Концепции современного естествознания

Вопросы для самоконтроля по Теме 7

1. Назовите структурные уровни организации материи.

Словарь терминов по Теме 7

Естественнонаучная картина мира - целостная система представлений об общих свойствах и закономерностях действительности, построения на основе анализа и синтеза научных знаний о мире.

Вселенная - весь существующий материальный мир, безграничный во времени и в пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.

Мировоззрение - система взглядов на объективный мир и место в нем человека, на отношение человека к окружающей его действительности и самому себе, а также обусловленные этими взглядами основные жизненные позиции людей, их убеждения, идеалы, принципы познания и деятельности.

Природа - 1. окружающий нас мир во всем бесконечном многообразии своих проявлений; 2. объект изучения естествознания; 3. совокупность естественных условий существования человеческого общества.

Естествознание - комплекс наук, описывающих природные явления и объясняющий их.

Макромир - часть материального мира, в которой живет и действует человек, и возможно познание путем непосредственного восприятия с помощью органов чувств человека.

Микромир - часть материального мира, в которой для человека невозможно познание путем непосредственного наблюдения.

Мегамир - часть материального мира, в которой познание доступно астрономическому (наблюдательному и теоретическому) исследованию.

Кометы движутся по сильно вытянутым орбитам. Наиболее известные комета Галлея (период 76 лет) и Энке (3,3 года).

Астероиды - (греч. - звездоподобные) малые планеты, тела Солнечной системы с диаметром от 1 до 1000 км. Орбиты большинства малых планет находятся между орбитами Марса и Юпитера.

Галактика - (от греч. galaktikos - млечный), звездная спиральная система, к которой принадлежит Солнце.

Черная дыра - космический объект, возникающий в результате сжатия тела гравитационными силами до размеров, при котором никакие сигналы (свет, частицы) не могут выйти наружу и достичь внешнего наблюдателя.

Пульсары - (вращающиеся нейтронные звезды) переменные источники космического электромагнитного излучения, открытые первоначально как источники импульсного радиоизлучения с исключительно регулярно повторяющимися импульсами (PSR - Pulsating Sources of Radioemission пульсирующие источники радиоизлучения). Некоторые пульсары излучают также в видимом и рентгеновском диапазонах.

Сверхновые звезды - звезды, вспышки (взрывы) которых сопровождаются мощным полным энерговыделением. Всего зафиксировано 6 галактических Сверхновых звезд. Последняя Сверхновая звезда вспыхнула в Галактике и наблюдалась в 1604.

Геология - (от греч. «геос»- земной шар) - наука, изучающая строение и эволюцию Земли.

Геофизика изучает физические процессы, происходящие в недрах и на поверхности Земли.

Гляциология - наука о льде и ледниках.

ТЕМА 8. Наука о живой природе

Отличие живого от неживого. Концепции возникновения жизни. Происхождение человека разумного. Эволюция жизни. Взаимодействия между популяциями, коэволюция.

Отличие живого от неживого

1. В состав живого обязательно входят высокоупорядочные макромолекулярные органические соединения, называемые биополимерами (белки и нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК).

2. Живое отличается от неживого клеточным строением.

3. Для живых тел характерно воспроизводство самих себя (самовоспроизводство).

4. Неотъемлемое свойство живого - деятельность, активность. Все живые существа должны действовать, или погибнуть (обмен веществ, способность к росту и развитию, активное регулирование своего состава и функций, способность к движению, раздражимость, приспосабливаемость и т. д.).

Есть переходные формы от неживого к живому. Вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из признаков живого. У них есть наследственный аппарат, но нет необходимых для обмена веществ ферментов. Они могут расти и размножаться только в клетках организма-хозяина.

Концепции возникновения жизни

Существует несколько концепций возникновения жизни:

1. Божественное сотворение жизни (Библия);

2. Самопроизвольное зарождение жизни из неживого вещества (Аристотель);

3. Жизнь существовала всегда и занесена на Землю извне (при изучении метеоритов и комет обнаружены органические соединения - «предшественники живого», которые могли сыграть роль семян);

4. Происхождение жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам:

А) результат случайного образования единичной «живой молекулы», в строении которой был заложен весь план дальнейшего развития живого;

Б) результат длительной закономерной эволюции материи (сначала химической, затем биологической, 1924).

Последний вариант получает все больше и больше подтверждений в различных областях знания, но остается еще гипотезой.

Для возникновения жизни нужны определенные условия (диапазоны температур, влажности, давления, уровни радиации; определенная направленность развития Вселенной, время). Наша планета в Солнечной системе наиболее подходит для зарождения и развития жизни.

Основа жизни на Земле - углерод. Возможно существование жизни на кремневой основе. Углерод способен создавать разнообразные подвижные, студенистые, насыщенные водой длинные скрученные цепеобразные структуры. Соединения углерода с водородом, кислородом, азотом, фосфором, серой, железом обладают каталитическими, строительными, энергетическими и информационными свойствами. Клетки состоят на 70% из кислорода, 17% углерода, 10% водорода и 3% азота. Эти химические элементы наиболее распространены во Вселенной и наиболее устойчивые.

Начало жизни - появление нуклеиновых кислот, способных к воспроизводству белков. Клетки без ядра, но имеющие нити ДНК, напоминающие бактерии и сине-зеленые водоросли имеют возраст порядка 3 млрд. лет.

Приблизительно 2 млрд. лет назад в клетке появилось ядро.

Примерно 1 млрд. лет назад появились первые многоклеточные организмы и произошел выбор растительного (фотосинтез) или живого образа жизни.

