Вопрос 59. Эволюция и самоорганизация химических и биохимических систем.

Самоорганизация химических и биохимических систем. Понятие "самооргани­зация" означает упорядоченность су­ществования материальных динамических, т. е. качественно из­меняющихся систем.

Существуют два подхода к проблеме самоорганизации предбиологических сис­тем, это так называемые субстратный и функциональный подходы. К первому из них от­носят теорию происхождения жизни со строго определенным составом элементов-органогенов и не менее определенной структурой входящих в живой организм химических соединений. Рациональный результат субстратного под­хода к проблеме биогенеза — накопленная информация об отборе химических элементов и структур.

В настоящее время известно более ста химических элемен­тов. Большинство из них попадает в те или иные живые организмы и так или иначе участвует в их жизнедеятельности. Однако основу живых систем составляют только шесть элементов, давно получивших наименование органогенов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера, — общая весовая доля которых в организмах со­ставляет 97,4%. За ними следуют 12 элементов, входящих в состав многих фи­зиологически важных компонентов биосистем. К ним относятся натрий, калий, кальций, магний, железо, кремний, алюминий, хлор, медь, цинк, кобальт. Их ве­совая доля в организмах примерно 1,6%. Можно назвать еще 20 элементов, уча­ствующих в построении и функционировании отдельных узкоспецифических биосистем (например, водорос­лей, состав которых определяется в известной мере питательной средой). Их доля в организмах составляет около 1%. Участие всех остальных элементов в построении биосистем практически не зафиксиро­вано.

С химической точки зрения такие требования сводятся к отбору элементов, способных к образованию, во-первых, доста­точно прочных и, следовательно, энергоемких химических свя­зей и, во-вторых, связей лабильных, т. е. легко подвергающихся гомолизу, гетеролизу или циклическому перераспределению. Вот почему углерод отобран из многих других элементов как ор­ганоген 1. Этот элемент действительно отвечает всем тре­бованиям лабильности. Он, как ника­кой другой элемент, спосо­бен вмещать и удерживать внутри себя самые редкие химиче­ские противоположности, реализовать их единство, выступать в каче­стве носителя внутреннего противоречия.

Отличительная черта второго — функционального — подхода к проблеме пред­биологической эволюции состоит в сосредото­чении внимания на исследовании процессов самоорганизации материальных систем, на выявлении законов, кото­рым подчи­няются такие процессы. Среди естествоиспытателей такого под­хода придерживаются преимущественно физики и математики, рассматривающие эволюционные процессы с позиций киберне­тики. Крайняя точка зрения — ут­верждение о полном безразли­чии к материалу эволюционных систем: живые системы, вплоть до интеллекта, могут быть смоделированы даже из металличе­ских систем.

Эволюция химических систем. Еще совсем недавно, в 1950-х годах, рождалась идея о потере энергетической активности свежеприготовленных ката­лизаторов в ходе реакции и о достижении ими стационарного состояния. Суть ее заключа­ется в том, что под влиянием среды реагентов свежие катализаторы изменяют свой состав и структу­ру, достигая стационарного состава и соответствующей ему удельной каталитической активности. Считается и ныне, что подавляющее большинство промышленных каталитических про­цессов осуществляется в ста­ционарных условиях.

Начиная с 1970-х годов химики все больше стали обращать внимание на то, что те же самые причины воздействия среды реагентов на катализаторы, оказыва­ются ответственны за наличие нестационарных режимов работы каталитиче­ских сис­тем. Было установлено, что в одних случаях стационарное со­стояние катализаторов не реализуется. В других случаях было зафиксировано в ходе ре­акций несколько нестационарных режимов со скачкообразными переходами меж­ду ними. Открыто и изучено множество автоколебательных про­цессов, сви­детельствующих об особом типе нестационарности.

Ис­следователи приходят к выводам, что стационарный режим, на­дежная стаби­лизация которого казалась на первый взгляд зало­гом высокой эффективности промышленного процесса, — лишь частный случай нестационарного режима!

Для описания таких процессов необходимы новые методы ма­тематического мо­делирования и оптимизации, теории управления нестационарными процессами. Нужны, кроме того, принципи­ально новые конструкции реакторов их осущест­вления.

