36) Синтетическая теория эволюции биологических структур материи

Синтетическая теория эволюции

Трудности, с которыми столкнулась классическая теория эволюции, в частности при объяснении явления наследственности, были преодолены путем синтеза эволюционной теории Ч. Дарвина и генетики Г. Менделя. В результате в 1930-е гг. была создана синтетическая теория эволюции, ставшая не только ядром популяционной генетики, но и позволившая сформировать единую систему всего современного биологического знания. Создание синтетической теории эволюции связывают с именами С. Четверикова, Р. Фишера, С. Райта, Дж. Холдейна, Н. Дубинина.

В отличие от классической эволюционной концепции Ч. Дарвина, рассматривающей в качестве единицы эволюции вид, синтетическая теория эволюции утверждает, что элементарной эволюционной структурой выступает популяция (5.5). Именно популяция обладает теми свойствами самоорганизующейся целостной системы, которые необходимы для наследственных изменений. Устойчивое изменение генотипа популяции рассматривается в качестве элементарного явления эволюционного процесса. «Единицей» наследственности выступает ген – участок молекулы ДНК, отвечающий за развитие определенных признаков организма. Основным механизмом эволюционного процесса является отбор организмов с полезными, выгодными для приспособления к среде мутациями.

Наследственные изменения происходят под действием ряда эволюционных факторов, среди которых основными являются:

• мутационный процесс – мутационные изменения, поставляющие материал для эволюции;

• популяционные волны – колебания численности популяции вокруг некоторого среднего уровня;

• изоляция – обособление популяции для закрепления нового признака;

• естественный отбор – ведущий фактор эволюции – выживание наиболее приспособленных особей и рождение ими здорового потомства.

Неосновными эволюционными факторами считаются частота смены поколений в популяциях, темпы мутационных процессов и их характер и т. п. Все эволюционные факторы действуют как в комплексе, так и по отдельности, вызывая изменение генетического состава популяции.

Мутации – это изменения наследственных свойств организмов внутри популяции, возникающие естественным или искусственным путем и поставляющие основной материал для эволюции. Факторы, вызывающие мутации, называются мутагенами. Мутагенами выступают температурный режим, действие отравляющих веществ, радиации, особенности питания и т. п. Современная молекулярная биология к числу наиболее опасных мутагенов относит вирусы (5.6). Мутации появляются случайно, большинство из них либо нейтральны, либо вредны. Вредные мутации часто вызывают гибель организма, причем, как правило, на достаточно ранних этапах онтогенеза. Вредные мутации, которые не привели к летальному исходу, элиминируются в ходе естественного отбора. Благоприятные мутации крайне редки, но именно они дают организму эволюционное преимущество. Появление полезной мутации позволяет живому организму лучше приспособиться к окружающей среде, более успешно вести борьбу за существование, оставлять жизнеспособное и многочисленное потомство. Поэтому случайные благоприятные изменения постепенно накапливаются в популяции, закрепляются в ряде поколений и способствуют эволюции вида.

Волны численности, которые иногда называют «волнами жизни», определяют колебания численности популяции вокруг некоторой средней величины. Современные исследования показали, что наиболее благоприятны для появления новых свойств и возникновения новых видов популяции среднего размера. В слишком многочисленных популяциях наследственным изменениям труднее появиться. В слишком малочисленных популяциях появление новых признаков зависит от случайных процессов, которые могут резко изменить количество и без того редко встречающихся благоприятных мутаций.

Изоляция – еще один фактор эволюционного процесса, необходимый для того, чтобы популяция не могла скрещиваться с другими группами организмов и обмениваться с ними генетической информацией. Обособление популяции позволяет закрепить дифференциацию ее генофонда. На необходимость обособления для образования новых видов организмов указывал еще Ч. Дарвин в классической эволюционной теории (2.5), однако он не смог дать объяснения этому явлению.

Целесообразность в живой природе является следствием естественного отбора, который выступает движущей силой и ведущим фактором эволюции. Естественный отбор – следствие взаимодействия популяции с окружающей средой. Отбор действует на всех этапах развития живого организма, ему подвергаются все без исключения свойства. В классической эволюционной теории естественный отбор определялся как процесс выживания наиболее приспособленных организмов. Современная эволюционная биология делает акцент на другой стороне этого явления. Естественный отбор теперь понимается как устранение от размножения тех особей, которые менее приспособлены к условиям окружающей среды. В связи с этим английский биолог Дж. Хаксли предложил термин «уничтожение неприспособленных», который, с его точки зрения, точнее характеризует механизм естественного отбора.