Жизнь возможна только при определенных физических и химических условиях (температура, давление, присутствии воды, солей и т.д.). Прекращение жизненных процессов при высушивании семян или замораживании мелких организмов приводит к потере жизнеспособности. Если структура сохраняется неповрежденной, при возвращении к нормальным условиям жизненные процессы восстанавливаются.

Происхождение человека разумного

Примерно 65 млн. лет назад массово и безвозвратно погибли огромные травоядные ящеры и питающиеся ими хищные динозавры. Погибла обильная растительность: древовидные папоротники и хвощи. Начали развиваться млекопитающие и другие виды жизни, дошедшие до наших дней.

Для млекопитающих характерны железы, вырабатывающие молоко для вскармливания детёнышей, волосяной покров, относительно постоянная температура тела (~39єС), легочное дыхание, 4-камерное сердце. Млекопитающих около 4000 видов. Теплокровность, забота о потомстве, высокая организация нервной системы позволили млекопитающим заселить все области Земли от Северного полюса до берегов Антарктиды. Численность многих млекопитающих сокращается: 230 видов и 91 подвид в Красной книге Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП).

К млекопитающим относятся и люди. Человекоподобные обезьяны (гоминиды) отряда приматов имеют три семейства: гиббоны, понгиды (или человекообразные обезьяны) и гоминиды с одним современным видом - человек разумный.

Численность первых двух семейств сокращается. Восемь видов в Красной книге МСОП.

Проблема возникновения человека (антропогенез) одна из сложнейших в антропологии. Предполагается, что 8-5 млн. лет назад африканские обезьяны разделились на 2 ветви: одна привела к человекообразным обезьянам (шимпанзе и др), другая к первым гоминидам, к которым относят человека умелого (Homo habilis). Его ископаемые остатки находят вместе с древнейшими каменными орудиями (~2 млн. лет назад). Около 1,5 млн. лет назад в Африке, Европе и Азии появился человек прямоходящий (Homo erectus). Непосредственно наши предки - человек разумный (Homo sapiens). По поводу времени и места возникновения единого мнения нет. По одной из гипотез формирование человека разумного происходило постепенно в разных частях света. Около 40 тыс. лет назад человек разумный становиться единственным представителем семейства гоминид и к концу палеолита (35 - 10 тыс. лет назад) заселяет практически всю Землю. С концом последнего оледенения палеолит сменился мезолитом. Появились лук и стрелы, одомашнена собака (10 - 5 тыс. лет назад).

Человек (Homo) пережил не одно оледенение, переживет и потепление. На протяжении вашей жизни следует ожидать значительных «уточнений» происхождения и эволюции человека. Геном человека расшифрован всего лишь в 2000. Генетические исследования многочисленных древних ископаемых остатков уже дают результаты, прослеживаются мутации.

Эволюция жизни

Жизнь организмов зависит от двух факторов:

1. наследственности, определяемой генетическим аппаратом;

2. изменчивости, зависящей от условий окружающей среды и реакции на них индивида.

Раз зародившись, жизнь находится в процессе постоянной эволюции. Применительно к живой природе эволюцию понимают как образование более сложных видов из простых.

В 1778 священник Т. Мальтус опубликовал «Трактат о народонаселении», в котором обрисовал, к чему привел бы рост населения, если бы он ничем не сдерживался. Ч. Дарвин перенес его рассуждения на природу и обратил внимание на то, что, несмотря на высокий репродуктивный потенциал, численность популяций остается относительно постоянной.

Заслуга Ч. Дарвин в том, что он объяснил, как может происходить эволюция. На основании наблюдений во время кругосветного плавания, и множества данных, собранных им при изучении практики разведения голубей и домашних животных он сделал два вывода:

1. Многим особям не удается выжить и оставить потомство. В популяции происходит «борьба за выживание».

2. В «борьбе за существование» те особи, признаки которых наилучшим образом приспособлены к условиям жизни, обладают «репродуктивным преимуществом» и производят больше потомков, чем менее приспособленные особи.

Любое, даже незначительное, физическое, физиологическое или поведенческое изменение, дающее одному организму преимущество перед другим, действует в «борьбе за существование» как селективное преимущество.

Благоприятные изменения передаются следующим поколениям, а неблагоприятные изменения - устранятся отбором, так как они не выгодны организму. Естественный отбор ведет и к генетическим изменениям. Даже медленные ничтожные изменения приводят к поразительным результатам, если происходят долго в одном направлении.

В процессе воспроизводства испытываются все новые формы. В большинстве они снова исчезают как непригодные при данных внешних обстоятельствах. Сохраняются немногие, приспособленные.

Эволюцию Ч. Дарвин объясняет конкуренцией внутри популяции. Любые изменения, благоприятные для выживания в данных условиях, повышают способность особей размножаться и оставлять потомство.

Критика теории Ч. Дарвина ведется со дня ее возникновения. Появилось множество вопросов: Как происходит эволюция? Существует ли целесообразность в природе? Какова роль случайности? Что является источником развития: тренировка органов; борьба за существование и выживание наиболее приспособленных (естественный отбор); способность к взаимопомощи; природные катастрофы (кометы, изменение температуры)?

На многие вопросы и возражения до сих пор нет ответа. Поэтому концепция Дарвина требует подтверждения и дальнейшего развития.

Взаимодействия между популяциями, коэволюция

Согласованность видов жизни (популяций) следствие коэволюции. Эволюция рассматривается как взаимодействие организмов, совместная эволюция.

Механизм коэволюции состоит из двух частей:

1. случайные мутации на генетическом уровне;

2. наследование наиболее удачных с точки зрения приспособления к окружающей среде мутаций, так как их носители выживают и оставляют потомство. В большинстве изменения, новые формы, исчезают как непригодные при данных внешних условиях.

Мутация > появление нового признака > борьба за существование > естественный отбор.