Хотя изучение нестационарной кинетики начато недавно, но уже сейчас можно видеть, как важен ее объект. Ведущее положе­ние в ее развитии занимает теория само­развития открытых каталитических систем, способствующая су­ществен­ному улучшению свойств катализаторов. Первой при­кладной областью, где теория саморазвития открытых каталитиче­ских систем может быть широко и эффективно использована, яв­ляется нестационарная технология. Уже получены практические результаты при исследовании в лабораторных условиях процес­сов, в основу которых положено энергетическое сопряжение реакции с термо­динамическим ограничением. В данном случае одна реак­ция помогает другой: в системе развиваются процессы, направ­ленные против равновесия, сама же сис­тема приобретает динами­ческую устойчивость, или «устойчивое неравновесие».

«нестационарная тех­нология», важным звеном которой должна стать теория самораз­вития открытых каталитических систем, то в ближайшей пер­спективе можно видеть богатейшие возможности развития поис­тине новой химии.

Новая химия, построенная на базе экстремальных и нестационарной техно­логий, становится способной решить такие задачи, для реализации которых до сих пор еще не было предпосылок. В частности, в области тяжелого органиче­ского синтеза это задачи:

• значительного ускорения химических превращений в мяг­ких условиях за счет главным образом объединения в ка­тализаторах будущего достоинств гете­рогенного, гомо­генного и других видов катализа;

• достижения близкой к 100% селективности процессов;

• осуществления новых важных энергетически затрудненных процессов в ре­зультате сопряжения эндо- и экзотермиче­ских реакций;

• существенной экономии углеводородного сырья и перехо­да от нефти к углю как более распространенному сырье­вому источнику.

Но современная химия имеет реальные предпосылки и для решения таких важных задач, как:

• моделирование и интенсификация фотосинтеза;

• фотолиз воды с получением водорода как самого высоко­эффективного то­плива;

• промышленный синтез широкого спектра органических продуктов, и в пе­ровую очередь метанола, этанола, фор­мальдегида и муравьиной кислоты, на ос­нове углекислого газа;

• промышленный синтез многочисленных фторматериалов.

Такого рода задачи еще до недавнего времени казались не вполне решае­мыми. Сегодня для их решения созрели все необ­ходимые объективные предпо­сылки.

Биохимическая эволюция. Может ли жизнь на Земле быть случайным для Вселенной событием, результатом совпадения маловероятных комби­наций? В наши дни два обстоятельства застав­ляют считать подобные до­пущения несо­вместимыми с новым научным мировоззрением. Во-первых, вы­сочайшая сте­пень упорядоченности и саморегулирования жизни не могли возникнуть из-за случайных стечении обстоятельств.

Во-вторых, что развитие природы носит направленный характер.

Еще в 20-х годах В.И. Вернадский утверждал, что переход на Земле от «нежи­вого» вещества к простейшей жизни произошел на ранней стадии ее развития и занял узкий временной интервал (не более двух сотен миллионов лет). Появле­ние жизни тесно связано с моментом возникновения земных океанов. Возраст Земли предполагается равным 4,6 млрд. лет, а первые осадочные породы, сви­детельствующие о появлении крупных водоемов, заполненных жидкой водой, датируются возрастом около 3,8 млрд. лет. Известны палеонтологические дан­ные, позволяю­щие утверждать, что температура воды в первичных океанах бы­ла не слишком холодной, но и не превышала 58° С.

Одним из предполагаемых условий на ранней Земле, способ­ствовавших воз­никновению на ней жизни, было существование первичной атмосферы, обла­давшей восстановительными свойст­вами. Зародившаяся жизнь долгое время развивалась в такой атмосфере в которой практически отсутст­вовал кислород, постепенно насыщая ее кислородом в результате процессов фотосинтеза. Кри­терием перехода атмосферы от вос­становительной к окислительной считается достижение в ней концентрации свободного кислорода на уровне 0,01 от совре­менного значения (22%). Это точка Пастера,когда микро­организмы получают возможность перейти от процессов броже­ния к процессам дыхания. По совре­менным данным, атмосфера Земли перешла этот рубеж примерно 2,55±0,2 млрд. лет назад.

