Основные вопросы современного естествознания

В сфере химических наук место «первокирпичика» занимают уже более крупные частицы - атомы различных химических элементов. Есть подобная фундаментальная частица и в биологии. Это - живая клетка. Именно она является мельчайшей системой, обладающей всем комплексом свойств живого, в т.ч. и носителем генетической информации - важнейшей основы эволюционного развития живого мира.

Создание клеточной теории, основы которой были заложены немецкими учеными Т. Шванном и М.Я. Шлейденом, стало одним из крупнейших достижений в биологии XIX в. основное положение теории состоит в том, что все растительные и животные организмы состоят из клеток, сходных по своему строению. Многочисленные исследования в области цитологии показали, что все клетки имеют некоторые общие свойства не только в строении, но и в функциях. Так же выяснилось, что клетки весьма многообразны. Они могут существовать как одноклеточные организмы (амебы), а также в составе многоклеточных. У клеток разный срок существования. Размеры клеток колеблются от одной тысячной сантиметра до 10 см, что встречается очень редко. Клетки образуют ткани (нервная, мышечная и т.д.), а несколько типов тканей - органы (сердце, легкие и др.). Группы органов, связанных с решением каких-то задач, называют системами организма.

Клетка имеет сложную структуру. Она обособляется от внешней среды оболочкой, которая, будучи неплотной и рыхлой, обеспечивает взаимодействие клетки с внешним миром, обмен с ним веществом, энергией, информацией. Обмен веществ, обеспечиваемый клетками, - важнейшее свойство всего живого. Его называют метаболизмом клеток. Он в свою очередь служит основой для др. важнейшего свойства клетки - сохранения стабильности, устойчивости условий внутренней среды клетки - это гомеостаз.

Обмен веществ - сложный, многоступенчатый процесс, включающий доставку в клетку исходных продуктов, получение из них энергии и белков, выведение из клетки в окружающую среду выработанных полезных продуктов, энергии и «вредных отходов производства».

В последнее время к миру живого относят также и вирусы, которые не имеют клеточной структуры. Существуют также некоторые организмы с клеточным строением, клетки которых не имеют типичной структуры (отсутствует ядро) - это прокариоты. Они исторически являются предшественниками вполне развитых, имеющих ядро клеток - эукариотов. К прокариотам относятся бактерии, сине-зеленые водоросли. Они имеют в своем составе нити молекул нуклеиновых кислот, которые выполняют управленческую функцию.

Но кто же в клетке обеспечивает управление всем этим сложным многоступенчатым процессом? Исчерпывающий ответ на этот вопрос пока не найден. Но общепризнано, что все нити управления внутриклеточным обменом находятся в особых структурах, как правило, в ядре клетки, в очень длинных цепях молекул нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), исходной структурной единицей которых является ген. Именно гены обеспечивают важнейшие метаболические и наследственные функции клетки, как и всего организма в целом.

Открытие в XXв. Структуры и функционирования генетического аппарата клетки в развитии биологии сыграло очень важную роль. Открытие генов дало возможность людям вмешиваться в свойства живой клетки, управлять механизмами наследственности, практически решать задачи клонирования (копирования) живых организмов.

8. Причины биологической эволюции

Эволюция есть одна из форм изменения развития в природе. Для этой формы развития характерно отличие от революции: медленным постепенным развитием для которых характерны количественные перемены, которые переходят к качественным сдвигам, что происходит в живой и неживой природе. Представления о живом, как о результате биологической эволюции сложилось не сразу. Становление эволюционной парадигмы прошло три этапа.

I этап. Традиционная биология жила не идеями эволюции, а идеями креационизма. Известный биолог К. Линней прославился систематизацией растений.

II этап . Классическая теория биологической эволюции. Главный создатель Ч.Дарвин.

III этап. Синтетическая теория биологической эволюции. Этот современный этап представляет собой синтез, соединение идеи Ч.Дарвина и чешского ботаника Г. Менделя.

В целом представление об эволюции является на сегодняшний день одним из теоретических достижений биологической науки. Суть его: все бесконечные многообразные формы растений и животных не были созданы в один миг. На самом деле они появились в результате универсальной и синтетической биологической эволюции. Некоторые идеи эволюции живого высказывал Аристотель. Мысль о том, что существует «лестница природы» использует французский биолог Ж. Ламарк. Но только после выхода книги Дарвина теория эволюции привлекла всеобщее внимание. Основные положения теории Дарвина сводятся к следующему:

1. всем животным и растениям свойственна изменчивость. Сегодня мы уже видим то, что не видел Дарвин эти изменения бывают двух видов ( изменения не наследуемой не накопившейся на генном уровне и изменения наследуемой накопившейся на генном уровне).

2. число организмов рождающихся на свет значительно больше, чем доживших до зрелого возраста.