Возможны следующие типы взаимодействий между популяциями:

1. Нейтрализм, при котором две популяции не оказывают никакого влияния друг на друга;

2. Взаимное конкурентное подавление, при котором обе популяции активно подавляют друг друга;

3. Конкуренция из-за ресурсов, при которой каждая популяция неблагоприятно действует на другую при борьбе за пищевые ресурсы в условиях их недостатка;

4. При котором одна популяция подавляет другую, но сама не испытывает отрицательного влияния;

5. Паразитизм (система «хозяин-паразит»). Простейшие жгутиковые, живущие в кишечнике термитов, выделяют фермент, без которого термиты не могли бы переваривать древесину. Паразит приобрел способность производить ферменты. Животное делится с паразитом питательными веществами;

6. Хищничество (система «хищник-жертва»), при котором одна популяция неблагоприятно воздействует на другую в результате прямого нападения, но сама зависит от неё (Чтобы волки сыты и овцы целы);

7. При котором одна популяция извлекает пользу из объединения, а для другой это объединение безразлично;

8. При котором обе популяции получают преимущества от объединения, но их связь необязательна;

9. При которой связь популяций благоприятна для роста и выживаемости обеих, и они полностью зависят друг от друга.

В развитии экосистем прослеживается тенденция к уменьшению отрицательных взаимодействий (2-4) и повышению положительных, увеличивающих выживание взаимодействующих видов. В недавно сформировавшихся ассоциациях вероятность возникновения сильных отрицательных взаимодействий больше, чем в старых ассоциациях.

Наличие этих принципов не означает, что со временем хищники и паразиты исчезнут. В экосистеме это не происходит.

Хищники и паразиты регулируют численность популяций, не имеющих механизмов предотвращения перенаселения, следствием чего могло бы быть самоуничтожение. Отрицательные воздействия могут ускорять естественный отбор, увеличивать разнообразие признаков (ускорять эволюцию видов).

В системе «хозяин-паразит» отбор приводит к более устойчивым к паразитам хозяев и менее опасных для хозяина паразитов. Постепенно паразит становится безопасным для хозяина, а затем они могут стать организмами, которые способствуют взаимному процветанию. Есть такие примеры в природе. Но так происходит не всегда. Гибель одного приводит к гибели другого. Существование увеличивает сложность и разнообразность экосистемы и её устойчивость.

Борьба на одном уровне может влиять на другие уровни противостояния. В процессе антибиоза (форма конкуренции) один вид выделяет вещества, вредные для представителей других видов. Пример - вырабатываемый грибом рода Penicillium ингибитор бактерий (пенициллин) применяется в медицине. Антибиотики - вещества, вырабатываемые в процессе антибиоза.

Отрицательные и положительные отношения между популяциями в экосистемах чаще достигают стабильного состояния, уравновешивая друг друга.

Положительные взаимодействия в ходе эволюции проходят в последовательности:

- преимущество от взаимодействия имеет одна популяция;

- пользу получают обе популяции (кооперация);

- пользу получают обе популяции, при этом они полностью зависят друг от друга (мутуализм);

- соединение двух организмов в один.

Кооперация встречается в природе также часто, как и конкуренция. Объединяются даже разные организмы с сильно различающимися потребностями. Конкурируют организмы со сходными потребностями.

Эволюция идет за счет естественного отбора не только на видовом уровне. Групповой отбор и отбор на уровне сообщества ведет к сохранению признаков, благоприятных для группы в целом, даже если они неблагоприятны для конкретных носителей.

Не столь важно, о какой конкуренции идет речь: о внутренней или межвидовой. Решающий фактор, определяющий выживание, - это приспособление к среде индивида, группы, вида, совместно двух и более видов.

Понятие коэволюция было использовано первоначально в биологии, а затем и в других науках. Коэволюция - взаимообусловленная эволюция элементов единой системы, объединяющая системный и эволюционный подходы.

Русский ученый и революционер П.А. Кропоткин считал, что взаимопомощь - более важный фактор эволюции, чем борьба. (Петр Алексеевич Кропоткин (1842-1921) князь, геолог и географ, автор трудов по этике, социологии и истории Французской революции, теоретик анархизма). Полезно самостоятельно ознакомиться с его взглядами.

Вопросы для самоконтроля по Теме 8

1. В чем сущность концепции коэволюции?

2. Какие выводы сделаны в результате изучения систем «хищник-жертва» и «хозяин-паразит»?

3. Как происходила эволюция жизни с точки зрения концепции коэволюции?

Словарь терминов по Теме 8

Эволюция - длительное изменение предшествовавшего состояния какой-либо системы; представления об изменениях в природе и в обществе.

Этология - биологическая наука, изучающая поведение животных в естественных условиях. Уделяет преимущественное внимание анализу генетически обусловленных (наследственных, инстинктивных) компонентов поведения, а также проблемам эволюции поведения.

Экология (греч - дом, жилище, местопребывание) - наука об отношениях организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой. С середины 20 века экология приобрела особое значение как научная основа рационального природопользования и охраны живых организмов.

Млекопитающие - класс позвоночных животных. Для них характерны железы, вырабатывающие молоко для вскармливания детёнышей, волосяной покров, относительно постоянная температура тела (~39єС) легочное дыхание, 4-камерное сердце.

Мутуализм - форма организации организмов, при которой один не может жить без другого.

Коэволюция - взаимообусловленная эволюция элементов единой системы, объединяющая системный и эволюционный подходы.

