Особенности естественнонаучного познания

Известно всего 66 минералов.

 

31. Современные концепции  развития геосферных оболочек.

Земля разделена условно на сферы: ядро, мантия (халькосфера, тонкий слой – астеносфера), литосфера, атмосфера, гидросфера – водная оболочка Земли (в литосфере и атмосфере), биосфера - живая оболочка Земли (в гидросфере, атмосфере и верхнем слое литосферы), ионосфера – слой ионизированного газа в верхних слоях стратосферы, озоносфера – озоновый слой (в стратосфере), магнитосфера- магнитное поле Земли.

Вблизи Северного географического  полюса находится южный магнитный  полюс, вблизи южного географического  – северный магнитный.

 

 

Лекция 11. Литосфера  и жизнь.

32. Литосфера как  абиотическая основа жизни. Экологические  функции литосферы.

                                      Океан                                                Суша

Поверхность                  71%                                                   29%

Биомасса                      0,13%                                               99,87%

Животных                       7%                                                   93%

Растений                           8%                                                   92%

Литосфера является абиотической (небиологической) основой, на которой существует жизнь.

По В.И.Вернадскому часть литосферы  входит в биосферу как элемент - косное, биокосное и биогенное вещество; жизнь - мощная геологическая сила, формирующая облик Земли. Верхний слой литосферы – почва – сформирован с помощью живых организмов и является местом их обитания. В литосфере происходит постоянная миграция атомов  в результате деятельности живых существ.

Ресурсная функция литосферы состоит  в образовании различных веществ (в том числе – полезных ископаемых).

 

33.  Перспективные виды топлива. Альтернативные источники энергии.

Человек в своей деятельности интенсивно потребляет ископаемые виды топлива, запасы которого очень быстро иссякают. Перспектива  за возобновляемыми видами энергии: энергии воды (приливные станции, так как ГЭС приносят большой урон природе), энергии ветра, геотермальной энергии, солнечной энергии, атомной энергии. Альтернативные источники энергии – биотопливо, получаемое из отходов сельскохозяйственной деятельности, управляемые термоядерные реакции (разработка еще не завершена).

 

Лекция 12. Особенности  биологического уровня организации  материи.

34. Важнейшие открытия 19 –20 веков в области биологии, которые легли в основу современной биологии.

Биология возникла и долгое время  существовала как описательная наука, осуществлявшая анализ и классификацию огромного эмпирического материала. Современная биология использует генетический и системно-структурный подходы. Особенностью современной биологии является ее тесная связь с другими науками, с практическими нуждами решения экологических, медицинских, социальных, экономических и др. проблем.

Величайшим открытием является предложенная Ч.Дарвиным теория эволюции живой природы (1859 г. «Происхождение видов путем естественного отбора»).

Грегор Мендель в XIX веке открыл закон наследственности, показал, что наследование признаков происходит дискретно и что рецессивные мутации не исчезают, а сохраняются в генофонде популяции и проявляются через поколение.

В 1900 г. законы наследственности были вновь открыты Х.де Фризом (Голландия), К.Корренсом (Германия) и Э.Чермаком (Австрия). Х. де Фриз предложил теорию мутаций.

В 1920-е гг. А.Вейсманом, Т.Х.Морганом, А.Стертевантом, Г.Дж.Меллером была разработана  хромосомная теория наследственности.

В 1940-е гг. была открыта нуклеиновая природа гена. В 1944 г. американец О.Эвери и его сотрудники установили, что носителем наследственной информации является ДНК, а в 1953 г. Д.Уотсон и Ф.Крик расшифровали ее структуру- двойную спираль. Выяснилось, что свойство самоудвоения молекул ДНК является основой механизма наследственности.

В последующие годы была установлена  зависимость синтеза белков от состояния  генов, расшифрована аминокислотная последовательность многих белков.

В 1970-е г. сложилась генная инженерия (технология рекомбинантных ДНК) - на основе синтеза методов молекулярной биологии и генетики. В 1978г. методами генной инженерии был синтезирован инсулин - белок, позволяющий бороться с диабетом.

С 1980-х гг. проводятся успешные опыты  по клонированию животных (от греческого klon – побег, ветка) – точному воспроизведению организма.

В 1997 г. появилась овечка Долли. Клонирование человека законодательно запрещено  во многих странах. (Время от времени  появляются публикации, свидетельствующие  о нарушении этого запрета).

 

35.  ДНК, геном человека.

Молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) находятся в хромосомах ядер клеток и являются носителями наследственной информации. ДНК состоит  из двух спаренных полинуклеотидных цепочек, закрученных в спираль. Звеньями ДНК являются нуклеотиды (соединения азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты). Азотистые основания аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц), гуанин (Г) цепочек связаны комплементарно: А-Т, Ц-Г. Ген - участок ДНК, служащий матрицей для синтеза одного белка.

В 1988 г. была создана международная организация «Геном человека», задачей которой была расшифровка генома – совокупности генов, сосредоточенных в единичном наборе хромосом данного организма. В 2003 г. эта программа была практически завершена. Оказалось, что в геноме человека от 30 до 40 тыс.генов (вместо предполагавшихся ранее 80 – 100 тыс.). Это ненамного больше, чем у червяка (19 тыс. генов) или мухи-дрозофилы (13,5тыс.).

Для использования новых знаний в фармакологии нужны новые технологии, которые появятся в ближайшие  десятилетия.

 

36. Особенности биологического уровня организации материи.

Одно из определений жизни (М.В.Волькенштейн): «Жизнь есть форма существования  макроскопических гетерогенных открытых сильнонеравновесных систем, способных  к самоорганизации и самовоспроизведению».

