Контрольная работа по «Концепциям современного естествознания»

Согласно этой теории, ранняя Вселенная  представляла собой гигантский ускоритель «элементарных» частиц. Началом работы Вселенского ускорителя был Большой взрыв. Этот термин часто применяют современные космологи. Наблюдаемый разлет галактик и их скоплений - следствие Большого взрыва.

Взрыв не начался из какого-то определенного центра, распространяясь на все большие области, а произошел сразу во всем существовавшем тогда пространстве. Представить себе это очень трудно, тем более что «все пространство» в начале взрыва могло быть как конечным (теория замкнутого мира), так и бесконечным (теория открытого мира).

В теории космологии приято эволюцию вселенной разделять на 4 эры:

а) адронная эра (начальная  фаза, характеризующаяся высокой температурой и плотностью вещества, состоящего из элементарных частиц - «адронов»);

б) лептонная эра (следующая фаза, характеризующаяся снижением энергии  частиц и температуры вещества, состоящего из элементарных частиц «лептонов». Адроны распадаются в мюоны и мюонное нейтрино - образуется «нейтринное море»;

в) фотонная эра или  эра излучения (характеризуется  снижением температуры до 10°К, аннигиляцией электронов и позитронов, давление излучения полностью отделяет вещество от антивещества);

г) звездная эра (продолжительная  эра вещества, эпоха преобладания частиц,

продолжается со времени  завершения Большого взрыва (примерно 300 000 лет назад) до наших дней.

В нулевой момент времени  Вселенная возникла из сингулярности, то есть из точки с нулевым объемом и бесконечно высокими плотностью и температурой.

Пытаясь объяснить происхождение  Вселенной, сторонники Большого взрыва сталкиваются с серьезной проблемой, поскольку исходное состояние Вселенной в разработанной ими модели не поддается математическому описанию. В их описаниях Вселенная в начале представляла собой точку пространства бесконечно малого объема, имевшую бесконечно большую плотность и температуру. Такое состояние вещества в принципе не может быть описано математически. На языке науки это явление получило название «сингулярности».

В течение первой миллионной доли секунды, когда температура  значительно превышала 1012° К (по некоторым оценкам до 1014° К), а плотность была немыслимо велика, происходили неимоверно быстро сменяющие себя экзотические взаимодействия, недоступные пониманию в рамках современной физики. Мы можем лишь размышлять, каковы были эти первые мгновения, например, возможно, что четыре фундаментальные силы природы были слиты воедино. Есть основания полагать, что к концу первой миллионной доли секунды уже существовал первичный «бульон» богатых энергией («горячих») частиц излучения (фотонов) и частиц вещества. Иными словами материя Вселенной представляла собой электронно-позитронные пары (е– и е+); мюонами и антимюонами (м– и м+); нейтрино и антинейтрино, как электронными (v e, v e), так и мюонными (v m, v m) и тау-нейтрино (v t, v t); нуклонами (протонами и нейтронами) и электромагнитным излучением. Эта самовзаимодействующая масса находилась в состоянии так называемого теплового равновесия.

В те первые мгновения  все имевшиеся частицы должны были непрерывно возникать (парами - частица и античастица) и аннигилировать. Это взаимное превращение частиц в излучение и обратно продолжалось до тез пор, пока плотность энергии фотонов превышала значение пороговой энергии образования частиц. Когда возраст Вселенной достиг одной сотой доли секунды, ее температура упала примерно до 1011° К, став ниже порогового значения, при котором могут рождаться протоны и нейтроны, некоторые из этих частиц избежали аннигиляции - иначе в современной нам Вселенной не было бы вещества. Через 1 секунду после Большого взрыва температура понизилась до 1010°К, и нейтрино перестали взаимодействовать с веществом. Вселенная стала практически «прозрачной» для нейтрино.

Электроны и позитроны  еще продолжали аннигилировать и  возникать снова, но примерно через 10 секунд уровень плотности энергии излучения упал ниже и их порога, и огромное число электронов и позитронов превратилось в излучение катастрофического процесса взаимной аннигиляции. По окончанию этого процесса, однако, осталось определенное количество электронов, достаточное, чтобы, объединившись с протонами и нейтронами, дать начало тому количеству вещества, которое мы наблюдаем сегодня во Вселенной.