Красная книга - название списков редких и находящихся под угрозой исчезновения видов растений и животных. Содержит документальные данные о биологии, распространении, причинах сокращения численности и исчезновения отдельных видов. Первые тома «Красной книги фактов» (Red Data Book) вышли в 1966. Созданы национальные Красные книги. В нашей стране - «Красная книга СССР. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды животных и растений», «Красная книга РСФСР: Растения», «Красная книга РСФСР: Животные»

ТЕМА 9 Генетика и воспроизводство жизни

Молекулярная биология. Основы генетики. Генетическая инженерия. Биотехнологии. Генетическое действие излучений. Медицинская генетика. Клонирование.

Знания о строении живого связаны с успехами науки молекулярная биология.

Во второй половине прошлого века выяснены вещественный состав, структура клетки и процессы, происходящие в ней.

Генетика (от греч genesis - происхождение), наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

В зависимости от объекта исследования различают генетику микроорганизмов, растений, животных и человека.

Основы генетики заложили:

Грегор Иоганн Мендель (1822-1884) австрийский естествоиспытатель, монах. Провел эксперименты по гибридизации сортов гороха (1856-1863, переопылял сорта). Применил вариационно-статистические методы для анализа результата (проявилась эвристическая мощь математического метода). Законы дискретной наследственности (правила) Менделя - закономерности распределения в потомстве наследственных факторов, названных позднее генами. Включают: закон единообразия гибридов первого поколения; закон расщепления гибридов второго поколения; закон независимого комбинирования признаков (закон независимого расщепления). Работа Менделя «Опыты над растительными гибридами» доложена в 1865, опубликована в 1866. Открытие Менделя опередило свое время, было не понято и забыто до 1990. Законы Менделя получили полное подтверждение и объяснение на основе хромосомной теории наследственности.

- школа Т.Х. Моргана, обосновавшая хромосомную теорию наследственности (1910) и установившая закономерности расположения и сцепления генов в хромосомах. Томас Хант Морган (1866-1945) американский биолог, Нобелевская премия 1933 г.

- в нашей стране в 20-30 годы выдающийся вклад в генетику внесли работы Н.И.Вавилова, Н.К.Кольцова, С.С. Четвертакова.

Достижения и методы генетики используются для решения проблем медицины, сельского хозяйства, микробиологической промышленности.

Генетическая инженерия (генная инженерия) - методы молекулярной биологии и генетики направленные на конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов. Возникла в начале 70 годов прошлого (20 - го) века. Основана на извлечении из клеток какого-либо организма гена или группы генов, кодирующих нужный продукт, и соединении их со специальными молекулами ДНК, которые способны проникнуть в клетки другого организма (микроорганизма) и размножаться в них. Генная инженерия позволила получить такие биологически активные соединения как инсулин, интерферон.

Биотехнологии используют живые организмы и биологические процессы в промышленном производстве. Освоен микробиологический синтез ферментов, витаминов и антибиотиков. Перспективно получение биологически активных гормональных препаратов, соединений стимулирующих иммунитет.

Генетическое действие излучений (радиационный мутагенез) - возникновение под влиянием ионизирующих излучений и УФ-лучей наследственных изменений (мутация - частичное изменение структуры гена). Под действием излучений возникают качественно те же мутации, что и без облучения. Но значительно чаше. Соотношение разных типов мутаций также меняется. Повышение частоты вредных мутаций - одна из основных опасностей загрязнения биосферы радиоактивными изотопами.

Мутации вызываются радиацией, химическими соединениями, изменением температуры. Происходят и случайно.

Медицинская генетика - наука о наследственности и наследственных заболеваниях. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) содержит наследственную информацию, необходимую для создания организма. ДНК фантастически сложная молекула. Она состоит из двух нитей, скрученных по часовой стрелке в двойную спираль. Хромосомы - носители генов. Ген - часть ДНК. В клетках человека находится 46 хромосом: 22 пары аутосом, одинаковых для обеих полов и две половые хромосомы. Женщины имеют две Х хромосомы (ХХ). Мужчины имеют хромосомы Х и У типов (ХУ). В паре половых хромосом одна наследуется от матери и переносится яйцеклеткой, а другая от отца. Так как у матери имеются только Х-хромосомы, пол ребенка определяется тем, какую хромосому Х или У он получает от отца. Хромосомные аномалии могут привести к заболеваниям. Синдром Дауна вызывается наличием лишней 47-ой хромосомы.

Совокупность внешних и внутренних признаков организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития, называется фенотип. Он определяет группу крови, цвет глаз, форму носа, восприимчивость к болезням, а также и наследственные заболевания. Совокупность генов данного организма, лежащая в основе фенотипа, называется генотип. Место на хромосоме, где расположен ген, ответственный за конкретный признак, называется генный локус, а типы генов, которые могут в нем находиться - аллели. Аллели могут быть доминантные «А» и рецессивные «а».

Если «А» проявляется фенотипом с карими глазами и «а» - фенотипом с голубыми, то только потомки с генотипом «аа» будут иметь голубые глаза. Во всех остальных случаях фенотип определит доминантная аллель «А».

Аа аа Аа Аа АА аа

O O O O O O

V Д V Д V Д

v v v

 O O O O O O O O

V Д V Д V Д V Д

Аа аа АА Аа Аа аа Аа Аа

В паре, где один из партнеров - мужчина или женщина - являются носителями доминантного аномального гена, вероятность появления на свет больного ребенка равна 50%. Заболевание проявляется только в случае наследования этого гена.

Есть болезни, относительно которых мужчины и женщины делятся на здоровых, носителей гена и больных. Носители таких заболеваний могут быть здоровыми людьми обоих полов. Ребенок, родившийся от двух носителей «Аа», в одном случае из четырех может иметь наследственное заболевание.

Выявлены генетически передаваемые болезни, сцепленные с полом. Причем в мужских хромосомах содержится значительно меньше аномальных генов.

