Содержание

1. Что такое орбита планеты? Могут ли планеты столкнуться при своем движении вокруг Солнца? В чем суть законов Кеплера? На каком среднем расстоянии от Солнца находится планета Меркурий, если ее период обращения равен 0,24 земного года?

2. Сформулируйте основные законы классической механики материальной точки. Как моделируется система, состоящая из двух и более материальных точек? Приведите примеры задач, в которых можно считать Землю материальной точкой, а в каких нельзя. Оцените изменение своего веса при переезде с экватора на полюс

3. Как формировалось представление о критерии истинности знаний? Чем отличается от натурфилософии наука Нового Времени? Дайте примеры

4. Какая часть термодинамической системы называется фазой данного вещества? Дайте молекулярную картину процессов испарения и конденсации. Что такое насыщенный пар и каковы его свойства? Опишите роль этих процессов в земной атмосфере

5. Поясните понятие химических связей и приведите примеры. Какова роль энергии и энтропии при образовании молекул?

7. Поясните суть гипотезы Луи де Броля. как она была экспериментально подтверждена, какое значение для естествознания имеет использование корпускулярно-волновых свойств вещества?

8. Раскройте сущность микро- и макроэволюции, приведите примеры действующих в них процессов. Каковы доказательства эволюции органического мира?

9. Что такое «ген», «кодон», «нуклеотиды», «нуклеиновые кислоты»? Что изучает генетика, как она развивалась?

10. Раскройте понятие «биосфера», укажите ее функции и характеризуйте ее оболочки. Как это понятие было переосмыслено В.И. Вернадским?

Список литературы

1. Что такое орбита планеты? Могут ли планеты столкнуться при своем движении вокруг Солнца? В чем суть законов Кеплера? На каком среднем расстоянии от Солнца находится планета Меркурий, если ее период обращения равен 0,24 земного года?

Орбита планеты - определенная окружность, эллипс, парабола или гипербола, в фокусе которых находится центр масс системы.

Существует много небольших небесных тел (астероидов и комет), траектории движения которых проходят в непосредственной близости от Земли, вследствие чего существует вероятность их столкновения с нашей планетой. Поскольку опасны астероиды с размерами, превышающими сотни метров, необходимо их своевременное выявление для принятия мер, обеспечивающих дальнейшее существование человечества.

Движение вокруг Солнца описывается законами Кеплера. Эти законы математически выводятся из закона всемирного тяготения.

Первый закон Кеплера. Орбита каждой планеты есть эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Второй закон Кеплера. Радиус-вектор планет за равные промежутки времени описывают равные площади.

Третий закон Кеплера. Квадраты периодов обращения двух планет относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Законы Кеплера применимы не только к движению планет, но и к движению их естественных и искусственных спутников Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю. Современное естествознание. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 1998. С. 32..

Меркурий, планета, среднее расстояние от Солнца 0,387 астрономических единиц (58 млн. км).

Следует, однако, заметить, что хотя сам Ньютон четко абсолютное пространство и связанную с ним абсолютную систему отсчета и не определил, но если внимательно проследить историю предваряющих исследования Ньютона исследований Галилея и Гюйгенса по движению земных тел в поле тяжести Земли и Коперника и Кеплера по движению основных небесных тел - Солнца, Луны, и пяти главных планет, из которых, собственно говоря, непосредственно и возникла механика Ньютона, в частности, его решение самой основной задачи небесной механики - так называемой задачи Кеплера о движении планеты вокруг Солнца по эллиптической орбите, то нетрудно практически безошибочно установить, что под абсолютной системой отсчета Ньютон фактически понимал коперниковскую гелиоцентрическую систему отсчета, а под абсолютным пространством - межпланетное пространство Солнечной системы.

Таким образом, планеты при своем движении вокруг Солнца не могут столкнуться.

Планеты солнечной системы также движутся согласно теории Эйнштейна- период вращения планеты Меркурий, 24 земного и возрастает по мере удаления планет от Солнца до 248 для планеты Плутон.

2. Сформулируйте основные законы классической механики материальной точки. Как моделируется система, состоящая из двух и более материальных точек? Приведите примеры задач, в которых можно считать Землю материальной точкой, а в каких нельзя. Оцените изменение своего веса при переезде с экватора на полюс

После установления Кеплером законов движения планет естественно встал вопрос о причине таких движений. Решение этой задачи требовало предварительного изучения законов движения любых тел, т.е. необходимо было развитие той части естествознания, которая называется механикой.