Рассматривая проблему возникновения жизни естественным путем, ученые выделяют три основных этапа предположитель­ного перехода от "неживого" к "живому":

• этап синтеза исходных органических соединений из неор­ганических ве­ществ в условиях первичной атмосферы и состояния поверхности ранней Земли;

• этап формирования в первичных водоемах Земли из нако­пившихся органи­ческих соединений биополимеров, ли­поидов, углеводородов;

• самоорганизация сложных органических соединений, воз­никновение на их основе и эволюционное совершенство­вание процессов обмена веществом и вос­производства ор­ганических структур данного состава, завершающееся об­разо­ванием простейшей клетки.

Не все ясно с первыми двумя этапами, а в отношении третьего этапа при­знаки прояснения наметились лишь в самые последние годы.

Вопрос №60.

Развитие традиционной биологии.

В современном преставлении биология – совокупность наук о живой природе – об огромном многообразии вымерших и ныне на­селяющих Землю живых существ, их строении и функциях, проис­хождении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Биология устанавливает общие и частные закономерности, прису­щие жизни во всех ее проявлениях.

На начальном этапе развития биология носила описательный характер и позднее она была названа традиционной биологией. Объ­ект изучения ее – живая природа в ее естественном состоянии и це­лостности.

Карл Линней внес значительный вклад в традиционную био­логию, соз­дав систему растительного и животного мира и построил наиболее удачную классификацию растений и животных, подробно описав около 1500 растений. Классификация производилась по оп­ределенным признакам, отражающим зако­номерности в живой при­роде.

Материал традиционной биологии накапливается в резуль­тате непо­средственного наблюдения объекта изучения – живой при­роды, воспринимае­мой как единое целое во всем многообразии ее форм и проявлений.

Вопрос №61.

Концепции эволюционной биологии.

Эволюционная биология построена на концепции развития в биологии. Эв., биология начиналась с теории Ч. Дарвина. Эволюция, по Дарвину, осуще­ствляется в результате, взаимодействия 3 основ­ных факторов: изменчивости, наследственности и естественного от­бора. Изменчивость служит основой обра­зования новых признаков и особенностей в строении и функциях организмов. Наследственность закрепляет эти признаки. Под действием естественного от­бора уст­раняются организмы, не приспособленные к условиям существова­ния. Благодаря наследственной изменчивости и непрерывному дей­ствию естествен­ного отбора организмы в процессе эволюции накап­ливают все новые приспосо­бительные функции, что в конечном счете ведет к образованию новых видов.

Вопрос №62.

Физико‑химические методы современной биологии.

На протяжении всей истории развития биологии физические и химиче­ские методы были важнейшим инструментом исследования биологических яв­лений и процессов живой природы. Фи­зико‑химическая биология содействует сближению биологии с точ­ными науками – физикой и химией, а также станов­лению естество­знания как единой науки о природе.

В то же время изучение структуры, функций и репродукции фундамен­тальных структур живой материи не лишает биологию ее индивидуальности и особого положения в естествознании, так как молекулярные структуры наде­лены биологическими функциями и обладают вполне определенной спецификой.

Экспериментальная биология постигает сущность процессов жизнедея­тельности преимущественно с применением точных физи­ческих и химических методов. Современная экспериментальная биология вооружилась новейшими методами, позволяющими про­никнуть в субмикроскопический, молекулярный и надмолекулярный мир живой природы.

Метод изотопных индикаторов(ранее метод меченных атомов) за­ключается в том, что с помощью радиоактивных атомов, введенных в организм, прослеживается передвижение и превраще­ние веществ в организме.

Рентгеноструктурный анализ оказался весьма эффектив­ным в ис­следовании структур макромолекул, позволил установить двух цепочечное строение ДНК, обусловило появление молекуляр­ной биологии.

Электронно‑микроскопические исследования позволили установить многослойное строение оболочки нервных волокон, со­стоящих из чередую­щихся белковых и липидных слоев, помогли расшифровать молекулярную ор­ганизацию клетки и механизм функционирования мембран.