Хорошо известный пример наследственного заболевания, сцепленного с Х-хромосомой, - гемофилия среди потомков королевы Виктории (1819-1901, носитель заболевания). В генеалогическом дереве больше здоровых мужчин и женщин. Женщин носительниц - 6, больных мужчин - 10. Включая Фридриха Гессенского и Цесаревича Алексея. Нынешняя Британская королевская семья этим заболеванием не поражена, поскольку происходит от здорового сына королевы Виктории короля Эдуарда 7.

С Х-хромосомой аналогично может передаваться облысение.

Гены У-хромосомы отвечают за половое дифференцирование и развитие по мужскому типу. Передача этих признаков возможна только от отца к сыну, так как У-хромосома передается по мужской линии.

В процессе нормального дублирования ДНК могут возникать ошибки. Большинство из них происходят в областях ДНК, не связанных с функцией генов. Генетические нарушения не всегда ведут к болезням.

Деление клеток - механизм, с помощью которого клетки удваивают свой генетический материал. Современные возможности уникальных медицинских лабораторий позволяют определять генетические отклонения на этапе образования нескольких клеток. Появляется возможность избавиться от генетически передаваемых болезней.

Генетический паспорт стал реальностью. В нем могут быть указаны не только генетические признаки, но и грозящие наследственные заболевания, рекомендации о желательном образе жизни.

Более скромная, но важная задача клонирования - регулирование пола сельскохозяйственных животных.

Образы Амазонок запечатлены в многочисленных произведениях искусства. На памятниках античного искусства Амазонки изображены в виде прекрасных женщин с развитой мускулатурой без следов увечья. Амазонки по греческой мифологии женщины-воины жившие на берегах Меотиды (Азовское море) или в предгорьях Кавказа. Для сохранения рода Амазонки вступали в браки с мужчинами соседних племен, отсылая затем мужей на родину. Девочек готовили для войны (по современным понятиям для своей защиты), а мальчиков они возвращали отцам (вариант: убивали). Сказания о царстве Амазонок сложились в догреческое время. Можно надеется, что матриархат, как форма общественного устройства, человечеству в 21 веке не грозит.

Генетику считают самой перспективной наукой 21 века. Но потенциальные возможности генетики вызывают и опасения. В ряде стран законодательно запрещены эксперименты по клонированию человека. Запрет не распространяется на клонирование животных и клонирование органов и тканей.

Клонирование

Клон - идентичный близнец другого человека, идентичный в генном наборе. До его совершеннолетия необходимо 9 месяцев вынашивания и 18 лет жизни. И эти 18 лет будут другие. «В одну и ту же реку нельзя войти дважды». Клон будет иметь другие отпечатки пальцев.

Польза от клонирования органов и тканей для травматологии и трансплантологии не вызывает сомнение. Не будет реакции отторжения и ее последствий. Клонированные органы станут спасением для людей, попавших в автомобильные аварии или катастрофы.

Клонирование дает возможность бездетным семьям иметь детей (бесплодна, примерно, каждая десятая семейная пара). Можно иметь собственного ребенка как воспроизведение самого себя, но смещенного во времени. Клонирование поможет людям имеющим генетические болезни. Клонируется муж или жена, без генетических заболеваний (без опасных генов).

Клонирование происходит и в естественных условиях, когда рождаются однояйцевые близнецы. По внешности их трудно отличить. Близнецы в 70% случаев имеют одинаковый интеллект, в 50% одинаковые черты характера.

Заманчиво для человечества клонировать, например, лауреатов Нобелевской премии, выдающихся композиторов или просто хороших людей. (Есть уважаемые люди про которых говорят «Побольше бы в мире таких людей, как этот»).

Возражения против клонирования:

1. Создание еще одного человека с тем же самым генетическим кодом нарушило бы человеческое достоинство и уникальность, сократило генетическое разнообразие, делая нас более уязвимыми к эпидемиям.

Естественные близнецы, появляются чаше, чем 1 раз на 100 рождений. Клонирование - дорогая технология. Очень немногие могут себе это позволить. Если даже число людей-клонов достигнет 1 миллион, они практически не изменят разнообразие.

2. А если люди типа Бенладана захотят клонировать себя?

Никакие запреты не помешают этому в какой-нибудь другой стране. Зло исходит не от клонирования, а от негодяя и других факторов.

Технология клонирования пока несовершенна. Потенциальные возможности генетики трудно переоценить. Надо надеется, что ученые и человечество не создаст в 21 веке проблемы, какие созданы наукой в 20 веке - ядерное оружие, способное уничтожить Землю несколько раз.

Чарлз Роберт Дарвин (1809-1882) английский естествоиспытатель, иностранный член-корреспондент Петербургской АН (1867). Основные труды: «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859); «Изменение домашних животных и культурных растений» (2 тома, 1868), «Происхождение человека и половой отбор» (1871). Эразм Дарвин (1731-1802) дед Ч. Дарвина развил в натурфилософской форме представление об эволюции животных под влиянием внешней среды.

Теория эволюции Ч. Дарвина основана на принципах: борьбы популяции за существование; наследственности и изменчивости; естественного отбора.

Изменчивость в современной терминологии:

- адаптация модификации (способность всех особей вида в определенных условиях внешний среды одинаковым образом реагировать на эти условия, например, климат);

- мутация (изменения в организме в различных направлениях, носят наследственный характер, отклонения в первом поколении усиливаются в последующих).

Вопросы для самоконтроля по Теме 9

1. Что изучает генетика?

2. Чем занимается генетическая инженерия?

3. Что такое клонирование?