После того как трудами Галилея (1564-1642), Гюйгенса (1629-1695) и других ученых было положено начало опытному обоснованию механики, Ньютон сформулировал следующие три основных закона движения тел:

1-й закон. Всякое тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку приложенные силы не заставят его изменить это состояние. Этот закон называется законом инерции. Если m - масса тела, а v - его скорость, то закон инерции математически можно представить в следующем виде:

mv = const. (1)

Если v = 0, то тело находится в покое; если v = const 0, то тело движется равномерно и прямолинейно. Произведение mv называется количеством движения тела.

Изменение количества движения тела может произойти только в результате его взаимодействия с другими телами, т.е. под действием силы.

2-й закон. Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.

Второй закон математически записывается так:

F = mw (2),

т. е. произведение массы тела m на его ускорение w равно действующей силе F.

Уравнение (2) называется основным законом динамики материальной точки.

3-й закон. Действие всегда вызывает равное и противоположное противодействие.

Иными словами, воздействия двух тел друг на друга всегда равны и направлены в противоположные стороны.

Если какое-нибудь тело с массой т1 взаимодействует с другим телом с массой m2, то первое тело изменяет количество движения второго тела m2v2, no и само претерпевает от него такое же изменение своего количества движения m1v1, но только обратно направленное, т.е. или

F2 = - F1. (3)

Представим себе две точки, находящиеся на каком-то расстоянии друг от друга. Назовем точку 1 элементом 1, а точку 2 элементом 2. Будем считать, что они образуют систему взаимодействий А.

Представляется очевидным, что две абстрактные точки образуют собственное одномерное пространство. И если мы мысленно представили эти две точки, то это пространство возникло в нашем воображении. Или, выражаясь иначе, это пространство возникает в биокомпьютерной программе, действующей в нашем мозге в тот момент, когда мы представляем эти две точки.

Земля - не материальная точка, ее габариты сравнимы с расстоянием до Луны, всего лишь в тридцать раз меньше, чем это расстояние. А по закону Ньютона сила тяготения обратно пропорциональна квадрату расстояния. Стало быть, подлунная и антилунная точки поверхности Земли испытывают разное притяжение от Луны. Нетрудно установить, что эта разность составляет удвоенное произведение силы тяготения Луны на отношение земного диаметра к расстоянию до Луны. Именно такие лунные гравитационные колебания, по-видимому, имеются в виду в эпиграфе.

Вообще-то согласно аксиоматическому методу аксиомы разных моделей могут друг другу противоречить. Ничто не запрещает. В механике Ньютона, применимо к движению планет, Земля - материальная точка. А применимо к человеку, который идет по дороге,- Земля - не материальная точка.

При переезде с экватора на полюс вес человека изменяется Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. М.: ЮНИТИ, 1998. С. 202.

.

В зависимости от географической широты и высоты над уровнем

Океана масса человека меняется в небольших пределах. Несомненно, ускорение силы тяжести в существующих на Земле пределах определяет нормальные антропометрические и физиологические параметры человека. Установлено, что на полюсах g = 9,832 м/с2, а на экваторе - g = 9,780 м/с2, или g = d 4,74976 - 4,7387 м/с2 = d 2,9805..- 2,969.. мh/ch2.

По мере удаления от экватора к полюсам температура поверхности океана постепенно понижается, доходя до 1,5-1,9° С в полярных районах.

В состоянии полного покоя человек производит в течение часа столько тепла, сколько его нужно для нагревания двух литров ледяной воды до температуры тела. При выполнении очень тяжелой физической работы он мог бы за то же время нагреть до температуры тела около 23 литров ледяной воды. Таким образом, теплопродукция нашего организма весьма ограничена и составляет в сутки примерно 2000 ккал. Поэтому время пребывания в холодной воде без защитной одежды исчисляется минутами.

3. Как формировалось представление о критерии истинности знаний? Чем отличается от натурфилософии наука Нового Времени? Дайте примеры

Г. Лейбниц придавал фундаментальное значение не только принципу противоречия, но и принципу достаточного основания. Он имеет большое значение, в частности, в связи с коренным вопросом теории познания о критерии истинности наших знаний. Установлено, что таким критерием служит прежде всего общественная практика материально-производственная, общественно-политическая деятельность, практика научных наблюдений и экспериментов. Именно она позволяет надежно отделять истинные знания от ложных.