Существуют также методы фракционирования, основанные на физи­ческих или химических явлениях, методы прижизненного анализа, которые включают в себя следующие методы радиоспекто­скопия, скоростной рентгено­структурный анализ, ультразвуковое зондирование и многие другие. Все эти методы также используются современной медициной.

К важнейшим достижениям физико‑химической биологии относится расшифровка некоторых видов саморегуляции, н., пере­дачи наследственной информации, регуляции биосинтетических процессов белка, регуляция роста и т.п.

[70] Проблемы происхождения человека. Эволюция мозга.

Преимущество человека(ч-ка) перед другими высшими животными должно быть закреплено в материальном носителе разума – в мозге. Сравнительно недавно спецы не могли обнаружить принцип-х различий в строении мозга ч-ка и шимпанзе. Выделить такие различия удалось только на новом уровне понимания строения и функц-ия мозга, достигнутого в последние 30-40 лет. Выяснено, что простейшей структурной 1-цей мозга служит не нервная клетка (нейрон), как считалось раньше, а структурный ансамбль(анс-ь) таких клеток со сложными, но фиксированными разветвлениями взаимосвязей. 1 анс-ь обычно упр-т (или анализирует) одним процессом или 1 ф-ей орг-ма.

Эволюция мозга, его усложнение идет не только и не столько за счет колич-го роста нервных клеток, хотя такой рост имеет место, сколько за счет растущей орг-сти, упорядоченности как отдельных структурных анс-й, так и центров, объед-щих отдельные ф-ции в сложные поведенческие р-ции. Новообразования мозга никогда не созд-т изолированных анс-й. Структурные 1-цы разв-ся в форме вертик. колонок, включающих как клетки древних отделов мозга, расположенных в нижних пластах, так и клетки более молодых образований, располагающихся над этими пластами. Колич-е увел-е анс-й происх-т гл. образом путем перестройки старых отделов и использ. освоб-ся нерв. клеток, а кач-ные измен-я инициируются усложнением связей, увел-м их числа и широтой охвата связями клеток всего структурного анс-я.

Строение анс-й нервных клеток, их связи в мозгу прогр-ся генетич-м аппаратом. Развитость речевых и двигательно-трудовых структ-х анс-й наследуются детьми от родителей. Но наследуется не речь и не трудовые навыки как таковые, а лишь потенц-я возмож-ть их последующего приобретения. Генетич-е возмож-ти реализуются только при условии, что с раннего детства конкретный ребенок воспитывается и обучается в сообществе людей, в постоянном общении с ними. {Маугли-вранье, человек, вырванный из общества людей, не сможет в полной мере овладеть речью и т.п.(генет-й потенциал ограничен возрастными рамками).}

[71] Эволюция биосферы на Земле.

Биосфера–область распространения жизни на Земле. Биосфера=гидросфера + литосфера + ниж. часть атмосферы, населенные живыми орг-ми.

Развитие биосферы предстает как чередование этапов эволюции, прерываемых скачкообразными переходами в качественно новые состояния. В целом при этом образовывались все более сложные и упорядоченные формы живого вещества. В истории биосферы бывали зигзаги, временные остановки прогрессивного развития, но они никогда не переходили в стадию деградации. Перечень различных вех в истории развития биосферы:

• Появление просейших клеток-прокариотов(лишены оформленного ядра – вирусы, бактерии, сине-зеленые водоросли);

• Появление клеток-эукариотов(сод-т оформленное ядро, отделенное оболочкой от цитоплазмы);

• Объединение клеток-эукариотов с образов-м многоклет-х орг-в, функциональная дифференциация клеток в них;

• появл-е орг-в с твердыми скелетами, открывшее путь к образованию высших животных;

• возн-е у высших животных развитой нервной {-ы и формир-е мозга как центра сбора, переработки, хранения информации и управления на ее основе функц-ем и поведением орг-в;

• формир-е разума как высшей формы деят-ти мозга;

• образование социальной общности людей – носителей разума.