Перечисленные выше факторы эволюции действуют как на микро-, так и на макроэволюционном уровне. Различие понятий микро– и макроэволюции – еще одно научное достижение, которое стало возможным благодаря синтетической теории эволюции. Сами термины были введены в научный обиход в 1927 г. русским генетиком Ю.А. Филип-ченко. Микроэволюция – это совокупность эволюционных изменений в рамках популяций за сравнительно небольшой период времени, приводящих к возникновению новых видов живых организмов. Макроэволюция – совокупность эволюционных преобразований на протяжении длительного периода времени, приводящих к возникновению новых надвидовых форм организации живого.

37)

Геологическая история Земли — последовательность событий в развитии Земли как планеты: от образования горных пород, возникновения и разрушения форм рельефа, погружения суши под воду, отступания моря, оледенения, до появления и исчезновение животных и растений и других событий геохронологической шкалы времени. Создавалась главным образом на основе изучения слоев горных пород планеты (Стратиграфия). Земля образовалась около 4.5 Млрд лет назад путем аккреции из протопланетного диска, дискообразной массы газа, пыли, оставшихся от образования Солнца, которая и дала начало Солнечной системе.

Изначально Земля была расплавлена и раскалена из-за сильного вулканизма и частого столкновения с другими телами. Но, в конце концов, из-за накопления воды в атмосфере, внешний слой планеты охлаждается и превращается в Земную кору. Немного позднее, в результате столкновения по касательной с небесным телом размерности Марса и массой около 10 % земной, образовалась Луна. В результате большая часть вещества ударившегося объекта и часть вещества земной мантии были выброшены на околоземную орбиту. Из этих обломков собралась прото-Луна и начала обращаться по орбите с радиусом около 60 000 км. Земля в результате удара получила резкий прирост скорости вращения (один оборот за 5 часов) и заметный наклон оси вращения. Дегазация и вулканическая активность создала первую Атмосферу на Земле. Конденсация водяного пара, а также лёд из сталкивающихся с Землёй комет, образовали океаны.

На протяжении сотен миллионов лет поверхность планеты постоянно изменялась, континенты формировались и распадались. Они мигрировали по поверхности, иногда объединяясь и формируя суперконтинент. Примерно 750 млн лет назад, суперконтинент Родиния, ранний из известных, начал распадаться. Позднее, 600 до 540 миллионов лет назад, континенты сформировали Паннотию и наконец, Пангею, которая распалась 180 млн лет назад.

Современная ледниковая эра началась около 40 млн лет назад, а затем усилилась в конце плиоцена. Полярные регионы с тех пор претерпели повторяющиеся циклы оледенения и таяния, повторяющиеся каждые 40-100 тыс. лет. Последняя ледниковая эпоха текущего ледникового период закончилась около 10 000 лет назад.

1 Докембрий

1.1 Катархейский эон

1.2 Архейский эон

1.2.1 Эоархейская эра

1.2.2 Палеоархейская эра

1.2.3 Мезоархейская эра

1.2.4 Неоархейская эра

1.3 Протерозойский эон

1.3.1 Палеопротерозойская эра

1.3.1.1 Сидерийский период

1.3.1.2 Риасийский период

1.3.1.3 Орозирийский период

1.3.1.4 Статерийский период

1.3.2 Мезопротерозойская эра

1.3.2.1 Калимийский период

1.3.2.2 Эктазийский период

1.3.2.3 Стенийский период

1.3.3 Неопротерозойская эра

1.3.3.1 Тонийский период

1.3.3.2 Криогенийский период

1.3.3.3 Эдиакарийский период

2 Фанерозойский эон

2.1 Палеозойская эра

2.1.1 Кембрийский период

2.1.2 Ордовикский период

2.1.3 Силурийский период

2.1.4 Девонский период

2.1.5 Каменноугольный период

2.1.6 Пермский период

2.2 Мезозойская эра

2.2.1 Триасовый период

2.2.2 Юрский период

2.2.3 Меловой период

2.3 Кайнозойская эра

2.3.1 Палеогеновый период

2.3.1.1 Палеоценовая эпоха

2.3.1.2 Эоценовая эпоха

2.3.1.3 Олигоценовая эпоха

2.3.2 Неогеновый период

2.3.2.1 Миоценовая эпоха

2.3.2.2 Плиоценовая эпоха

2.3.3 Четвертичный период

2.3.3.1 Плейстоценовая эпоха

2.3.3.2 Голоценовая эпоха.

38)

структурные уровни организации материи в рамках геосфер земли.

Геосфе́ры (от греч. гео — Земля, сфера — шар) — географические концентрические оболочки (сплошные или прерывистые), из которых состоит планета Земля[1].

Выделяются следующие геосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера, земная кора, мантия и ядро Земли. Ядро Земли делится на внешнее ядро (жидкое) и центральное — субъядро (твёрдое).

Геосферы условно делятся на базовые или главные (литосфера, атмосфера и гидросфера и другие), а также относительно автономно развивающиеся вторичные геосферы: педосфера, антропосфера (Родоман Б. Б., 1979), социосфера (Ефремов Ю. К., 1961) и ноосфера (Вернадский В. И.). Область обитания организмов, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры, называется биосферой. Криосфера характеризуется отрицательной или нулевой температурой, при которых вода, содержащаяся в парообразном, свободном или химически и физически связанном с другими компонентами виде, может существовать в твёрдой фазе (лёд, снег, иней и другие).

Формирование Земли сопровождалось дифференциацией вещества. Результатом этой дифференциации явилось разделение Земли на геосферы - концентрически расположенные слои, различающиеся химическим составом, Геосферы Земли

агрегатным состоянием и физическими свойствами. В центре образовалось ядро Земли, окруженное мантией. Из наиболее легких компонентов вещества, выделившихся из мантии, возникла расположенная над мантией земная кора – так называемая «твердая» Земля, заключающая в себе почти всю массу планеты. Далее возникли водная и воздушная оболочки нашей планеты. Кроме того, Земля обладает гравитационным, магнитным и электрическими полями.

Таким образом, можно выделить ряд геосфер, из которых состоит Земля:

- ядро;

- мантия;

- литосфера;

- гидросфера;

- атмосфера;

- магнитосфера.

. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ

Структурные уровни материи образованы из определенного множества объектов какого-либо класса и характеризуются особым типом взаимодействия между составляющими их элементами.

Критерием для выделения различных структурных уровней служат следующие признаки:

- пространственно-временные масштабы;

- совокупность важнейших свойств;

- специфические законы движения;

- степень относительной сложности, возникающей в процессе исторического развития материи в данной области мира;

- некоторые другие признаки.

Структурные уровни организации материи

Любое членение мира на составные части условны, как условна любая граница, разделяющая его части. Условны понятия и схемы, которые важны для нас как нечто, лежащее в основании созданной нами условности, которая потом властвует над нашим воображением по принципу созданной нами азбуки. Но именно из неё создается стройная система языка и понятий, утверждающих единство ее структуры, единство Мира, состоящего из ограниченного числа атомов в Периодическом законе.

Привычное деление мира на микро- и макромир также условно, поскольку слишком велики различия между объектами этих иерархических ступеней. Поэтому мы предложим еще одну систему, поскольку она нам кажется лучше. Другие же найдут в ней нечто такое, что заставит их построить свою, которая им покажется более отвечающей потребности исследователя в её детализации для осмысления картины Мира.

Под структурой (от латинского слова structure – строение, порядок, расположение) понимается закономерное пространственное расположение единичного в целом, как совокупность устойчивых связей элементарных частей объекта, обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе, сохранение его основных свойств под влиянием внутренних и внешних сил.

труктурные уровни организации материи могут быть представлены схемой, таблица 2.1.5-1.Микромир

неживой

материи Квантовый мир. Мир частиц. Мир структуры атомов. Мир молекул, элементарных ячеек кристаллических структур и текстур, мир молекул жидкостей, газов, заряженных ионов плазмы.

Микромир живого вещества Мир структуры клетки 1, нуклеотидов и белков. Мир бактерий и вирусов.

Мезомир

неживой материи Мир окружающей действительности человека, с которым связана его повседневная жизнь. Мир минералов, пород, слоев Земли, ландшафтов, биосферы. Искусственно созданный материальный мир.

Мир Земли, как планеты Солнечной системы

Мезомир

живого Мир насекомых, животных и растений, популяций, экосистем окружающих повседневную жизнь человека.

Макромир Мир структуры Солнечной системы: Солнца, планет и составляющих элементов структуры Солнечной системы.

Мегамир Мир структуры нашей галактики и Метагалактики (видимой части вселенной)

Супермир? Мир структуры взаимодействующих вселенных (?). Множество миров.

39)

Экзогенные и эндогенные геологические процессы.

Экзогенные процессы

Экзогенные процессы - геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в самых верхних частях земной коры (выветривание, эрозия, деятельность ледников и др.); обусловлены главным образом энергией солнечной радиации, силой тяжести и жизнедеятельностью организмов.

Эрозия (от лат. erosio — разъедание) — разрушение горных пород и почв поверхностными водными потоками и ветром, включающее в себя отрыв и вынос обломков материала и сопровождающееся их отложением.

Часто, особенно в зарубежной литературе, под эрозией понимают любую разрушительную деятельность геологических сил, таких, как морской прибой, ледники, гравитация; в таком случае эрозия выступает синонимом денудации. Для них, однако, существуют и специальные термины: абразия (волновая эрозия), экзарация (ледниковая эрозия), гравитационные процессы, солифлюкция и т. д. Такой же термин (дефляция) используется параллельно с понятием ветровая эрозия, но последнее гораздо более распространено.

По скорости развития эрозию делят на нормальную и ускоренную. Нормальная имеет место всегда при наличии сколько-либо выраженного стока, протекает медленнее почвообразования и не приводит к заметным изменением уровня и формы земной поверхности. Ускоренная идет быстрее почвообразования, приводит к деградации почв и сопровождается заметным изменением рельефа.

По причинам выделяют естественную и антропогенную эрозию.

Следует отметить, что антропогенная эрозия не всегда является ускоренной, и наоборот.

Работа ледников - рельефообразующая деятельность горных и покровных ледников, состоящая в захвате частиц горных пород движущимся ледником, переносе и отложении их при таянии льда.

Эндогенные процессы

Эндогенные процессы - геологические процессы, связанные с энергией, возникающей в недрах твердой Земли. К эндогенным процессам относятся тектонические процессы, магматизм, метаморфизм, сейсмическая активность.

Тектонические процессы - образование разломов и складок.

Магматизм — термин, объединяющий эффузивные (вулканизм) и интрузивные (плутонизм) процессы в развитии складчатых и платформенных областей. Под магматизмом понимают совокупность всех геологических процессов, движущей силой которых является магма и её производные.

Магматизм является проявлением глубинной активности Земли; он тесно связан с ее развитием, тепловой историей и тектонической эволюцией.

Выделяют магматизм:

- геосинклинальный

- платформенный

- океанический

- магматизм областей активизации

По глубине проявления:

- абиссальный

- гипабиссальный

- поверхностный

По составу магмы:

- ультраосновной

- основной

- кислый

- щелочной

В современную геологическую эпоху магматизм особенно развит в пределах Тихоокеанского геосинклинального пояса, срединно-океанических хребтов, рифовых зон Африки и Средиземноморья и др. С магматизмом связано образование большого количества разнообразных месторождений полезных ископаемых.

Сейсмическая активность - это количественная мера сейсмического режима, определяемая средним числом очагов землетрясений в некотором диапазоне энергетической величины, которые возникают на рассматриваемой территории за определенное время наблюдения.

40).

41)Первой концептуальной системой химии было учение о составе. В рамках этого учения решались две основные проблемы: проблема химического элемента и проблема зависимости свойств вещества от его химического состава. Основной постулат учения о составе состоит в том, что свойства вещества определяются его составом, то есть тем, из каких химических элементов и в каком их соотношении образовано данное вещество. Объектом учения о составе является вещество как совокупность атомов.

Вторая концептуальная система: Структурная химия

2 концептуальная система.Структурная химия, появление которой относят к первой половине XIX-го века, исходит из постулата, что свойства вещества определяются структурой молекул вещества, то есть не только составом, но и порядком соединения атомов между собой и их расположением в пространстве. Основным объектом структурной химии становится молекула как единое целое. С появлением второй концептуальной системы химия превращается из науки аналитической в науку синтетическую.

3 концептуальная система. Учение о химическом процессе, начало формирования которого относят ко второй половине XIX-го века, базируется на постулате, что свойства вещества определяются его составом, структурой и организацией системы, в которой это вещество находится. Зарождение новой концепции химии связано с появлением экспериментальных фактов, указывающие на невозможность объяснения химических реакций только на основе особенностей состава вещества и структуре его молекул. Свойства веществ в общем случае зависят и от концентрации реагентов, от внешних условий и окружающей среды, в которых находится система, и от наличия в системе веществ, стехиометрически не участвующих в химической реакции. Предметом изучения в рамках этой концептуальной системы является вся химическая кинетическая система, для которой само вещество, его состав и структура его молекул рассматриваются как подсистема, как часть системы. Многие эмпирические понятия получают теоретическое обоснование в рамках статистической механики и термодинамики, химической термодинамики, химической кинетики и теории каталитических реакций. Создание учения о химическом процессе позволило решать вопросы управления химическими реакциями и процессами, создать новую химическую технологию.