Словарь терминов по Теме 9

Генетика (от греч genesis - происхождение), наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Ген - отрезок молекулы ДНК, содержащий информацию о структуре одного белка, и ответственный за его синтез. Геном человека содержит несколько десятков тысяч генов.

Генотип - генетический код организма.

Фенотип - совокупность внешних и внутренних признаков организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития (группа крови, цвет глаз, форма носа, . . ).

ТЕМА 10. Причинно - следственные связи. Проблема. Прогнозирование.

Причина, условия и повод. Классификация причинно-следственных связей.

Проблема, псевдопроблема, формулировка проблемы.

Задача прогнозирования, методы прогнозирования, первый этап прогнозирования, последний этап прогнозирования.

Причинно - следственные связи

Причинно-следственная связь, существование причины и следствия - одна из форм всеобщей связи и взаимодействия явлений. Всякое изменение, а тем более развитие (изменение с появлением нового качества) имеет свою причину и следствие.

Под причиной (лат. - causa) понимается явление, действие которого вызывает, определяет, изменяет, производит или влечет за собой другое явление - следствие. Причина > Следствие (П > С).

Производимое причиной следствие зависит от условий. Одна и та же причина при разных условиях может вызывать неодинаковые следствия.

Условия - внутренние связи объекта и внешние факторы среды, в которой действуют причинно-следственные связи. К условиям можно отнести и предшествующие состояния объекта.

Повод - явление, приводящее в действие причинно-следственный комплекс. Повод способствует проявлению причин.

Условия и повод сами по себе не могут породить следствие, но они влияют на переход заключенной в причине потенциальной возможности в действительность.

В ряде случаев наблюдается цепочка: причина вызывает следствие, следствие переходит в причину для последующего следствия и т.д. Ход события происходит по принципу «домино». П1 > С1(П2) > С2(П3) > С3(П4) > и т.д.

Кроме того, одно явление-причина может вызывать не одно, а два и более явлений-следствий. При цепных ядерных реакциях под действием нейтрона происходит деление ядра с вылетом больше одного нейтрона. Если (К-1)=0 (К - коэффициент размножения нейтронов с учетом времени жизни поколения нейтронов) осуществляется самоподдерживающая ядерная цепная реакция в ядерных реакторах. При достаточно больших значениях К-1 реакция перестает быть регулируемой и может привести к ядерному взрыву. .

Причинно-следственные связи, которые мы познаем, отражают с большим или меньшим приближением реальные связи и взаимодействия в системах.

Классификация причинно-следственных связей:

- энергетические, информационные, физические, химические, биологические, социальные (по среде проявления);

- динамические и статические (по характеру связей);

- простые, составные, однофакторные, многофакторные, системные, внесистемные (по числу взаимодействий);

- внешние и внутренние, главные и неглавные, объективные и субъективные, всеобщие и особенные, единичные.

Причины - это связь между тем, что уже есть, и тем, что им порождается, что еще только становиться. Этим причина отличается от других форм связи. Во время возникновения причины и ее формирования нельзя утверждать, что следствие неизбежно. В реальных процессах следствие может воздействовать на свою причину. Причина порождает следствие во времени. Следствие наступает не сразу. Есть время для создания системы с обратной связью и самоорганизующейся системы. И многое зависит от эффективности обратной связи и способности самоорганизации. Человек может управлять определенными природными и социальными процессами, а, следовательно, может предотвратить многие катаклизмы. Следствиями можно управлять, воздействуя на причину.

Причинно-следственные связи присутствуют не только в процессе развития, но и при деградации и распаде, как при естественно наступающих изменениях, так и искусственно, целенаправленно производимых людьми - преобразованиях окружающего мира. Кроме причинно-следственных связей есть связи в соответствии с законами природы и общества. В гуманитарных науках сформировалось представление о закономерности как тенденции, когда сохранение действующих причин при отсутствии новых приводят к законно-подобному поведению социальных систем (руководствуются целесообразностью).

Нет явлений, которые не имели бы своих причин и не порождали свои следствия. Если есть причина неизбежно следствие. При тех же условиях (собственно причина, условия, поводы) то же следствие.

Причина может иметь разные следствие. Связи между причиной и следствием могут иметь не только необходимый, жестко обусловленный характер, но и случайный, вероятностный характер. Анализ таких причинно-следственных связей ведется с использований понятий: случайность, необходимость, возможность и др. В квантовой механике показано, что законы природы могут быть результатом действия объективной неопределенности, когда одна причина может повлечь за собой несколько различных следствий, а одно и то же следствие может быть вызвано разными причинными.

Проблема (от греч. - преграда, трудность, задача) - объективно возникающий вопрос или комплекс вопросов, решение которых представляет существенный практический или теоретический интерес. Проблема - затруднение, преодоление которого возможно только с помощью дополнительного исследования, или в условиях недостатка средств достижения цели. Развитие человечества представляется как решение одних проблем, постановка новых проблем, их решение, затем постановка новейших.

Псевдопроблемы - вопросы, имеющие лишь кажущуюся значимость.

Формулировка проблемы не менее важна, чем ее решение. Для правильной постановки проблемы необходимо:

- наличие некоторого предварительного знания;

- формально правильная ее постановка;

- корректность постановки проблемы: ее предпосылки не должны быть ложными, достаточная ограниченность (не глобальность);

- сформулированы условия решения (ограничения);

- определены признаки приемлемого решения и способы его проверки.

Не все проблемы решаются в полном объеме. Есть проблемы, которые остаются нерешенные в течение длительного времени после их постановки. Некоторые проблемы вообще исчезают, например, проблема повышения эффективности паровых машин.

Своеобразная форма решения проблемы - доказательство ее неразрешимости. Невозможность вечного двигателя связано с формулировкой закона сохранения энергии.