Натурфилософия - философия природы, умозрительное истолкование природы, рассматриваемой в ее целостности. Границы между натурфилософией и естествознанием, ее место в философии исторически менялись. Наибольшую роль натурфилософия играла в древности. Натурфилософия явилась первой исторической формой философии и фактически сливалась с естествознанием (атомистическая гипотеза в Древней Греции). В дальнейшем натурфилософия в основном именовалась физикой, т.е. учением о природе.

Начало современной науки в XVII в. относится к работам Ф. Бэкона (1561-1626) и Галилео Галилея. Ф. Бэкон - основатель эмпиризма, задал канон эмпирического исследования, описал методы систематизации и иерархизации эмпирических знаний о явлениях посредством разработанной им процедуры эмпирической индукции. Эти приемы в той или иной степени используются и сегодня при работе с первичным эмпирическим материалом и отвечают распространенным представлениям о развитии науки. Г. Галилей - основоположник современной теоретико-экспериментальной физики и естественной науки вообще. Метод Г. Галилея во многом противоположен и дополнителен по отношению к бэконовскому. Он часто вырастает из эмпирического материала, обработанного по бэконовским канонам Потев М.И. Концепции современного естествознания. - СПб.: Питер, 1999. С. 50..

Современное состояние социологической науки напоминает выделение из натурфилософии естественных наук в период Нового времени. Тогда, как сейчас в социологии, знание освобождалось от схоластических спекуляций, умозрительных суждений о гносеологии, от псевдо-проблем, преклонения перед "Священными текстами" и мнениями "классиков", - с помощью эмпирического метода, обоснованного Р. Декартом. Успехи наук, построенных на эмпирике, доказывают эффективность эмпирических исследований. Для социологии развитие таких исследований необходимо.

4. Какая часть термодинамической системы называется фазой данного вещества? Дайте молекулярную картину процессов испарения и конденсации. Что такое насыщенный пар и каковы его свойства? Опишите роль этих процессов в земной атмосфере

Фаза - термодинамически равновесная часть системы, характеризующаяся определенным химическим составом, гомогенностью химических и физических свойств и наличием границы раздела. Для кристаллических фаз характерно наличие определенного типа кристаллической структуры. Так, углерод может находиться в различных фазовых состояниях, отличающихся по типу кристаллической структуры, алмаз - кубическая решетка, графит - гексагональная.

Но, даже если фазы имеют один тип кристаллической структуры (NaCl, KCl и т. д.), то из-за различий в силах связи и радиусов ионов линейные параметры кристаллических решеток будут различными. Отсюда следует вывод, лежащий в основе РФА: каждая фаза будет обладать свойственным только ее решетке набором межплоскостных расстояний; - из-за различий в рассеивающей способности атомов и ретикулярной плотности соответствующих систем плоскостей, каждая фаза будет обладать свойственным только ей набором интенсивностей рефлексов (максимумов).

Пар - это газообразное состояние вещества, в которое могут переходить как жидкости (испарение), так и твердые тела (сублимация, или взгонка).

Испарение - процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Обратный ему процесс, при котором происходит переход вещества из газообразного состояния в жидкое, называется конденсацией.

Испарение жидкости происходит при любой температуре. При этом температура пара и жидкости одинакова, хотя жидкость покидают молекулы с наибольшей кинетической энергией. Объясняется это тем, что значительная часть кинетической энергии молекул тратится на преодоление силы притяжения со стороны молекул жидкости. Жидкость при испарении охлаждается, т.к. температура зависит от кинетической энергии молекул. Для того, чтобы температура жидкости при испарении не понижалась, необходимо к ней подводить тепло. Эта теплота не вызывает повышения температуры и потому ее называют внутренней скрытой теплотой испарения.

Число молекул, покидающих поверхность жидкости, равно в среднем числу молекул пара, возвращающихся за то же время в жидкость. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

Над поверхностью каждой жидкости вследствие испарения находится пар, давление которого может возрастать до определенного предела, зависящего от температуры и называемого давленим насыщенного пара. При этом давление пара и жидкости будет одинаковым. Пар и жидкость оказываются в равновесии и пар становится насыщенным.