Свойства живых систем:

1. макроскопичность (состоят из большого числа атомов);
2. гетерогенность (образованы из множества разных веществ);
3. открытость – происходит непрерывный обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой;
4. сходство химического состава, 6 органогенов: C, O, H, N, P, S;
5. живые системы содержат совокупность биополимеров, не характерных для неживых систем;
6. раздражимость - реакции на информацию, воздействие извне;
7. дискретность – состоят из отдельных взаимодействующих элементов;
8. цельность – все элементы функционируют вместе со всей системой.

Структурные уровни организации  живых систем (концепция структурных уровней живого включает представление об их иерархической соподчиненности):

1. молекулярно-генетический (здесь совершается скачок от неживой материи к живой; вирусы - мельчайшие бесклеточные организмы - на границе живой и неживой материи);
2. клеточный (клетка - мельчайшая элементарная живая система - первооснова строения, жизнедеятельности и размножения организмов; клетки без ядер – прокариоты, с ядрами - эукариоты);
3. тканевый (совокупность клеток с одинаковым уровнем организации образует живую ткань);
4. онтогенетический или организменный (система совместно функционирующих органов образует организм; на этом уровне   проявляется большое разнообразие живых систем);
5. популяционно-видовой (образован совокупностью видов и популяций; популяция - совокупность организмов одного вида, обладающих единым генофондом; вид – совокупность скрещивающихся организмов; на этом уровне реализуется биологический эволюционный процесс);
6. биогеоценотический (биогеоценоз - исторически сложившееся устойчивое сообщество популяций, связанных между собой и с окружающей средой обменом веществ);
7. биосферный (совокупность биогеоценозов составляет биосферу Земли).

 

Лекция 13. Концепция биосферы.

37. Биосфера.

Сфера жизни, совокупность биогеоценозов. Жизнь существует почти везде  в гидросфере, в верхней части  литосферы и в атмосфере- до стратосферы.

Все живые существа обладают колоссальным биотическим потенциалом, то есть способны размножаться очень быстро. Однако сопротивление среды (голод, стихийные бедствия, болезни и т.д.) позволяет поддерживать численность популяций. В результате естественного отбора возникла адаптация - приспособленность к окружающим условиям (структурная, физиологическая или поведенческая).

История биосферы длится около 4,1 млрд.лет, человеческий род существует – менее 3 млн. лет, Homo sapiens ~ 40 тыс. лет. Следовательно, инерционность биосферы выше человеческой ~ в 100 тыс.раз.

Организмы-автотрофы (растения и некоторые бактерии) синтезируют органические вещества из неорганических с помощью энергии света или окислительных реакций (фото- или хемосинтез).

Организмы-гетеротрофы (грибы, бактерии, животные) приспособились к потреблению энергии из готовых органических веществ, синтезированных автотрофами. Живые системы образуют трофические (пищевые) цепочки, заключительным звеном которых являются микроорганизмы. Таким образом, в биосфере осуществляется глобальный круговорот веществ, обусловленный биогеохимическими циклами.

В глобальном энергетическом балансе важно, что энтропия поступающего на Землю коротковолнового излучения  меньше, чем энтропия длинноволнового  излучения, переизлучаемого нашей  планетой. Вся биосфера Земли представляет собой высокоорганизованную систему, упорядоченность которой поддерживается за счет отрицательного энтропийного баланса.

 

38. Основы целостного учения Вернадского о биосфере.

Постулаты Владимира Ивановича Вернадского о биосфере:

1. первобытная биосфера была функционально разнообразной;
2. сразу появились биогеоценозы;
3. биогеоценозы – главная движущая сила геохимических преобразований;
4. живые организмы порождают миграцию химических элементов в биосфере;
5. все функции живого в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами.

 

Согласно концепции биосферы В.И.Вернадского:

                                             биосфера

              живое                 косное              биогенное            биокосное

             вещество            вещество          вещество             вещество

           (изменяется)     (неизменно)       (созданное          (почва и т.п.)

                                                                   живым)

 

Жизнь - могучая геологическая сила, формирующая облик Земли.

Геохимические функции  живого (по В.И.Вернадскому):

• энергетическая;
• деструктивная;
• средообразующая;
• транспортная.

Биохимические принципы В.И.Вернадского:

1. биогенная миграция атомов и обмен веществ стремятся к максимальному проявлению;
2. выживают организмы, увеличивающие биогенную миграцию атомов биосферы.

 

 

 

 

39. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем.

Чарльз Дарвин - основоположник теории эволюции.

Факторы эволюции по Дарвину:

• изменчивость,
• наследственность,
• естественный отбор (борьба за существование - внутривидовая, межвидовая, с окружающей средой).

 

Сущность эволюции проявляется в непрерывном приспособлении биологических видов к разнообразным условиям окружающей среды и в появлении все более сложных организмов.

(Вначале организмы  были гетеротрофами, т.е. питались  органическими молекулами первичного океана или другими организмами, затем появились автотрофы и живой мир перестал зависеть только от органических веществ, которые медленно образовывались на Земле.)

Принципы эволюции:

• неравномерность темпов;
• прерывистый характер распространения животных и растений;
• случайность и необратимость, так как проходит через точки бифуркации;
• сохранение тех организмов, которые увеличивают свободную химическую энергию в биосфере (уменьшают энтропию).

Уровни эволюции: микроэволюция (на популяционно-видовом уровне, время мало, завершается видообразованием; генотипическая - изменение генов, фенотипическая - изменение признаков, элементарной единицей  эволюции является популяция, а не особь, как у Ламарка), макроэволюция (на надвидовом уровне, время велико).

 

Факторы макроэволюции (В.И.Вернадский,1931г)

космический          геологический                геохимический