 

3.Молекулярно- генетические основы наследственности и изменчивости

Вступление в XX в. ознаменовалось в биологии бурным развитием генетики. Важнейшим исходным событием явилось новое открытие законов Менделя.

В 1900 г. законы Менделя  были переоткрыты независимо сразу тремя учеными -Г. де Фризом в Голландии, К. Корренсом в Германии и Э.Чермаком в Австрии. Далее последовала лавина эмпирических открытий и построение различных теоретических моделей.

За относительно короткий срок (20-30 лет) в учении о наследственности был накоплен колоссальный эмпирический и теоретический материал.

Начало XX в. принято считать  началом экспериментальной генетики, принесшей множество новых эмпирических данных о наследственности и изменчивости. К такого рода данным можно отнести:открытие дискретного характера наследственности; обоснование представления о гене и хромосомах как носителях генов; представление о линейном расположении генов; доказательство существования мутаций и возможность вызывать их искусственно; установление принципа чистоты гамет, законов доминирования, расщепления и сцепления признаков; разработка методов гибридологического анализа, чистых линий и инцухта, кроссинговера (нарушение сцепления генов в результате обмена участками между хромосомами) и др. Важно, что все эти и другие открытия были экспериментально подтверждены, строго обоснованы.

В первой четверти XX в. интенсивно развивались и теоретические  аспекты генетики. Особенно большую роль сыграла хромосомная теория наследственности, разработанная в 1910—1915 гг. в трудах А. Вейсмана, Т. Моргана, А. Стертеванта, Г.Дж. Меллера и др. Она строилась на следующих исходных абстракциях: хромосома состоит из генов; гены расположены на хромосоме в линейном порядке; ген - неделимая корпускула наследственности, «квант»; в мутациях ген изменяется как целое. Эта теория была первой обстоятельной попыткой теоретической конкретизации идей, заложенных в законах Менделя.

Преодоление противоречий между эволюционной теорией и генетикой стало возможным с созданием синтетической теории эволюции, которая выступает основанием всей системы современной эволюционной биологии.

Синтез генетики и  эволюционного учения был качественным скачком в развитии, как генетики, так и эволюционной теории. Он означал создание качественно нового ядра системы биологического познания, свидетельствовал о переходе биологии с классического на современный, неклассический уровень развития.

Непосредственными предпосылками  для синтеза генетики и теории эволюции выступали: хромосомная теория наследственности, биометрические и математические подходы к анализу эволюции, закон Харди-Вейберга для идеальной популяции (гласящий, что такая популяция стремится сохранить равновесие концентрации генов при отсутствии факторов, изменяющих его), результаты эмпирического исследования изменчивости в природных популяциях и др.

В основе этой теории лежит  представление о том, что элементарной «клеточкой» эволюции является не организм и не вид, а популяция. Именно популяция - та реальная целостная система взаимосвязи организмов, которая обладает всеми условиями для саморазвития, прежде всего способностью наследственного изменения в смене биологических поколений.

Элементарной единицей наследственности выступает ген (участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК, отвечающий за развитие определенных признаков организма). Наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под воздействием ряда эволюционных факторов (изменяющих генотипический состав популяции): мутационный процесс (поставляющий элементарный эволюционный материал), популяционные волны (колебания численности популяции в ту или иную сторону от средней численности входящих в нее особей), изоляция (закрепляющая различия в наборе генотипов и способствующая делению исходной популяции на несколько самостоятельных), естественный отбор - процесс, определяющий вероятность достижения индивидами репродукционного возраста.

Естественный отбор  является ведущим эволюционным фактором, направляющим эволюционный процесс.

Во второй половине 40-х  гг. в биологии произошло важное событие- осуществлен переход от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена.

Предпосылки новых открытий в области биохимии складывались раньше. В 1936г. в СССР А. Н. Белозерский получил из растения тимонуклеиновую кислоту, которая до тех пор выделялась лишь в животных организмах, что доказало тождество животных и растительных миров на молекулярном уровне. Важные идеи, открывавшие новые широкие ориентиры познания, намного опередившие свое время, были выдвинуты Н. К. Кольцовым. Так, еще в 1927 г. он высказал мысль о том, что при размножении клеток осуществляется матричная ауторепродукция материнских молекул. Правда, Кольцов считал, что эти процессы осуществляются на белковой основе, поскольку в то время генетические свойства ДНК не были известны. Именно вследствие незнания наследственных свойств ДНК биохимия развивалась относительно независимо от генетики до середины 40-х гг. Скачок в направлении их тесного взаимодействия произошел после того, как биология перешла от белковой к нуклеиновой трактовке природы гена.