Проблема может приобретать форму парадокса (от греч. - неожиданный, странный). Наглядная шуточная модификация парадокса: «Стакан наполовину пуст или наполовину полный?». От того, как скажем, его содержимое не изменится.

Безвыходных ситуаций нет. Есть проблемы, решение которых мы еще не знаем.

Прогнозирование (от греч. - предвидение, предсказание) - разработка прогноза - вероятностное суждение о состоянии какого-либо явления в будущем (прогноз погоды, исхода выборов). В узком значении - специальное исследование перспектив развития какого-либо явления, преимущественно с количественными оценками и с указанием более или менее определенных сроков изменения этого явления.

Прогнозирование как форма предвидения связано с планированием, программированием, проектированием и управлением. В прогнозировании используется экстраполяция, моделирование, опрос экспертов. В разработке прогнозов применяются методы аналогии, индукции и дедукции, статистические и другие методы. Процесс прогнозирование начинается с четкого определения объекта или предмета, формулировки проблемы, цели, задачи, времени упреждения. Затем собираются данные, влияющие на развитие объекта: показатели и параметры, наблюдаемые тенденции. Заканчивается прогнозирование оценкой достоверности и выработкой рекомендаций для оптимизации решений по проблеме.

Появилось прогнозирование в естественных науках, в агрогидро-метеорологии. Развитие в общественных науках, особенно в экономических, привело к появлению в середине прошлого века дисциплины - прогностики (науки о законах и способах разработки прогнозов).

Предсказание может приводить к самоосуществлению или саморазрушению прогноза путем воздействия на объект. Предсказание успеха может вызвать мобилизацию сил, воодушевление. Предсказание катастрофы способно вызвать панику и действительно обострить ситуацию, а мажет вызвать своевременное вмешательство и ликвидацию угрозы.

Там, где объекты неуправляемы, цель предсказания - приспособиться к ожидаемому состоянию объекта. (Затмение Солнца).

Томас Мальтус (T. R. Malthus 1766-1834, английский экономист и священник, основная работа 1798 - «Опыт о законе народонаселения . . .»). «Население имеет тенденцию расти в геометрической прогрессии, а средства существования могут увеличиваться лишь в арифметической прогрессии.» Для земледелия «Закон убывания плодородия почвы». Несмотря на «естественное» регулирование численности населения посредством голода, эпидемий и войн, по Мальтусу, наступает «абсолютное перенаселение», с которым необходимо бороться путем регламентации браков и регулирования рождаемости.

В 20 веке объем производимого продовольствия увеличивался намного быстрее, чем росло население. В развитии взглядов Мальтуса препятствием к росту народонаселения видят не в традиционных средствах (войны, голод, эпидемии), а в разрушении окружающей среды. «Природа, используя обратную связь, сводит счеты с человечеством за чрезмерное его размножение».

До определенного момента увеличение объема и разновидностей получаемых от природы ресурсов практически не были ограничены. Человек мог брать у природы столько, сколько позволяли его собственные производственные силы. К середине 20 века масштабы потребления традиционных источников энергии, сырья и материалов становятся сравнимы с их запасами на земле.

Аналогичная картина сложилась с естественной базой для производства продовольствия в связи с быстрым ростом населения планеты. Человечество ощутимо вторгается в естественные механизмы саморегулирования природы, резко видоизменяются условия существования живой материи.

Стала очевидной необходимость изменения характера деятельности общества. Развитие под воздействием своей собственной логики стало опасно. Начинает складываться новый тип отношений общества к природе - отношение глобального управления. Оно охватывает как процессы в природе, так и деятельность общества в целом и предполагает учет характера и границы допустимого воздействия на природу и необходимость ее сохранения и воспроизводства.

Природа долгое время выступала как неизмеримо превосходящая человека сила, как идеал гармонии, нерукотворного совершенства. В опытном естествознании природа понималась как косная и инертная сила, требующая покорения и установления над ней господства. Такое отношение продолжалось до тех пор, пока господство над природой не превратилось в реальность. Деятельность общества становится сравнима по масштабам с процессами в природе. Природа стала зависимой от деятельности человечества. Ответственное отношение к природе предполагает соизмерение нужд общества и возможностей природы, учет того, что сам человек и человечество есть часть природы.

Происходит переориентация от идеи абсолютного господства над природой к идее отношений общества и природы как отношений партнеров, соизмеримых по своему потенциалу. Первым теоретическим выражением такой позиции явилось созданная В.И.Вернадским концепция ноосферы.

Во второй половине 20 века этот подход начинает выступать в качестве основы регулирования деятельности, в том числе мероприятий по охране природы и защите окружающей среды.

Владимир Иванович Вернадский 1863-1945, естествоиспытатель, мыслитель, академик. Основоположник комплекса современных наук о Земле. Разработал целостное учение о биосфере и эволюции биосферы в ноосферу, в которой человеческий разум и деятельность становятся определяющим фактором развития.

Вопросы для самоконтроля по Теме 10

1. Дайте определения причине, условию и поводу.

2. Приведите классификацию причинно-следственных связей.

3. Можно ли управлять следствиями, а если можно, то как?

4. Может ли причина иметь разные следствия, а если может, то в каких случаях?

5. Что означает «сформулировать проблему»?

6. Задача прогнозирования.

7. Чем заканчивается прогнозирование?

Словарь терминов по Теме 10

Причина - явление, действие которого вызывает, определяет, изменяет, производит или влечет за собой другое явление - следствие.

Условия - внутренние связи объекта и внешние факторы среды, в которой действуют причинно-следственные связи. К условиям можно отнести и предшествующие состояния объекта.

Повод - явление, приводящее в действие причинно-следственный комплекс.