3. между растениями и животными идет постоянная конкуренция, борьба за место обитания, за пищу.

4. наследуемые изменения, которые появляются у животных, дают им преимущества в этой борьбе, помогают выжить. Это положение о наиболее приспособленных животных представляет собой ядро теории Дарвина.

Теория оказалась на столько продуманной, что ее принимают сегодня большинство биологов, хотя с некоторыми поправками. Они вытекают из открытий современной генетики. Суть их в том, что эволюция является не только результатом естественного отбора в ходе борьбы за существование, но она является результатом генных мутаций в т.ч. стихийных. Исправленные дополнения теории Дарвина и получили название теории синтетической биологической эволюции. Сущность современной теории эволюции определяется так: это теория синтетической биологической эволюции путем естественного отбора признаков закрепленных генетически. Обнаружившиеся недоработки Дарвина дают некоторым современным ученым повод объявлять, что дарвинизму пришел конец. Особенно часто об этом говорят представители религии, на что ученые биологи отвечают: «Един Бог без греха».

9. Возникновение генетики и генная инженерия

Объектом генетики являются гены, т.е. механизмы наследственности. Чешский ученый Г. Мендель (1822-1884гг.) открыл их, однако его открытие было оценено по достоинству только в XX в., а в России после смерти Сталина.

Основные проблемы генетики:

1. исследование структуры генов из молекулярного уровня (нуклеотидов).

2. исследования функционирования генов (механизм передачи наследственной информации). Она осуществляется не только на химической, но и на физической электромагнитной связи.

3. способы искусственного воздействия на состав и функционирование работы генов и способы формирования новых свойств животных и растений в целях повышения урожайности растений и продуктивности у животных для обеспечения создания новых организмов с заданными свойствами (генная инженерия).

Проблемы мутации генов.

Мутация - это способность генов изменяться на этой способности и основано достижения генной инженерии. Генетики установили, что эти изменения могут быть случайными, но и закономерность в результате воздействия ряда факторов мутагенов. Мутагены - это вещества и организмы способные воздействовать на организмы. Известно что:

1. мутации зависят от состояния организма, его клеток, питания.

2. мутации зависят от внешних факторов (воздействие химических и радиоактивных веществ).

Установив эти факторы селекционеры стали использовать некоторые химические вещества для искусственного обеспечения направленных мутаций. Правда эта деятельность ученых по транцгеннгой мутации породило беспокойство человека по поводу транцгенной продукции.

10. Вирусы, как мутагены

Вирусы - особые живые вещества не имеющие клеточного строения, кроме того они значительно меньше клеток по размеру. По этому они легко проникают в клетку и живут за ее счет. Они могут парализовать генный аппарат, подчинять собственным целям и управлять ею. Именно результатом такого действия является СПИД и другие вирусные болезни включая грипп. Выдающий вклад внесли русские генетики Н.И. Вавилов (1887-1943), И.В. Мичурин (1855-1935),

VI. Биосфера, ноосфера, человек

1. Сущность и структура биосферы.

2. Учение В.И. Вернадского об основных типах биосферного вещества.

3. Специфика живого вещества.

4. Питание живых веществ. Трофические цепи.

5. Экология, ее принципы.

1. Сущность и структура биосферы

Биосфера - это сфера жизни на земле, ее зеленая оболочка. При создании этого ученый В.И. Вернадский опирался на основе химии, физики, биологии. Биосфера сложная категория поэтому для удобства используют следующие понятия в узком и широком смысле биосферы.

В узком смысле биосферы понимается оболочка жизни окружающая планету Земля. Биосфера заполнена живыми организмами на всех своих уровнях, причем все живые организмы существуют за счет энергии солнца.

В широком смысле биосфера понимается совокупностью живых организмов, но уже вместе со средой в которой они обитают с атмосферой.

Биосфера в том виде, котором мы ее достигли, появилась не сразу она есть продукт формирования. Формирование биосферы было обусловлено особыми уникальными планетарными физическими и химическими условиями, которые сложились на земле. Следует отметить местоположение планеты Земля в космосе. Она представляет одну из девяти планет. Масса планет 0,2% от массы Солнца. По удаленности от Солнца Земля занимает третье место. На Земле, в связи с ее положением, сложились условия наиболее благоприятные для жизни. Разнообразность, динамизм условия на Земле усиливается из-за вращения ее вокруг Солнца и вращения ее вокруг своей оси. Под влиянием силы тяготения все химические вещества на Земле расположены концентрически. Ниже всех расположены твердые вещества которые образуют литосферу, более легкие образуют гидросферу, выше располагаются газообразные вещества они образуют атмосферу. Из этих трех сфер гидросфера заполнена живыми организмами целиком. А литосфера и атмосфера лишь от части. Большую роль для возникновения жизни на Земле имел Мировой океан. Жизнь в гидросфере наиболее многообразна. Гидросфера изучена в наименьшей степени. Литосфера нижний предел жизни ограничение четыре км. С этого уровня температура поступающая с глубин земли разогревает литосферу до 100⁰С при которой жизнь не возможна. Одно из центральных мест в концепции В.И. Вернадского занимает учение взаимосвязи мира живого и неживого в биосфере.