Центрами конденсации водяного пара могут служить только пылевидные, аэрозольные частицы и ионы. Нейтральные молекулы не могут служить центрами конденсации. А радикальные продукты фотодиссоциации, могут ли они влиять на конденсацию? Вода, благодаря водородной связи, образует многочисленные гидратные соединения с самыми разнообразными молекулами. С другой стороны, радикалы обладают повышенной, по сравнению с обычными молекулами, способностью к образованию слабосвязанных комплексов. Не только атомы галогенов и кислорода, но и такие радикалы как OH и SH способны образовывать комплексы даже с атомами инертных газов, такие как Ar₂SH. Поэтому разумно предположить, что некоторые из гидратных соединений радикалов могут оказаться весьма устойчивы. Например, молекулярный хлор, как известно, образует с водой кристаллогидрат Cl2·8H2O. А может ли атом хлора образовать подобное соединение? Конечно, может и, скорее всего, более прочное. Энергия системы HO + HCl всего на 67 кДж/моль выше энергии системы H2O + Cl, а, с учётом электростатического взаимодействия, энергия конфигурации HO…HCl может быть даже ниже энергии конфигурации HOH… Cl. В любом случае, взаимодействие этих структур должно обеспечить высокую энергию связи атома хлора с молекулой воды. Именно эти соображения и определили выбор CCl4 и CF2Cl2 в качестве первых объектов исследования - одним из продуктов фотодиссоциации этих молекул является атом хлора.

5. Поясните понятие химических связей и приведите примеры. Какова роль энергии и энтропии при образовании молекул?

Химическая связь - это взаимодействие двух атомов, осуществляемое путем обмена электронами. При образовании химической связи атомы стремятся приобрести устойчивую восьмиэлектронную (или двухэлектронную) внешнюю оболочку, соответствующую строению атома ближайшего инертного газа.

Только благородные газы в природных условиях находятся в состоянии одноатомного газа. Свободные атомы остальных элементов образуют намного более сложные системы - молекулы. Это явление называется образованием химической связи. Химическая связь возникает благодаря взаимодействию электрических полей, создаваемых электронами и ядрами атомов. Различают четыре основных типа химических связей: ковалентную, ионную, металлическую и водородную.

Важной характеристикой химической связи является ее энергия. Это мера прочности связи. Ее величина определяется выделенной или поглощенной энергией при разрушении или образовании связи. Также важна длина связи - расстояние между центрами ядер атома в молекуле или кристалле.

Жизнь клеток и макроорганизмов есть постоянный процесс синтеза сложных молекул (нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов и т.д.), то есть структур с достаточно высокой энтальпией и низкой энтропией. Образование таких молекул означает увеличения свободной энергии системы. Следовательно синтетические процессы невозможны без одновременного протекания экзэргических реакций, обеспечивающих высвобождение энергии, поступающей из окружающей среды и запасенной в форме химических соединений. Основным видом таких реакций в организме является гидролитическое расщепление богатых энергией веществ, содержащих пирофосфатные связи (макроэрги). К их числу относятся: аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), аденозиндифосфорная кислота (АДФ), гуанозинтрифосфорная кислота (ГТФ_, цитозинтрифосфорная кислота (ЦТФ), уридинтрифосфорная кислота (УТФ), ацилфосфаты и др. В конечном итоге энергетические возможности клетки определяются запасами макроэргов и, в первую очередь, АТФ.

6. Фундаментальный типы взаимодействия в физике. Почему они так называются? Какие законы сохранения фундаментальны для всего естественного и почему?

Известны 4 типа взаимодействий в физике: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное.

Закон несохранения структуры - фундаментальный закон естествознания, и следствия его столь же глобальны, как и следствия законов сохранения массы-энергии. Например, мы знаем, что некогда существовали вымершие ныне животные и растения. Но ведь все материальные элементы этих существ сохранились, они здесь, на Земле. Достаточно сунуть руку под струю воды из крана, чтобы коснуться вымерших динозавров, - среди молекул воды обязательно найдутся такие, что входили в состав тела этих животных. Но из этого факта мы не можем извлечь ничего интересного, не можем ничего узнать об этих динозаврах. Словом, ценность разнообразия связана как раз с тем, что оно может исчезать.

Фундаментальные законы сохранения являются основой современного естествознания, сформированные физикой как наукой об общих законах Природы. Считается, что исходной позицией к установлению арсенала законов послужило классическое наследие, труды Г.Галилея и И.Ньютона, заложившие основы классической механики.