Вершиной направленного развития биосферы стало появление в ней ч-ка, открывшего эрустановления на Земле разума. В истории Земли был период чисто геологической эволюции, его сменил период геолого-биологической эволюции, а с появлением ч-ка открылся период психогенеза – духовной эволюции. Рождение разума знаменует собой ни с чем не сравнимый качественный переход к новой стадии развития мира.

Механизм эволюции определен Ч.Дарвином в его классич.триаде: наследственность, изменчивость, естественный отбор. Достижения генетики, молекулярной биологии, общие положения теории самоорганизации потребовали пересмотра основ дарвиновской теории эволюции. По современным понятиям миним-й, элементарной 1-цей эволюции биосферы считается не особь, а популяция – [-ть индивидов одного вида, способных скрещиваться между собой. Закрепление признака означает, что частота его появления в популяции превышает некоторый пороговый уровень. Дарвиновская изменчивость теперь связывается с мутациями, спонтанно возникающими в генном наследственном аппарате (геноме). Синтез классического дарвинизма с новейшими достижениями генетики получил назв-е синтетической теории эволюции. Но и он не решил всех трудностей.

Многочисленные факты, полученные в наши дни, позволяют говорить о направленном характере биологической эволюции, о ее «канализировании». Кроме того, отмечается ускорение эволюции со временем. Поэтому 1 из напр-й поиска стало выяснение тех факторов и мех-мов, к-е созд-т «канализацию» и ускорение биологической эволюции. При этом обращ-т вним-е на следующее: 1) не всякая мутация гена вызыв-т изменч-ть связ-го с ним признака; 2) сущ-т мех-м стабилизации генома и даже реставрации поврежденных его участков; 3) случаи изменения признака б/мутации гена, вызываемые измен-ми полож-я т.н. скачущих генов(не зан-т в хромосоме раз и навсегда заданного места – 10%генома); 4) мутаци и перемещ-я скач-х генов не совсем случайны.

Т.о., изменч-ть генома можно считать 1 из факторов направленной биологической эволюции. Др.фактором можно считать вирусы (как переносчики генет-й информации от одного вида к др.

Эволюц-й процесс в биосфере носит многоуровневый хар-р. В разное время эволюция протекала и продолжает протекать в наши дни на молек-м, клеточном, тканевом уровнях, на ур-не органов, организмов, популяций и видов, биоценозов. Различаясь на каждом из этих уровней, процессы эволюции слив-ся в единый процесс развития биосферы.

[72] Космическое и внутрипланетарное воздей-е на биосферу.

Основоположники палеонтологии Ж.Кювье и С.-И.Жофруа, заметив чередование ископаемых останков (в каждом новом слое обнаруживали останки животных других разновидностей, а не тех, что найдены в предыдущем и последующем слоях), предположили существование каких-то грандиозных сил, вмешивавшихся в эволюцию жизни, в его результате появлялись > совершенные формы животных. Без сомнения, это были высокоэффективные, мощные воздействия. Некоторые ученые, изучающие эволюцию биосферы, придерживаются такой (.) зр.: Земля находится в окружении космических сил, многие из к-х время от времени кардинально влияют на развитие земной жизни. Вот основные из них: солнечный ветер, облака космической пыли и хвосты комет, атакующие озоновый слой Земли, астероиды или крупные метеориты, которые при падении на Землю так же повреждают озоновый слой.

Другая (.) зрения: на ход эволюции влияют внутрипланетарные силы (вулканическая активность и т.д.). Например, вымирание динозавров могло с равной вероятностью произойти по 2 причинам. 1. Повышенная активность вулканов: газы и выброшенный пепел пеленой затянули небо и ослабили солнечную радиацию – динозавры не выдержали похолодания. 2. Вспышка близкой к Земле сверхновой звезды – и они не выдержали облучения.

К сожалению, все это лишь гипотезы. Прямых доказательств вмешательства в земные дела космических воздействий у нас нет, как и нет убедительных фактов влияния внутрипланетарных сил на ход эволюции.

Что же происходит сейчас?