2. Учение В.И. Вернадского об основных этапах биосферного вещества

В.И. Вернадский учитывая связи живого и неживого подразделил все виды химических веществ на 5 видов:

1. живое вещество входит в состав всех живых организмов. Оно имеет определенный вес, химический состав (белки, нуклиатиды) можно измерить энергию и по имению В.И. Вернадского живое вещество представляет собой главную силу изменений.

2. биологическое вещество - это мертвый материал, но образован из живых веществ в прошлые геологические эпохи. Конкретным примером являются уголь, торф, различные смолы, янтарь, известняки. Все это есть продукты жизнедеятельности живых организмов.

3. биосферное вещество - косное это не только мертвое, но и образованное без кокого-то нибыло участия живого вещества, твердого тела, жидкости, газа. Косное вещество представлено в виде метеоритов, извержения вулканов, лунного грунта.

4. биокосное вещество - неживое вещество, но образованное в результате взаимодействия живой и неживой природы (черноземные и любые почвы, любая вода).

5. вещества радиоактивного распада (Уран) - эти вещества образуются в результате функционирования атомных электрических станций особенно в результате аварий. Такие вещества образуются в результате взрыва атомных бомб. Радиоактивные вещества существуют в природе в виде рассеянных радиоактивных атомов.

Наиболее своеобразным и радикальным является живое вещество.

3. Специфика живого вещества

Отличия живого вещества от других:

1. Его высокая энергетика. Живое вещество в отличии от косного содержит огромное количество свободной энергии. Богато энергией бывает и косное вещество это проявляется во время извержения вулкана, огромной энергией обладают метеориты.

2. Высокий химизм. Химики считают, что в живом веществе очень высока скорость протекания химических реакций.

3. Разнообразие форм движения живых веществ (размножение, развитие). Все эти свойства живого вещества В.И. Вернадский назвал давлением живого вещества на другое вещество биосферы.

Если мысленно сложить все живые организмы ( 5 млрд. лет) и размазать, то получится 80 км над поверхностью земли.

Изменение биосферы

Атмосфера была насыщена кислородом, который выделяли растения в течение 5 млрд. лет в результате увеличилась доля кислорода с 1% до 21%, а содержание углекислоты уменьшилось. Изменилась гидросфера (осадки стали наиболее частыми). Изменилась литосфера (появление почвы, биокосного вещества, который является повсюду взаимодействием живого и неживого). В результате биосфера стала биокосной системой. Причем она обладает способностью к саморегуляции, кругообороту веществ в природе в основе лежит синтез веществ осуществляемый живыми организмами и распадом живых веществ, т.е. биосфера представляет собой непрерывную «пляску» жизни и смерти. В этом круговороте решающую роль играет питание живых организмов.

4. Питание живых существ. Трофические цепи

Основой существования живых веществ является процесс питания. Именно оно является источником энергии. Причем одни питаются не органическими веществами (растения), другие органическими (животные). Сообщества живых существ представляют биогеоценоз. Растения и животные связаны между собой пищевой цепью. Пример: звенья цепи - кошки, мыши, пчелы и

в нее включается клевер. Чем больше кошек, тем лучше урожай клевера. Сообщество живых веществ связано пищевой цепью от кошек до клевера. Исходным звеном как правило являются растения травоядные хищники. Основой является энергия солнца.

5. Экология, ее принципы

Экология (греч. «эко» - дом, жилище) - это наука о взаимосвязи человека с окружающей его живой и неживой природой, о путях их совершенствования или наука о биосфере и ее превращение в ноосферу. Экология возникла в результате исследования биосферы, ее структуры, биосферных веществ. Развиваясь экология сформулировала основные принципы совершенствования взаимоотношений человека и природы 9сохранение окружающей среды и создание наиболее благоприятных условий для человека). Эти принципы должны быть положены в основу всей практической деятельности по охране биосферы.

1. Все связано со всем. Живая природа связана с неживой, флора с фауной, отдельные животные связаны между собой.

2. Ничего не дается даром за все надо платить. Все, что мы берем у природы ей надо возвращать. Главным компонентом природы является косное вещество, которое входит в почву. Именно эта среда обеспечивает питание всей цепи, поэтому человек должен восстанавливать почву.

3. Все должно куда-то деваться. Лесные экосистемы существуют миллионы лет и не оставляют после себя отходов. Поскольку эти отходы снова используются. Такими же безотходными должны стать и наши технологии.

4. Природа знает лучше.

Размещено на Allbest.ru