Шпаргалка по "естествознанию"

 

Синтез и обобщение  данных многих научных областей отражается и в арсенале методов исследования современной биологии, лежащих в  русле системного подхода, сочетающих натурные наблюдения, эксперимент и  моделирование. Соответственно целям  и задачам множества направлений  биологии набор методов исследования чрезвычайно велик, можно привести лишь самые распространенные, среди  них:

 

– режимные систематические (мониторинговые) наблюдения за состоянием природных объектов и процессов;

 

– аналитические исследования природных и искусственных (техногенных) объектов;

 

– исследования морфологических  параметров природных объектов;

 

– статистические методы оценки процессов и явлений;

 

– дистанционные методы исследований;

 

– методы математического  моделирования;

 

– системный анализ и др.

 

Успехи биологических  дисциплин, таких как селекция, генетика, генная инженерия, защита растений, позволили  человечеству интенсифицировать производство продовольственных товаров, нарастить  объемы получаемой продукции до небывалых  величин.

 

Однако необходимо отметить, что в своей деятельности человечество до последнего времени упорно отказывалосьучитывать отрицательные стороны своей деятельности. Недоучет специфичности биологических систем различного уровня организации привел к возникновению ряда глобальных проблем, ставящих под угрозу само существование человечества как биологического вида. В связи с вышесказанным в настоя-щее время огромные усилия отдаются развитию комп-лексной междисциплинарной области знаний, возникшей в русле биологической науки – экологии. Несомненно, что в последние десятилетия экология оказала существенное влияние на развитие общества. Хотя решение глобальных проблем – дело будущего, уже сегодня имеются немалые достижения.

 

74. ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ  И РАЗВИТИЯ БИОЛОГИИ 

 

История биологии насчитывает  много веков. Уже первобытным  людям необходимо было иметь определенные знания о растениях и животных. В рамках общего развития естественных наук происходило и накопление знаний, ныне принадлежащих к области  биологической науки. В трудах философов  античности можно найти сведения биологического характера. Аристотель глубочайшим образом продумал теорию органического развития, будучи знатоком естественно-научных дисциплин, прежде всего зоологии, ботаники и связанных  с ними проблем элементарных форм живого ощущения процессов жизни. Гиппократпредложил первую теорию, объясняющую инфекционные заболевания. Общий расцвет науки во времена античности сменился, как известно из истории, относительно «прохладным» периодом Средневековья, который характеризуется общим спадом в естественных науках, и в биологии в частности. По понятным причинам на данном этапе люди были знакомы лишь с представителями растительного и животного мира. Огромный толчок развитию биологии и использованию ее плодов, в частности, в медицине дало изобретение в XVII в. микроскопа голландцем А.Левенгуком. Человечество проникло в микромир, расширив свои представления о живом. Надо сказать, что сам факт существования микроорганизмов повлек за собой изменение взглядов на теорию самозарождения жизни. К. Линнеем предложена бинарная номенклатура видов – это также немаловажно, так как позволило систематизировать накопленный обширный, но весьма противоречивый фактический материал. Микроскопические исследования послужили основой для формулировки Т. Шванноми М. Шлейденом положений клеточной теории в XIX в. На рубеже XVIII–XIX вв. трудами Ж. Ламарка, А. Вейсмана, Ж. Кювье, Ч. Лайелла были заложены основы эволюционного учения, ставшего основой современной биологии. Чарльз Дарвин в своем основном труде «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859) обобщил эмпирический материал современной ему биологии и селекционной практики на основе результатов собственных наблюдений во время путешествий, кругосветного плавания на корабле «Бигль» раскрыл основные факторы эволюции органического мира. Эволюционная теория имеет огромное значение не только для биологии, но и для всех естественных наук в целом, примечательно, что эволюционная теория существовала наряду с термодинамикой, описывающей по существу совершенно противоположные процессы. Второе начало термодинамики предсказывает миру все более однообразное будущее, рассеяние и деградацию энергии, упрощение структур. Эволюционная теория, напротив, провозглашает возможность образования сложного из простого, все усложняющееся развитие. Разрешить этот парадокс смогли лишь в XX в. Биология пришла как мощная и разветвленная область научного знания, дифференцирующаяся на ряд дочерних дисциплин, обретших статус полновесных самостоятельных областей. XX в. ознаменовался бурным развитием генетики, селекции, экологии, молекулярной биологии и ряда других дисциплин. В настоящее время на стыке биологических дисциплин с другими областями знаний возникают новые отрасли науки, такие как космическая биология и др.

 

75. ПРОБЛЕМА ЦЕЛОСТНОСТИ  В БИОЛОГИИ 

 

Объекты биологии, геологии, астрономии – это развивающиеся  объекты-системы, и все они характеризуются  таким общим свойством, как целостность. Но как она возникает? Сравнительный  анализ процессов образования целостности  в разных системах позволяет предположить, что наряду со специфическим существует и универсальный механизм формирования целостности. Конкретно-научные исследования показывают, что формирование целостности  происходит параллельно с «расслоением»  системы на уровни.