Климат меняется на наших глазах. И подтверждают это природные катастрофы, все чаще обрушивающиеся на Землю. По расчетам климатологов, средняя температура планеты в конце XXI в. поднимется на 3 гр.(в результате повысится уровень мирового океана и, как следствие, произойдут другие изменения в биосфере). А выводы, сделанные при исследовании Гренландского щита, говорят о возможном повторении драматических колебаний в атмосфере – от жаркого климата пустыни до холодов великого оледенения. Ученые считают, что на 95% потепление Земли вызвано деятельностью ч-ка, а не природными процессами.

Т.о., в наше время на биосферу, помимо космических и внутрипланетарных сил, оказывает оч. (если не самое) значительное воздействие сама биосфера, а в особенности ч-к.

[73] Влияние радиоактивных излучений на развитие биосферы.

В текущем столетии в связи с активной деятельностью ч-ка, связ-й с производством ядерного оружия и бурным развитием атомной энергетики, появился новый вид воздей-я на биосферу – радиоактивный (р-ый). Если раньше р-ое воздей-е можно было считать несущественным: р-ые источники были спрятаны природой в относ-но недоступных местах д/живого мира, - то в последнее 10-летие в связи с добычей и обогащением ядерных материалов в крупных масштабах р-ое воздей-е на биосферу стало представлять серьезную экологическую опасность.

В нашем лексиконе появ-сь термины «острая лучевая болезнь», «отдаленные последствия облучения», тревожно звучащее слово «радиация». Раньше эти термины применялись преимущественно в узком круге спецов, занимающихся разработкой способов использ-я атомной энергии в 1-ю очередь д/мирных целей. Облуч-е успешно применяется в терапии опухолей, при стерилизации продуктов питания и мед. препаратов, д/предпосевной стимуляции семян и в др. отраслях ч-кой деят-ти.

С атомной радиацией (р-цией) ч-к поначалу столкнулся при оч. больших дозах ее дей-я и не мог не убедиться в губительности этой р-ции д/всего живого. До сих пор не до конца изучены ее последствия, но широко распространено мнение,что она всегда вредна и что этот вред сниж-ся с уменьш-м дозы облуч-я.

Эксперименты показали, что большие и малые дозы атомной р-ции(ар) дей-т на орг-м принц-но по-разному. 1-ые поражают мн-во клеток и серьезно ослабл-т орг-м, тогда как 2-ые губят только отдель-е клетки, а остальным дают стимул д/ их последующего развития.

В молек-х клеток (ДНК, РНК, белках) возн-т при воздей-и ар 2 паралл-х процесса – ионизация и возбуждение. Именно иониз-я пораж-т живые орг-мы. Процессом возбужд-я до недавних пор пенебрегали, считая его побочным, в то время как он чрезвычайно важен. Вызванное малыми дозами ар (на уровне природного фона) возбужд-е молекул способ-т развитию клеток и всего орг-ма в целом. Оно удлиняет сроки жизни, усиливает иммунитет, повышает всхожесть семян, увеличивает рост растений и т.д.

Относ-но недавно был обнаружен и мех-м вторичного излуч-я внутри клетки, к-й распространяет стимулирующую р-цию на соседние-необлученные объекты. Положит-й эффект малых доз р-ции подтвержден многими экспериментами на растениях и животных – от насекомых до млекопитающих. И ничего удивительного в этом нет, поскольку вся жизнь на Земле возникла, развивалась и существует в условиях постоянной атомной р-ции.

[74] Трансформация биосферы в ноосферу. Идеи В.И.Вернадского.

Появление научной мысли в биосфере в перспективе неизбежно полностью ее видоизменяет. В сочетании с трудовой деятельностью ч-ка мысль становится неведомой до этого геологической силой, способной преобразовать вместе с биосферой весь поверхностный слой Земли. Носитель земного разума – ч-к – с нарастающщим во времени темпом воздей-т на биосферу, активно захватывая все занимаемое ей пространство, окультуривая флору и фауну, меняя облик земной пов-ти. Трансформир-ю биосферу В.И.В. назвал ноосферой. Под ней он понимал не выделенный над биосферой «мыслящий пласт», а качественно новое состояние самой биосферы, ее очередную трансформацию в ходе эволюции.

В книге "Научная мысль как планетное явление" В.И.Вернадский

анализирует геологическую историю Земли и утверждает, что наблюдается переход биосферы в новое состояние - в ноосферу под действием новой геологической силы, научной мысли человечества. Однако в трудах Вернадского нет законченного и непротиворечивого толкования сущности материальной ноосферы как преобразованной биосферы. В одних случаях он писал о ноосфере в будущем времени (она еще не наступила), в других в настоящем (мы входим в неё), а иногда связывал формирование ноосферы с появлением человека разумного или с возникновением промышленного производства. Труды В.И.Вернадского позволяют более обоснованно ответить

на поставленный вопрос, поскольку в них указан ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы. Перечислим эти условия, разбросанные по страницам книги "Научная мысль как планетное явление" и отчасти в других публикациях В.И.Вернадского:

1. Заселение человеком всей планеты.

2. Резкое преобразование средств связи и обмена между странами.

3. Усиление связей, в том числе политических, между всеми странами Земли.

4. Начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере.

5. Расширение границ биосферы и выход в космос.

6. Открытие новых источников энергии.

7. Равенство людей всех рас и религий.

8. Увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики.

9. Свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений и создание в государственном строе условий, благоприятных д/свободной научной мысли.

10.Продуманная система народного образования и подъём благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и чрезвычайно ослабить болезни.

11.Разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать её способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения.

12.Исключение войн из жизни общества.

[75] Естественно-научные аспекты информатики.

Удовлетворение все возрастающих потребностей общ-ва при неуклонном росте народоноселения земного шара тебует резкого повыш-я эфф-ти всех сфер общественной дефт-ти, непременным условием к-го выступает адекватное повышение эффективности инф-го обеспечения (инфо). Под инфо поним. предоставл-е необх-й инф-и с соблюд-м требований современности, актуальности и толерантости выдаваемой инф-и.

Реш-е весьма важной проблемы повыш-я эфф-ти инфо чаще всего связ-ся с абсолютиз-ей роли средств элек-но-выч-й техники (эвт), к-ые представл-ся в виде универс-х преобразователей в самой широкой интерпретации понятия универсальности. По опр-ю инф-ка – наука, изуч-я инф-е процессы и {-ы в соц. среде, их роль, методы построения, мех-м воздей-я на ч-кую практику, усиление этого воздей-я с пом. ВТ. К наст времени инф-ка д.б. отнесена к фундаментальным научно-техническим направлениям. Основной круг проблем связан с информационными проблемами. Центральная задача – формир-е и обосн-е научно-метедологического базиса инф-ции соврем-го общ-ва.

2 подхода. 1-й закл в том, что отправной (.) форм-я инф-ки считается ЭВТ, а инф-ция общ-ва практич-ки отождествл-ся с компьютеризацией, т.е. повсеместным внедрением ЭВТ. 2-й основ-ся на том, что ср-ва ЭВТ представляют не самый главный предмет изучения и разработок в инф-ке и служат лишь одним (хотя и весьма важным ср-вом инф-ции. Гл. {-ообраз-щий предмет д/инф-ки сост-ют инф-нные процессы, хар-щие степень разв-я общ-ва, а инф-ция общ-ва сводится к оптимальному использ-ю этих процессов на базе доступных методов и средств, включающих и эвт. Внедр-ю ср-в обраб.инф-и, и особенно эвт, должна предшествовать рац-ция самих инф-ных процессов в общ-ве, т.е. подг-ка эфер деят-ти к их инф-ции. {-ые разраб-ки данного напр-я нах-ся в начальной стадии, поэтому по ч-у стор-ков и по популяр-ти 2-й подход уступает 1-му.

Разумная переориентация инф-ки с 1-го подхода на 2-й, как это следует из ее сущности, сопряжена с изучением и представлением в структурном виде инф-х потреб-й совр-го общ-ва и разработкой унифицированных инф-х технологий, необх-х д/высокоэфф-го инфо этих видов деят-ти. Вытек-щие отсюда проблемы и должны стать основным предметом информатики в ее е-н интерпр-ции.

[76] Современные средства накопления, хранения и передачи информации.