В 1944 г. американскими  биохимиками (О. Эвери и др.) было установлено, что носителем свойства наследственности является ДНК. С этого времени началось лавинообразное развитие молекулярной биологии.

Последовавшие в 1949-1951 гг. исследования Э. Чаргаффа, сформулировавшего знаменитые правила, объясняющие структуры ДНК, а также рентгенографические исследования ДНК, проведенные М. Уилкинсом и др., подготовили почву для расшифровки в 1953 г. (Ф. Крик, Д. Уотсон) структуры ДНК, которая показала, что молекула ДНК состоит из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, каждая из которых выступает в качестве матрицы для синтеза новых аналогичных цепей. Именно поэтому в хромосомах клеток молекула ДНК способна к ауторепродукции. Свойство самоудвоения ДНК обеспечивает явление наследственности. Расшифровка структуры ДНК была великой революцией в молекулярной биологии и стала ключом к пониманию того, что происходит в гене при передаче

наследственных признаков.

Но расшифровка структуры  молекулы ДНК была лишь первым шaгoм  на пути выявления механизма наследственности и изменчивости. Далее за относительно непродолжительный срок времени были получены другие важнейшие результаты: выяснена роль транспортной-РНК и информационной- РНК; расшифрован генетический код; осуществлен синтез гена, теоретически решена проблема биосинтеза белка; расшифрована аминокислотная последовательность многих белков и установлена пространственная структура для некоторых из них; на этой основе выяснен принцип и особенности функционирования ферментативных молекул, химически синтезирован ряд ферментов; получены важные результаты в плане понимания организации вирусов и фагов, характер их биогенеза в клетке; заложены основы генной инженерии, содержанием которой является активное вмешательство человека в природу наследственности и ее изменение в соответствии с потребностями человека, общества (это имеет и свои нравственно-ценностные аспекты).

В последние 40 лет молекулярная биология развивалась исключительно быстрыми темпами, открытие следовало за открытием. Общее направление этих открытий - выработка представлений о сущности жизни, о природе ее фундаментальных черт - наследственности, изменчивости, обмене веществ и др.

Содержащиеся в клетках дезоксирибонуклеиновых и рибонуклеиновых кислот (ДНК и РНК) обеспечивают хранение, перенос и передачу по наследству дочерним клеткам информацию о структуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой ткани организма на определенном этапе индивидуального развития. Молекулы нуклеиновых кислот являются сложными биополимерами и очень велики. Они содержат ~ 3,12 ·10⁹ отдельных звеньев – нуклеотидов. Нуклеотиды для ДНК представляют собой сложные органические соединения, включающие азотистые основания: аденин (А) или Тимин (Т), цитозин (Ц) или гуанин (Г), а также дезоксирибозу и остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды для РНК включают урацил вместо тимина и рибозу вместо дезоксирибозы; остальные соединения такие же, как у ДНК.

Свойства нуклеиновой  кислоты определяются последовательностью  нуклеотидов в цепи (первичная  структура) и формой молекулы нуклеиновой  кислоты (вторичная структура). Форма  молекулы нуклеиновой кислоты представляет собой двойную спираль (т.е. две нити ДНК обвивают друг друга подобно двум переплетенным проводам), в которой две нити ДНК объединяются в единую молекулу с помощью водородных связей, возникающих между азотистыми основаниями, входящими в состав нуклеотидов.

Единица наследственного  материала, ответственная за формирование какого либо элементарного признака, называется геном. Ген представляет собой участок молекулы ДНК со специфическим набором нуклеотидов, в линейной последовательности которых закодирована генетическая информация. Совокупность всех генов организма составляет его генетическую конструкцию- генотип.

Генетика изучает два  фундаментальных свойства живых  систем - наследственность и изменчивость, т.е. способность живых организмов передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение, а также приобретать новые качества. Крупнейшим открытием современной генетики является открытие способности генов к перестройке. Это способность к наследственной изменчивости получила название мутации. Мутации обусловлены, либо случайными в развитии организма событиями (естественные или спонтанные мутации), либо искусственно вызываемыми воздействиями (индуцированные мутации).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы