Тема 6. Химия и атомарно-молекулярных взаимодействия

Предмет химии и этапы развития химических идей. Химические системы. Представления о целостности объектов в химии. Атом и молекула как целостные объекты. Единство реагентов и продуктов реакции. Краткая история становления этой науки. Международный съезд химиков Карлсруэ 1860 г. Сис­тема химических представлений.

Проблемы учения о составе. Периодическая система элементов. Неорганические и органические соединения. Химическая связь и ее природа. Энергия этой связи. Типы химических связей: ковалентная, ионная и металлическая. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. Проблема химического элемента. Пред­ставления Р. Бойля. Проблема химического соединения.

Концепции структурной химии. Эволюция понятия «структура» в химии. Работы Дж. Дальтона. Химический индивид как совокупность молекул. Й.Я. Берцелиус об упорядоченности в строении молекул. Представления Ш. Жерара о единой химической системе. Теория валентности Ф.А. Кекуле. Четырех единицы сродства. Постоянство валентности. Представления о валентности как отражение способности отдельных атомов к взаимодействию. Теория химического строения А.М. Бутлерова. Энергетическая оценка связей и их энергетическая неэквивалентность. Причины активности одних веществ и пассивности других. Наличие активных центров и активных группировок в структуре молекулы. Биополимеры. Комплиментарность.

Учение о химических процессах. Идеи физической химии. Методы управления химическими процессами. Ра­боты Я.Х. Вант-Гоффа, А.Л. Ле Шателье, К.С. Кирхгофа. Энергетика химических процессов. Сущность катализа. Матричный синтез. Контролируемые воздействие и взаимодействие в химии. Контролируемые условия химических реакций. Зависимость скорости реакций от температуры (Аррениус). Смещение химического равновесия под влиянием температуры, давления (А.Л. Ле Шателье). Воздействие магнитного поля.

Концепции эволюционной химии. Идеи И.Я. Берцелиуса, Ю. Либиха, П.Э.М. Бертло, Н.Н. Семенова. Два основных подхода в изучении яв­лений саморазвития химических соединений - субстратный и функциональный. Теория химической эволюции и биогенеза А.П. Руденко. Идеи и модели эволюционной химии и биохимии. Самопроизвольный синтез новых химических соединений в природе. Биокатализ и ферменты, специфика окислительно-восстановительных процессов в клетке. Самосовершенствование биокатализаторов. Предбиологическая эволюция. Самоорганизация в химических системах (реакция Белоусова).

Тема 7. Феномен жизни

Предмет биологии и ее история. Особенности биологического уровня организации материи. Живые системы против энтропии. Сущность жизни. Возрастание количества информации и способности к ее оценке в биологическом развитии. Целесообразность структурной организации и поведения живых систем. Принципы биологического узнавания, биологическая индивидуальность. Саморегуляция, самообучение, самовоспроизведение, целостные реакции живых систем. Жизнь и потоки вещества, энергии и информации. Уровни организации и изучения жизненных явлений. Представления об элементарных биологических единицах и явлениях. Основных уровня организации живой материи. Важнейшие свойства живых систем (целостность, гомеостаз и способность к адаптации, трансформация энергии, наследственность и изменчивость, иерархичность и разнообразие структурной организации, открытость, неравновесность, самовоспроизведение, эволюция). Основные функции живого (питание, дыхание, движение, размножение, рост и развитие, раздражимость). Характерные размеры, времена жизни, элементы и типы связей между ними. Клеточная теория – основная концепция современной биологии, база развития медицинских наук, фармакологии, селекции, биотехнологии. Изменение представлений о биологии клетки в связи с достижениями современной науки.

Проблемы появления жизни. От атомов к протожизни. Неорганические и органические соединения и их многообразие. Макромолекулы, гиперцикл и зарождение жизни. Концепциии появления жизни. Идеи Аристотеля, Г. Галилея, И.Ф. Гете, Р. Декарта, Ф. Реди, Л. Пастера, Г. Рихтера, Г. Гельмгольца, В.И. Вернадского, Г. Миллера, А.И. Опарина. Химия жизни. Возникновение свойства биологического узнавания на основе свойств биополимеров (структура белков, комплиментарность), самовоспроизведение биологических структур как следствие матричного синтеза: нуклеиновые кислоты, генетический код, биосинтез белка. Белки: ферменты и биологические машины. Информационные молекулы. Биологические мембраны и свойство специфичности.

Теория эволюции жизни. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем. Популяция как основная единица эволюции. Формы отбора – движущий, дизруптивный и стабилизирующий. Идеи и модели эволюционной биологии на молекулярно-генетическом и онтогенетическом уровнях. Нуклеиновые кислоты. Особенности РНК и ее роль в образовании доклеточных структур. Формирование информационных биомолекул, единого генетического кода и матричного механизма биосинтеза белков и ферментов. Роль нарушения хиральной симметрии биомолекул. Археклетка как протоэукариотная система. Возникновение клетки. Эволюция клеточной структуры и биологическая стрела времени. Идеи и модели эволюционной биологии на биоценотическом и биосферном уровнях. Возникновение и эволюция протожизни как начало формирования биосферы. Эволюция форм жизни на Земле от анаэробных к аэробным. Возникновение и эволюция (филогенез) основных таксонов живых организмов (Ч. Дарвин). Понятие о микро- и макроэволюции. Популяция как эволюционное единство и надорганизменный уровень организации живой природы. Биологический и этологический аспекты существования популяций. Формирование биоценоза и биогеоценоза.

Биосфера как продукт взаимодействия живого и косного вещества. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Живое и биокосное вещество, их взаимопроникновение и перерождение в круговоротах вещества и энергии. Функциональная целостность биосферы. Современная экология. Основные понятия и законы экологии. Популяции, сообщества, экосистемы и биосфера как уровни биологической организации. Формы биологических отношений в сообществах. Экологическая ниша, трофические цепи и сети, биопродуктивность. Экологические пирамиды. Экологическое равновесие. Гомеостаз экосистем, его механизмы. Эффекты самоочищения. Биосфера, ее эволюция и космические циклы. Ресурсы и условия среды, необходимые для жизни человека. Взаимозависимость всех биосферных процессов. Значение видового разнообразия для ее сохранения. Ареал. Закон Харди-Вайнберга для популяционного равновесия. Стохастическая модель морфогенеза как отражение выбора определенного набора внешних условий.

Антропогенез и современный человек. Современные представления о возникновении человека. Соотношение природ­ного и социального в антропогенезе. Современный человек: физиология, здоровье, эмоции, творчество, работоспособность. Генетика и воспроизведение человеческой популяции. Концепции здоровья. Генетический груз. Биологически обоснованные потребности и естественные права человека. Основы биоэтики. Общество как живая самоорганизующаяся система. Биополитика. Понятие среды обитания человека и определение ее качества. Биологическая природа человека и социальные проблемы. Человек в биосфере. Экология человека и здоровье. Антропогенное воздействие на природу. Проблемы демографии, развития технологической цивилизации, ресурсов биосферы. Экологический кризис. Критерии кризиса и катастрофы. Доантропогенные и антропогенные кризисы. Корни и пути преодоления современного экологического кризиса. Труды Римского клуба. Сценарии будущего человечества. Современные взгляды на проблему. Идеи о единстве мира, закономерности появления живого вещества и высших форм жизни в развитии Вселенной (антропный принцип). Работы В.И. Вернадского, А.А. Чижевского, П. Тейяра де Шардена, русский космизм. Место человека в эволюции Земли: понятие о ноосфере (В.И. Вернадский, П. Тейяр де Шарден). Ноосфера и путь к единой культуре. Образы, понятия, язык биологии в жизни современного человека. Биология XX века. Необходимость перехода от парадигмы антропоцентризма к парадигме биоцентризма для сохранения жизни на Земле. Идеи А. Швейцера как возможная этическая основа взаимодействия человека с биосферой.