Именно эти принципы и законы сформировали предмет исследований в физике и установку цели изучения в этой науке. Предметом изучения стали объекты, а целью - исследование их свойств. Но такой подход к изучению Реальности явился следствием неточных переводов «Математических начал натуральной философии» с латинского и некорректной трактовки законов И.Ньютона. В действительности И.Ньютон предложил научному сообществу не механику, а динамику процессов, предметом которой стали сами процессы, а целью исследований - принципы и законы движения, то есть операции с объектами, проявление которых и воспринимается как свойства объектов. Именно такой подход к изучению природных явлений и является естественным, поскольку «Мир дан в движении, и его законы - законы движения».

7. Поясните суть гипотезы Луи де Броля. как она была экспериментально подтверждена, какое значение для естествознания имеет использование корпускулярно-волновых свойств вещества? Что узнали о живой материи с помощью электронного микроскопа и на каких общих принципах он работает?

Ученый Лиу де Бройль, осознавая существующую в природе симметрию и развивая представления о двойственной корпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 г. гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Он утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают волновыми свойствами.

Волновая природа частиц отражается в соотношениях неопределенностей, полученных в 1927 г. Гейзенбергом.

Любая частица непрерывно испускает или поглощает виртуальные частицы разных типов. Так, например, электромагнитное взаимодействие - результат обмена виртуальными фотонами, гравитационное - гравитонами Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю. Современное естествознание. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 1998. С. 70-71..

В микроскопе используется метод ускорения электронов электрическим напряжением величиной примерно 10⁶ В. При этом удалось достичь стабильности напряжения до 0,5 В. Микроскоп способен давать разрешение около 0,5 A, что сравнимо с разрешением сканирующего туннельного микроскопа. Кроме того, можно делать до 60 снимков в секунду и, следовательно, изучать развитие процессов во времени. С помощью нового микроскопа исследованы колебания частичек золота, быстро менявших свою форму. Другим интересным применением прибора может стать наблюдение движения вихрей в высокотемпературных сверхпроводниках Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. М.: ЮНИТИ, 1998. С. 120-122..

Французский ученый Луи де Бройль (1892-1987), осознавая существующую в природе симметрию и развивая представления о двойственной корпускулярно-волновой природе света, выдвинул в 1923 гипотезу об универсальности корпускулярно-волнового дуализма. Он утверждал, что не только фотоны, но и электроны и любые другие частицы материи наряду с корпускулярными обладают волновыми свойствами. Согласно де Бройлю, с каждым микрообъектом связываются, с одной стороны, корпускулярные характеристики - энергия и импульс, а с другой -волновые характеристики - частота и длина волны.

Электронный микроскоп показывает строение мертвых, препарированных клеток, нейтронный пучок позволяет заглянуть в живой организм, не опасаясь разрушить его ткани или нарушить нормальную работу.

8. Раскройте сущность микро- и макроэволюции, приведите примеры действующих в них процессов. Каковы доказательства эволюции органического мира?

Эволюционный процесс подразделяют на микро- и макроэволюцию. Микроэволюция - это совокупность внутривидовых процессов, приводящих к образованию новых популяций, подвидов и заканчивающихся образованием новых видов. Таким образом, микроэволюция - это начальный этап эволюционного процесса, она может происходить в относительно короткие промежутки времени и ее можно наблюдать и изучать непосредственно. В результате мутационной (наследственной) изменчивости происходят случайные изменения генотипа. Самопроизвольная частота мутаций довольно высока, и 1-2% половых клеток имеет мутировавшие гены или измененные хромосомы. Как уже говорилось, мутации чаще всего рецессивны и, кроме того, редко бывают полезными для вида. Однако если в результате мутации возникают полезные для какой-либо особи изменения, то она получает некоторые преимущества перед другими особями популяции. Например, предки жирафа с длинной шеей могли питаться листьями с высоких деревьев и получали больше корма, чем особи популяции с короткой шеей.

Таким образом, с возникновением нового признака начинается процесс дивергенции внутри популяции. В популяции любого вида существуют волны численности. В благоприятные годы численность популяции возрастает: происходит интенсивное размножение, большинство молодых и старых особей выживает. В неблагоприятные годы численность популяции может резко упасть: множество особей, особенно молодых и старых, погибает, интенсивность размножения снижается. Такие волны зависят от многих факторов: изменений климата, количества пищи, врагов и патогенных микроорганизмов и т.п. В неблагоприятные для популяции годы могут сложиться условия, когда в живых останутся только те особи, которые в результате мутации приобрели полезный признак. Например, во время засухи предки жирафа с короткой шеей могли погибнуть от голода, и особи с длинными шеями стали преобладать в популяции. Таким образом, за довольно короткий промежуток времени в результате естественного отбора могла появиться «длинношеяя» популяция жирафов.