 

Механизм образования  целостности выявляет И. B. Шмальгаузен. Он показал, что организм как целое  совершенствуется в ходе и благодаря  специализации частей, его составляющих. Причем чем больше специализация  частей, тем больше они оказываются  в зависимости друг от друга и  от организма в целом. «Целое, несущее  лишь общие функции, расчленяется на части с разными, более специальными функциями, – писал И. И. Шмальгаузен. – Целое дифференцируется, а части  специализируются. Однако эта ав-тономизация выражается лишь в обособлении своей специфической функции. Жизнь любой части обеспечивается целым рядом общих функций...»

 

Развивающиеся объекты, будь то биологический, геологический или  астрономический объект, характеризуются  таким универсальным признаком, как целостность, а процесс образования  целостности связан с формированием  уровней организации.

 

Целостность предполагает упорядоченность, наличие классов частей в противоположность  хаотическому смешению элементов. В  результате возникает иерархическая  система, где все разнообразие элементов  подразделяется на соподчиненные уровни организации. Это правило действительно  оказывается универсальным для  строения систем. Иерархичность организаций  заметна, если обратиться к биологическим  объектам-системам: клетка – организм – популяция – биоценоз.

 

Перечисленные иерархии будем  называть природными, во-первых, потому, что они содержат в качестве элементов  реальные природные, а не идеальные  образования, во-вторых, потому, что  иерархические связи зафиксированы  в самой природе. Нет организмов вне клеток, популяций вне организмов, горных пород вне минералов, галактик вне звезд и т. д. То есть существует реальная, не зависящая от наших  представлений, от той или иной концепции  уровней последовательность организации, где соблюдается включенность предшествующих объектов-систем в последующие. Названные  иерархии во всех трех случаях носят  чувственно-конкретный, эмпирический характер, деление на со подчиненные  уровни основано на наглядной пространственной локализации составляющих иерархии. Однако наглядность не объясняет  того, как возникают природные  иерархии и какова их роль.

 

Для теоретического рассмотрения вопроса о биологической, геологической, астрономической системах характерно применение категории пространства и категории времени. Проблема заключается  в том, что, несмотря на не вызывающую сомнения реальность составляющих названных  иерархий, остается неясным механизм образования иерархичности в  природе, следовательно, сохраняется  проблематичность объективности иерархической  организации. Небезосновательность такого вопроса подтверждается, в частности, тем, что нет однозначного критерия выделения природных иерархий.

 

76. СУЩНОСТЬ ЖИЗНИ, ПРОИСХОЖДЕНИЕ  ЖИЗНИ, УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО 

 

Обычно понятие жизни  определяют указанием наиболее существенных признаков живого, такие как:

 

– питание;

 

– дыхание;

 

– раздражимость;

 

– подвижность;

 

– выделение;

 

– размножение;

 

– рост.

 

Проблема происхождения  жизни – одна из самых волнующих  загадок для человечества. На эту  проблему до сих пор имеются неоднозначные  воззрения. В развитии учений о происхождении  жизни существенное место занимает теория, утверждающая, что все живое  происходит только от живого – теория биогенеза. Однако как теория происхождения  жизни биогенез несостоятелен, поскольку  принципиально противопоставляет  живое неживому. Абиогенез – идея о происхождении живого из неживого, исходная гипотеза современной теории происхождения жизни. В 1924 г. известный  биохимик А. И. Опарин высказал предположение, что при мощных электрических  разрядах в земной атмосфере, которая 4–4,5 млрд лет назад состояла из аммиака, метана, углекислого газа и паров  воды, могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые  для возникновения жизни. В 1955 г. это было подтверждено экспериментально.

 

Теория биохимической  эволюции. Коацерва-ты – обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры. Это еще не живые существа. Их возникновение рассматривают как стадию развития преджизни. Наиболее важным этапом в происхождении жизни было возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки-ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Так возникло главное свойство, характерное для жизни, – способность к воспроизведению подобных себе молекул. Жизнь возникла на Земле абиогенным путем. В настоящее время живое происходит только от живого. Возможность повторного возникновения жизни на Земле исключена.

 

Гипотеза творения (креационизм). Наряду с гипотезами абиогенного  происхождения жизни существуют и другие гипотезы. Гипотеза творения утверждает, что жизнь была создана  сверхъестественным существом в  определенное время.

 

Гипотеза стационарного  состояния. Жизнь существовала всегда. Согласно этой теории Земля никогда  не возникала, а существовала вечно. Она всегда способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень  мало. Виды тоже существовали всегда.

 

Гипотеза панспермии. Панспермия – гипотеза о повсеместном распространении  во Вселенной зародышей живых  существ. Согласно панспермии в мировом  пространстве рассеяны зародыши жизни, которые движутся под давлением  световых лучей, а попадая в сферу  притяжения планеты, оседают на ее поверхности  и закладывают на этой планете  начало живого.

 

Уровни организации живых  систем выражаются следующим образом:

 

– живая молекула (протоплазма);

 

– клетка с ДНК, РНК, белками  и ферментами;

 

– организм, в котором  реализуется наследственная информация;

 

– вид (популяция) – в его  пределах осуществляются конкуренция  и естественный отбор;

 

– биогеосфера, в которой реализуются геохимические функции живого вещества.