Целесообразность - приписывание процессам и явлениям внутренних причин - цели. (Цель - одна из характеристик человеческой деятельности и живых существ.) Цель мысленно предопределяет результат деятельности. В качестве непосредственного мотива цель направляет и регулирует действия человека.

Проблема (от греч. - преграда, трудность, задача) - объективно возникающий вопрос или комплекс вопросов, решение которых представляет существенный практический или теоретический интерес.

Псевдопроблемы - вопросы, имеющие лишь кажущуюся значимость.

Прогнозирование (от греч. - предвидение, предсказание) - исследование перспектив развития какого-либо явления, преимущественно с количественными оценками и с указанием более или менее определенных сроков изменения этого явления.

ТЕМА 11. Экологизация естествознания

Экология, законы экологии. Стадии существования экосистемы. Ответственности за состояние биосферы Земли и будущее человечества. Здоровье человека, работоспособность. Проблемы, стоящие перед человечеством.

Экология (от греч. фikos - дом, жилище, местопребывание и logos - знание, учение) - наука об отношениях организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой. Термин «экология» предложил в 1866 г. Эрнест Геккель (Haeckel, 1834-1919 годы, немецкий биолог-эволюционист). С середины прошлого века (20 века) в связи с усилением воздействия человека на природу экология приобрела особое значение как основа рационального природопользования и охраны живых организмов, термин приобрел широкий смысл. Происходит экологизация науки. Экологические проблемы вызвали появление общественно-политических движений, например, «Зеленые».

Экологические проблемы приобрели глобальный характер. К концу 20 века масса всех искусственно созданных человеком предметов и живых организмов (техномасса) превысила естественную биомассу. Человеческая деятельность способна изменить динамическое равновесие в Природе и поставить проблему выживания. Человечеству грозит судьба динозавров, с разницей в том, что точно неизвестна причина их гибели.

Основные понятия экологии: популяция, сообщество, местообитание, экологическая ниша, экосистема.

Системное понимание окружающей среды, выработав новые теоретические подходы и методологические ориентации у представителей различных наук, сформировало новое экологическое мышление. Анализируется природная среда как сложная система, различные компоненты которой находятся в динамическом равновесии. Биосфера Земли рассматривается как экологическая ниша человечества, связывается окружающая среда и деятельность человека в единой системе «природа-общество». Раскрывается воздействие человека на равновесие природных экосистем, ставится вопрос об управлении и рациональном взаимоотношении человека и природы.

В экологической экономике учитываются расходы не только на освоение природы, но и на охрану и восстановление экосферы, учитываются не только прибыльность и производительность, но и экологическое обоснование технических нововведений, экологический контроль над планированием природопользования.

В наше время переплетаются политические, социальные и экологические проблемы. Можно говорить об экологическом соперничестве между странами и даже о войнах (холодных и горячих), обусловленных экологическими причинами. Одна цивилизация может использовать другую для корыстных с экологической точки зрения целей: ресурсы, территории для захоронения радиоактивных и прочих отходов.

Задача экологии, как любой другой науки, - поиск законов в данной области. Исторически первым для экологии был открыт закон, устанавливающий зависимость живых систем от факторов, ограничивающих их развитие (лимитирующих факторов).

В 1840 г. Юстус Либих (немецкий химик, один из создателей агрохимии, иностранный член-корреспондент Петербургской АН 1830) установил, что урожай зерна часто лимитируется не теми питательными веществами, которые требуются в больших количествах, а теми, которых нужно немного, но которых мало в почве. «Веществом, находящемся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». В последствии к питательным веществам добавили температуру. Лимитирующие жизненно важные элемента - микроэлементы: железо, медь, цинк, бор, (действуют как катализаторы). Макроэлементы (фосфор, калий,) требуются организму в сравнительно больших количествах.

В самой экологии закон минимума обобщен и сформулирован как закон толерантности: отсутствие или невозможность развитие экосистемы определяется не только недостатком, но и избытком факторов.

Толерантность (от лат. tolerantia - терпение). 1) Способность организма переносит неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.

2) Терпимость к чужим мнениям, верованиям, поведению.

Слишком много хорошего тоже плохо. Сформулировано ряд положений, дополняющих этот закон:

- организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий в отношении другого;

- организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно наиболее широко распространены;

- период размножения обычно критический, в этот период многие факторы среды часто оказываются лимитирующими.

Наиболее важные факторы на суше: свет, температура и вода (осадки); на море: свет, температура и соленость. Все факторы среды зависят друг от друга и действуют согласовано.

Загрязнение природной среды в современных условиях происходит в результате внесения в среду веществ, которых в ней либо не было, либо существующих в биосфере, но вносимых в чрезмерно больших количествах.

Загрязнение увеличивается как в результате роста населения и его потребностей, так и в результате использования новых технологий, обслуживающих эти потребности.

Закон конкурентного исключения: Два вида, занимающие одну экологическую нишу, не могут сосуществовать в одном месте неограниченно долго. Важное для победы - скорость роста популяции. Неспособность вида к конкуренции ведет к его оттеснению и необходимости приспособления к более трудным условиям и факторам.

Достижением экологии стало открытие, что развиваются не только организмы и виды, но и экосистемы. Развитие экосистем аналогично развитию отдельного организма и сходно с развитием биосферы в целом. Стадии существования системы: стадия роста, стадия стабилизации и стадия деградации системы.

Развитие экосистем идет в направлении повышения устойчивости, достигаемой за счет увеличения разнообразия. Ранее считали, что эволюция ведет к замене одних менее сложных видов другими. Менее сложные виды, дав дорогу более сложным, становятся не нужны. Экология разрушала этот миф и показала опасность уменьшения разнообразия.