Макроэволюция - это процесс формирования крупных систематических единиц: новых родов, семейств и т.д. Макроэволюция осуществляется на протяжении огромных промежутков времени, и непосредственно изучать ее невозможно. Тем не менее в основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в основе микроэволюции: наследственная изменчивость, естественный отбор и репродуктивное разобщение.

Все варианты объяснения макроэволюционных механизмов представляется возможным свести к трем главным подходам: это макрогенетическая, таксоцентрическая и экоцентрическая концепции. И в первой и во второй концепциях подразумевается сходство микро- и макроэволюционных механизмов эволюции, а изменения экосистем и биосферы обсуждаются, главным образом, как некий внешний фактор. Разница в механизмах признается либо на количественном уровне («микро- и макромутации»), либо, плюс к тому, обсуждается с той точки зрения, что современная таксономия неверно отражает эволюционные взаимоотношения, а задача эволюционистов заключается в том, чтобы провести ревизию существующих таксономических систем. При этом, например, предлагается объединять в одни таксоны разные, но потенциально скрещиваемые виды.

Третья концепция, подчеркивает единство движущих факторов эволюции для всех уровней организации жизни, включая экосистемный и биосферный, и поэтому объясняет особенности изменения свойств упомянутого «фильтра» во времени.

Биологические науки накопили огромный материал, доказывающий единство происхождения и историческое развитие органического мира.

Сравнительная анатомия - наука о сравнительном строении живых организмов - показывает общность строения и происхождения живых организмов. Так, позвоночные имеют двустороннюю симметрию, общий план строения скелета черепа, передних и задних конечностей, головного мозга и всех основных систем (нервной, пищеварительной, кровеносной и др.). Единство происхождения подтверждается строением гомологичных органов, наличием рудиментов, атавизмов и переходных форм. Гомологичные органы сходны по строению и происхождению независимо от выполняемой функции (кости конечностей земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих). Рудименты (остаток) - недоразвитые органы, утратившие в ходе эволюции свое значение и находящиеся в стадии исчезновения (колючки кактусов, чешуйки на корневище папоротников - рудиментарные листья; у лошади - грифельные косточки; у горных гусей - перепонки на лапах и др.). Доказательством эволюции органического мира служат аналогичные органы у представителей не родственных таксонов. Они различаются по строению и происхождению, но выполняют одинаковую функцию (плющ - видоизмененные воздушные корни). К аналогичным органам относятся крыло птиц и бабочек, жабры раков и рыб, роющие конечности кротов и медведок. Аналогичные органы возникают у далеких в систематическом отношении организмов в результате конвергенции - схождения признаков вследствие приспособленности этих организмов к сходному образу жизни.

Эмбриология - наука, изучающая зародышевое развитие организмов, - доказывает, что процесс образования половых клеток (гаметогенез) сходен у всех многоклеточных: все они начинают развитие из одной клетки - зиготы. У всех позвоночных зародыши схожи между собой на ран них стадиях развития. Они имеют жаберные щели и одинаковые отделы тела (головной, туловищный, хвостовой). По мере развития у зародышей появляются различия. Вначале они приобретают черты, характеризующие их класс, затем отряд, род и на поздних стадиях - вид. Все это говорит об общности их происхождения и последовательности расхождения у них признаков.

Палеонтология. Палеонтологический материал позволяет констатировать, что смена форм животных и растений осуществляется в порядке изменения предшествующей организации и преобразования ее в новую. Развитие хордовых, например, осуществлялось поэтапно. Вначале возникли низшие хордовые, затем последовательно во времени возникают рыбы, амфибии, рептилии. Рептилии, в свою очередь, дают начало млекопитающим и птицам. На заре своего эволюционного развития млекопитающие были представлены небольшим числом видов, в то время процветали рептилии. Позднее резко увеличивается число видов млекопитающих и птиц и исчезает большинство видов рептилий. Таким образом, палеонтологические данные указывают на смену форм животных и растений во времени Эйген М., Винклер Р. Игра жизни. М.: Наука, 1979. С. 200..

