому выражению изначально мало заметных мутаций, за счет чего эти мутантные гены постепенно становятся доминантными. Таким образом, сущность синтетической теории составляет преимущественное размножение определённых генотипов и передача их потомкам. В вопросе об источнике генетического разнообразия синтетическая теория признает главную роль за рекомбинацией генов.

Считают, что эволюционный акт состоялся, когда отбор сохранил генное сочетание, нетипичное для предшествующей истории вида. В итоге для осуществления  эволюции необходимо наличие трёх процессов:

· мутационного, генерирующего  новые варианты генов с малым  фенотипическим выражением;

· рекомбинационного, создающего новые фенотипы особей;

· селекционного, определяющего  соответствие этих фенотипов данным условиям обитания или произрастания.

Все сторонники синтетической  теории признают участие в эволюции трёх перечисленных факторов.

 

Доклад на время  сессии «Трансгенные растения и животные»

В середине 80-х годов на Европу обрушился вал дешевого мяса из США. Мясо получалось дешевым, т.к. американские фермеры кормили своих животных различными гормонами повышающими  рост биомассы животного. Позже выяснилось, что дети, потребляющие такое мясо, росли быстрее, но при этом набирали лишний вес. Разразился скандал. Ученые пришли к выводу, что надо не вводить  гормоны роста, а сделать так, чтобы животное их само синтезировало.

Схематично это выглядит так. В лаборатории конструируется молекула, содержащая в себе ген, ответственный  за синтез нужного гормона. Затем  эта конструкция интегрируется  в генный аппарат животного, организм которого под воздействием своих  собственных управляющих элементов, так называемых промоторов, начинает синтезировать внутри себя эти самые  гормоны. Это могут быть гормоны  роста, могут быть инсулиноподобные факторы роста, могут быть гормоны, обладающие другими функциями.

Помимо синтеза гормонов роста (для быстрого набора массы  у мясных пород) в организме животного  можно увеличить синтез некоторых  других веществ, содержащихся, например, в молоке. В Великобритании существует стадо коров, молоко которых идеально подходит для приготовления сыра чеддер.

Особо актуальным является создание животных способных продуцировать  несвойственные их виду белки. Так, например, сообщалось о разработках направленных на получение свиней, способных продуцировать  интерферон человека, потребности в  котором в современной медицине достаточно велики. Другим примером являются коровы, способные продуцировать  молоко с лактоферрином (не входящим в состав обычного коровьего молока), использующегося при искусственном  вскармливании младенцев.

Создание трансгенных  животных может способствовать решению  многих проблем, с которыми человечество сталкивается на всем протяжении своей  истории. Это прежде всего продовольственная проблема и проблема создания лекарственных препаратов и их получения в достаточном количестве. Например, в подмосковных Горках живет стадо трансгенных овец. Эти животные, которым был "подсажен" ген от быка, продуцируют с молоком химозин крупного рогатого скота - фермент, необходимый для производства твердого сыра. По старой технологии химозин получали из экстрактов ткани желудка новорожденных телят. Теперь их жизнь сохранена. Только от одной овцы за одну лактацию можно получить до 30 г фермента, которого хватит для того, чтобы осадить казеин в 300,000 кг молока и получить 30 т сыра.

Так же есть наработки по пересадке гена, кодирующего белок  лактоферрин. Этот белок в природе  присутствует только в человеческом молоке, он важен для фармацевтической промышленности(в основном применяется при искусственном вскармливании младенцев), и, следовательно, достаточно дорог и получение больших количеств препарата нереально из-за дефицита сырья. Производство же лактоферрина из молока трансгенных животных снимет эти проблемы.

Приведенные примеры отражают основное направление развития технологии получения трансгенных животных в качестве живых "фабрик" по производству биологических активных веществ (в  основном белков), находящих широкое  применение в различных областях промышленного производства и медицины.

Трансгенными могут называться те виды растений, в которых успешно  функционирует ген (или гены) пересаженные из других видов растений или животных. Делается это для того, чтобы растение реципиент получило новые удобные  для человека свойства, повышенную устойчивость к вирусам, к гербицидам, к вредителям и болезням растений. Пищевые продукты, полученные из таких  генноизмененных культур, могут  иметь улучшенные вкусовые качества, лучше выглядеть и дольше храниться. Также часто такие растения дают более богатый и стабильный урожай, чем их природные аналоги.

Создание трансгенных  растений в настоящее время развиваются  по следующим направлениям:

1. Получение сортов с/х культур с более высокой урожайностью

2. Получение с/х культур, дающих несколько урожаев в год (например, в России существуют ремантантные сорта клубники, дающие два урожая за лето)

3. Создание сортов с/х культур, токсичных для некоторых видов вредителей (например, в России ведутся разработки, направленные на получение сортов картофеля, листья которого являются остро токсичными для колорадского жука и его личинок)

4. Создание сортов с/х культур, устойчивых к неблагоприятным климатическим условиям (например, были получены устойчивые к засухе трансгенные растения, имеющие в своем геноме ген скорпиона)

5. Создание сортов растений, способных синтезировать некоторые белки животного происхождения (например, в Китае получен сорт табака синтезирующий лактоферрин человека).

Таким образом, создание трансгенных  растений позволяет решить целый  комплекс проблем, как агротехнических  и продовольственных, так и технологических, фармакологических и т.д. Кроме  того, уходят в небытие пестициды  и другие виды ядохимикатов, которые  нарушали естественный баланс в локальных  экосистемах и наносили невосполнимый  ущерб окружающей среде.