Четвертая концептуальная система, эволюционная химия, еще только формируется и связана с включением в химическую науку принципа историзма и понятия времени, с построением теории химической эволюции материи. Эволюционная химия изучает процессы самоорганизации вещества: от атомов и простейших молекул до живых организмов. Одним из первых открытий, которые относят к эволюционной химии, является эффект самосовершенствования катализаторов в реакциях, исследованный в работах американских химиков А. Гуотми и Р. Каннингем в 1958—1960 гг. В 1964—1969 гг. советский химик А. П. Руденко, учитывая это открытие, создал теорию саморазвития открытых каталитических систем. В работах немецкого химика М.Эйгена была развита теория гиперциклов, объясняющая объединение самовоспроизводящихся макромолекул в замкнутые автокаталитические химические циклы. Теория гиперциклов является абиогенетической теорией химической эволюции и происхождения жизни. Нобелевский лауреат Жан-Мари Лен, основатель супрамолекулярной химии, ввёл понятие «самоорганизация» и «самосборка» для описания явлений упорядочения в супрамолекулярной химии. Супрамолекулярной самосборкой является процесс спонтанной ассоциации двух и более компонентов, приводящий к образованию супермолекул или полимолекулярных ансамблей, происходящий за счет нековалентных взаимодействий. Это процесс был описан при изучении спонтанного образования неорганических комплексов, протекающего как процесс самосборки. Наиболее известным проявлением самосборки в живой природе является самосборка молекул нуклеиновых кислот, матричный синтез белков.

42)Под самоорганизацией понимают самопроизвольное повышение упорядоченности уровней сложности материальных динамических, т.е. качественно изменяющихся систем.

Субстратный и функциональный подходы к проблеме самоорганизации предбиологических систем. В рамках эволюционной химии выделяется два подхода к проблеме самоорганизации: субстратный и функциональный. Функциональный подход сосредотачивает внимание на исследовании самих процессов самоорганизации материальных систем, на выявлении законов, которым подчиняются эти процессы. Здесь эволюционные процессы часто рассматриваются с позиций кибернетики. Крайней точкой зрения в этом подходе является утверждение о полном безразличии к материалу эволюционирующих систем.

Субстратный подход состоит в исследовании вещественной основы биологических систем, т.е. элементов-органов и определенной структуры входящих в живой организм химических соединений. Результатом субстратного подхода к проблеме биогенеза (т.е. происхождение жизни) является получение информации об отборе химических элементов и структур.

Действительно, налицо определенный отбор химических элементов для создания эволюционирующих систем. В настоящее время известно более 100 химических элементов, однако, основу живых систем составляют только 6 элементов, получивших название органогенов: С, Н, О, N, Р, S, общая весовая доля которых составляет 97,4 %. За ними следуют еще 12 элементов, которые принимают участие в построении многих физиологически важных компонентов биосистем: Na, K, Ca, Mg, Mn, Fe, Si, Al, Cl, Cu, Zn, Co. Их весовая доля в организмах »1,6 %.

Об отборе свидетельствует и общая химическая картина мира. В настоящее время известно около 8 млн. химических соединений. Из них подавляющее большинство (около 96 %) — это органические соединения, основной строительный материал которых все те же 6 + 12 элементов. Интересно, что из остальных химических элементов Природа создала лишь около 300 тыс. неорганических соединений.

Принцип отбора действует и далее. Так из миллионов органических соединений в построении живого участвуют лишь несколько сотен.

Далее: из 100 известных аминокислот в состав белков входят только 20.Важно отметить, что из такого узкого круга отобранных природой органических веществ сформировался весь труднообозримый мир живого.

Каковы же принципы отбора химических соединений - своеобразной “химической подготовки” к образованию сложнейших биологических систем?

Оказалось, что определяющая роль здесь принадлежит катализаторам, т.е. веществам, активирующим молекулы реагентов и повышающим скорость химических реакций. Однако, катализаторы не остаются неизмененными в ходе химических реакций: их активность либо падает, либо возрастает.