9. Что такое «ген», «кодон», «нуклеотиды», «нуклеиновые кислоты»? Что изучает генетика, как она развивалась?

Ген - единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо элементарного признака.

Совокупность всех генов организма составляет его генетическую конституцию - генотип.

Каждый ген ответственен за синтез определенного белка (фермента и др.). Контролируя их образование, гены управляют всеми химическими реакциями организма и определяют таким образом его признаки.

Уникальное свойство гена - сочетание их высокой устойчивости (неизменяемости в ряду поколений) со способностью к наследуемым изменениям - мутациям, которые являются источником генетической изменчивости организмов и основой для действия естественного отбора.

Кодон - единица генетического кода; состоит из 3 последовательных нуклеотидов в молекуле ДНК или РНК.

Последовательность кодона в гене определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи белка, кодируемого этим геном.

Нуклеотиды - фосфорные эфиры нуклеозидов; состоят из азотистого основания, углевода и остатка фосфорной кислоты.

Нуклеиновые кислоты - высокомолекулярные кинетические соединения, образованные остатками нуклеотидов.

в зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновых кислот - дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты.

Генетика - наука, изучающая закономерности и материальные основы наследственности и изменчивости организмов, а также механизмы эволюции живого. Наследственностью называется свойство одного поколения передавать другому признаки строения, физиологические свойства и специфический характер индивидуального развития. Свойства наследственности реализуются в процессе индивидуального развития.Наряду со сходством с родительскими формами в каждом поколении возникают те или иные различия у потомков, как результат проявления изменчивости.

Изменчивостью называется свойство, противоположное наследственности, заключающееся в изменении наследственных задатков - генов и в изменении их проявления под влиянием внешней среды.

В своем развитии генетика прошла ряд этапов.

Первый этап ознаменовался открытием Г. Менделем (1865) дискретности (делимости) наследственных факторов и разработкой гибридологического метода, изучения наследственности, т. е. правил скрещивания организмов и учета признаков у их потомства. Дискретность наследственности состоит в том, что отдельные свойства и при знаки организма развиваются под контролем наследственных факторов (генов), которые при слиянии гамет и образовании зиготы не смешиваются, не растворяются, а при формировании новых гамет наследуются независимо друг от друга.

Второй этап характеризуется переходом к изучению явлений наследственности на клеточном уровне (питоге-нетика). Т. Бовери (1902-1907), У. Сэттон и Э. Вильсон (1902-1907) установили взаимосвязь между менделевскими законами наследования и распределением хромосом в процессе клеточного деления (митоз) и созревания половых клеток (мейоз). Развитие учения о клетке привело к уточнению строения, формы и количества хромосом и помогло установить, что гены, контролирующие те или иные признаки, не что иное, как участки хромосом. Это послужило важной предпосылкой утверждения хромосомной теории наследственности. Решающее значение в ее обосновании имели исследования, проведенные на мушках дрозофилах американским генетиком Т. Г. Морганом и его сотрудниками (1910-1911). Ими установлено, что гены расположены в хромосомах в линейном порядке, образуя группы сцепления. Число групп сцепления генов соответствует числу пар гомологичных хромосом, и гены одной группы сцепления могут перекомбинироваться в процессе мейоза благодаря явлению кроссинго-вера, что лежит в основе одной из форм наследственной комбинативной изменчивости организмов. Морган установил также закономерности наследования признаков, сцепленных с полом.

Третий этап в развитии генетики отражает достижения молекулярной биологии и связан с использованием методов и принципов точных наук - физики, химии, математики, биофизики и др. - в изучении явлений жизни на уровне молекул. Объектами генетических исследований стали грибы, бактерии, вирусы. На этом этапе были изучены взаимоотношения между генами и ферментами и сформулирована теория «один ген - один фермент»: каждый ген контролирует синтез одного фермента; фермент в свою очередь контролирует одну реакцию из целого ряда биохимических превращений, лежащих в основе проявления внешнего или внутреннего признака организма. Эта теория сыграла важную роль в выяснении физической природы гена как элемента наследственной информации.