 

77. ЭВОЛЮЦИЯ ФОРМ ЖИЗНИ 

 

Возраст самых ранних следов жизни (остатков бактерий) – около 3,5 млрд лет.

 

Докембрий. Самая древняя  эпоха развития жизни – докембрийская  – длилась свыше 3 млрд лет.

 

Первые обитатели нашей  планеты были гетеро-трофами и питались за счет органических веществ, растворенных в первородном океане. Постепенно в первородном океане стали иссякать органические вещества, накопившиеся в нем абиогенным путем. Появление аутотрофных организмов обеспечило дальнейший непрерывный синтез органических веществ, а следовательно, существование и развитие жизни. Но аутотрофный синтез органических веществ сопровождался выделением кислорода в атмосферу. Накопление последнего изменило восстановительный характер атмосферы на окислительный, что привело к массовой гибели анаэробов. Это явление называют первым глобальным экологическим кризисом. Именно в это время и появились первые аэробные организмы, способные использовать кислород для дыхания. Присутствие свободного кислорода в атмосфере под воздействием грозовых разрядов привело к образованию озона, который и составил известный защитный экран, блокирующий коротковолновое излучение.

 

Важным этапом нужно считать  появление первых многоклеточных существ. К концу докембрия земные моря населяли разнообразные животные: медузы, плоские черви, губки, полипы. Все  они были мягкотелыми, лишенными  скелета. Возникновение у животных скелета раковин, панцирей и так  далее обозначило начало новой геологической  эры.

 

Палеозойская эра, начавшаяся 570 млн лет назад, длилась 340 млн  лет. Ученые делят ее на шесть периодов. Самый ранний из них – кембрий (он продолжался 70 млн лет). В этот период у самых разнообразных  животных начинает развиваться скелет.

 

За кембрием следует ордовик (60 млн лет). В море процветают трилобиты. Появляются первые позвоночные.

 

В следующем периоде –  силуре (30 млн лет) – на сушу выходят  первые растения (псилофиты). Вслед  за ними на сушу начинают переселяться животные – многоножки, черви, пауки  и скорпионы.

 

У позвоночных появляется новый, неизвестный прежде орган  – челюсти, произошедшие из жаберных щелей бесчерепных, одновременно у  рыб возникают парные плавники, увеличивающие  маневренность.

 

Следующий период – девон (60 млн лет). Сушу заселяют плауны, папоротники, хвощи, мхи. В их зарослях уже живут  первые насекомые. Происходит выход  на сушу позвоночных.

 

В девоне кистеперые рыбы дали начало первым земноводным – стегоцефалам.

 

Карбон, каменноугольный  период (65 млн лет). Насекомые осваивают  воздух. У растений появились семена вместо спор, у яиц рептилий –  скорлупа.

 

Пермь (55 млн лет). Влажные  леса из папоротников и плаунов исчезли. Широко разрослись хвойные. Земноводных  теснят рептилии.

 

Мезозойская эра началась 230 млн лет назад и длилась 163 млн лет. Она делится на 3 периода: триас (35 млн лет), юру (58 млн лет) и  мел (70 млн лет). Океаны Земли богаты моллюсками – белемнитами. Появляются цветковые. Мезозой, особенно юру, можно  назвать царством рептилий. Но еще  в самом начале мезозоя появляются млекопитающие.

 

Кайнозойская эра. (67 млн  лет назад). Она продолжается и  сейчас. Ученые разделяют ее на 3 периода: палеоген, неоген и антропоген. В  последнем периоде появляется человек.

 

78. ПОНЯТИЕ БИОСФЕРЫ, КОНЦЕПЦИИ  БИОСФЕРЫ 

 

Биосфера (от греч. bios – «жизнь», sphaira – «шар») – одна из оболочек (сфер) Земли, состав и энергетика которой в существенных своих чертах определены работой живого вещества. Термин, введенный Э. Зюссом(1875), в результате работ В. И. Вернадского стал обозначать всю ту наружную область планеты Земля, в которой не только существует жизнь, но которая в той или иной степени видоизменена или сформирована жизнью. Биосфера включает в себя тропосферу, гидросферу, литосферу. С точки зрения иерархии уровней организации живой материи и системного подхода биосфера – совокупность всех экосистем (биогеоценозов). Все экологические ниши, пригодные для жизни, заняты биосферой, возникшей одновременно с появлением жизни на Земле (около 4 млрд лет назад) в виде примитивных протобиоценозов в первичном Мировом океане. Около 450 млн лет назад живые организмы стали заселять сушу, где их эволюция ускорилась, и в результате соотношение числа видов животных и растений в Мировом океане и на суше составляет примерно 1: 5. Основными факторами эволюции биосферы являются: абиотические (геологические, космические), биотические (изменчивость, т. е. мутации, наследственность, борьба за существование, естественный отбор), а также антропогенные, благодаря которым биосфера постепенно обретает черты ноосферы.