В последнее десятилетие возникло новое направление в молекулярной генетике - генная инженерия - система приемов, позволяющих биологу конструировать искусственные генетические системы. Генная инженерия основывается на универсальности генетического кода: триплеты нуклеотидов ДНК программируют включение аминокислот в белковые молекулы всех организмов - человека, животных, растений, бактерий, вирусов. Благодаря этому можно синтезировать новый ген или выделить его из одной бактерии и ввести его в генетический аппарат другой бактерии, лишенной такого гена. Таким образом, третий, современный этап развития генетики открыл огромные перспективы направленного вмешательства в явления наследственности и селекции растительных и животных организмов, выявил важную роль генетики в медицине, в частности, в изучении закономерностей наследственных болезней и физических аномалий человека Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. М.: ЮНИТИ, 1998. С. 299-308..

10. Раскройте понятие «биосфера», укажите ее функции и характеризуйте ее оболочки. Как это понятие было переосмыслено В.И. Вернадским?

Биосфера, оболочка Земли, в пределах которой существует жизнь. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (15-20 км), верхнюю часть литосферы и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2-3 км на суше и на 1-2 км ниже дна океана. Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э.Зюсс в 1875, тогда как основы учения о биосфере, которые актуальны и в современной науке, были разработаны В.И.Вернадским.

Биосфера состоит из живого, или биотического, и неживого, или абиотического, компонентов. Биотический компонент - это вся совокупность живых организмов (по Вернадскому - «живое вещество»). Абиотический компонент - сочетание энергии, воды, определенных химических элементов и других неорганических условий, в которых существуют живые организмы.

Жизнь в биосфере зависит от потока энергии и круговорота веществ между биотическим и абиотическим компонентами. Круговороты веществ называются биогеохимическими циклами. Существование этих циклов обеспечивается энергией Солнца. Около 40% энергии излучается обратно в космос; 15% поглощается атмосферой, почвой и водой; остальная энергия - это видимый свет, первичный источник энергии для всей жизни на Земле Блюменфельд Л.А. Информация, термодинамика и конструкция биологических систем // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 6. С.12..

Различают следующие функции живого вещества:

Энергетическая функция, связанная с превращением солнечной энергии в энергию химических связей образованного органического вещества. Процесс фотосинтеза обеспечивает энергией все жизненные процессы на Земле.

Газовая функция. Фотосинтез, дыхание, деятельность азотфиксирующих и денитрифицирующих бактерий создали атмосферу Земли, содержащую 21% кислорода, 0,03% углекислого газа, около 80% азота. Метан, сероводород - эти газы также биогенного происхождения.

Концентрационная функция живого вещества проявляется в захвате и накоплении живыми организмами биогенных химических элементов (элементов первой, второй группы, микроэлементов) - углерода, кислорода, водорода, азота, калия, натрия и др.

Окислительно-восстановительная функция связана с химическими превращениями веществ. Эти реакции лежат в основе метаболизма, в основе реакций пластического и энергетического обменов.

Деструкционная функция заключается в минерализации отмерших организмов и возвращении химических элементов в неживую природу, результатом является образование биогенного и биокосного веществ биосферы.

К проблемам изучения роли живого вещества в эволюции земной оболочки и биосферы Вернадский пришел через занятия геохимией и изучение эволюции земной коры. Он был первым, кто понял, что весь лик Земли, ее ландшафты, химизм океана, структура атмосферы - все это порождение жизни. В результате возникла новая научная дисциплина - биогеохимия. В основе этой картины развития Земли как космического тела должна была лежать некая изначальная гипотеза, фиксирующая факт становления жизни на нашей планете. Вернадский не занимался специально проблемой возникновения жизни, ограничившись констатацией эмпирического факта: жизнь на Земле возникла. Для совокупности всех существующих организмов (включая микроскопические) он ввел термин живое вещество, и, выясняя его полный химический состав, подошел к изучению всех химических и энергетических процессов, которые происходят в той оболочке Земли, в которой существует живое вещество, т.е. в биосфере. Основные результаты раннего этапа изучения биосферы В.И. Вернадский опубликовал в монографии «Биосфера», которая вышла в 1926 г., а также в многочисленных статьях 20-30-х гг.

Список литературы

1. Блюменфельд Л.А. Информация, термодинамика и конструкция биологических систем // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 6.

2. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2004.

3. Дубнищева Т.Я., Пигарев А.Ю. Современное естествознание. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2002.

4. Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. М.: ЮНИТИ, 2003.

5. Потев М.И. Концепции современного естествознания. - СПб.: Питер, 1999.

6. Эйген М., Винклер Р. Игра жизни. М.: Наука, 1979.