ПК, объединенные в сети, позволяют 10-кам и 100-м юзеров легко обмениваться инф-ей и 1-временно получать доступ к общим БД. Однако по объему накопленной инф-и и скорости ее обработки возм-ти ПК ограничены. На ПК можно хранить до неск-х Гбайт данных и получать к ним доступ за сотые доли секунды. Но во многих отраслях знаний и эк-ки требуется обраб-ть еще большие объемы инф-и и с еще большей скоростью.

Больш-во моделей ЭВМ, от мини-ЭВМ до сложных выч-х комплексов и {-м, сод-т внешние ЗУ, к-е базир-ся на магнитной записи. В ЗУ на подвижном магнитном носителе, где основное – это накопление инф-и, фактором первостепенной важности является поверхностная инф-ая плотность(ип) записи=кол-во инф-и/1-ца площади пов-ти раб-го слоя носителя записи. Она зав-т от плотности записи вдоль 1 дорожки (продольной пл-ти) и ч-а самих дорожек на 1-цу длины в поперечном относ-но движ-я нос-ля напр-ии(поперечной пл-ти).Теор-ки док-но,что продольная пл-ть м.б. = 20000 бит/мм.

Магн. запись с перпенд-м намагнич-м обеспеч-т существенное повыш-е ип записи (более 10000бит/мм). С увел-м ип уменьш-ся область, занимаемая 1-цей инф-и, - битом. При этом в обмотке магнитной головки генерируется относ-но слабый сигнал, к-й с большей вероятностью подвергается разл-го рода искажениям. Для генерации >сильного сигнала не подходит просто увеличение скорости движения носителя из-за ограниченных возм-тей механических узлов накопителя инф-и. Поэтому используют др. метод – магниторезистивный метод. Его сущность проста. Изменяющееся магн. поле рассеяния выз-т измен-е электрического сопротивления помещенного в него магниторезистивного элемента, снимаемое напряжение с к-го соотв-т сигналу воспроизведения. Использование магниторезистивного воспроизведения весьма широко.

[77] Поколения ЭВМ и возм-ти ПК. Современные мультимедийные {-ы и виртуальный мир.

1-й комп, в к-м воплощены принципы Неймана, был созлан в 1949 г. с того времени компы стали гораздо совершеннее, но больш-во из них построено на принципах Неймана. Согласно им, д/универсальности и эфф-ти р-ты комп должен содержать след. устр-ва: АЛУ, вып-щее арифм-е и логич-е оп-ции; УУ, к-е орг-т процесс вып-я программ; ЗУ, или память д/хранения программ и данных; внешние устр-ва д/вв.-выв. инф-и.

В совр-х компах АЛУ и УУ, как правило, объединены в ценр-й процессор. Иногие быстродей-е компы осущ-т паралл-ю обраб-ку данных на нескольких процессорах. Комп обраб-т инф-ю только в цифровой форме.

Совр-я ВТ, в т.ч. и ПК, - это продукт поступательного разв-я е. на протяжении длит-го времени. Совершенно очевидно, что крупные достиж-я прежде всего в физике во 2-й половине ХХ в. послужили базой д/стремительного развития средств ВТ. В разв-и средств ВТ выделяют 4 поколения, непосредственно связаных с открытиями в прикладной физике.

ЭВМ 1-го пок-я (40-нач. 50-х гг.) базир-сь на электронных лампах. С появл-м дискретных полупроводниковых приборов связ-т 2-е пок-е ЭВМ (сер.50-х – 60-е гг.). В 60-е гг. создано 3-е пок-е ЭВМ, основанное на интегральных микросхемах. Сер. 60-х гг. считается началом разработки ЭВМ 4-го пок-я, элементная база к-х включает большие интегральные схемы. В последнее время проводятся интенсивные р-ты по освоению не только модернизированной элементной базы ЭВМ, но и принципиально новых средств накопления, хранения и обраб-ки инф-и д/созд-я > совершенных ЭВМ следующих пок-й.

Возм-ть сочет-я ЭВМ с уже существующими и вновь создаваемыми машинами и {-ми машин освобождает ч-ка от физического труда, связ-го с тяжелыми, а иногда вредными и опасными условиями, а т.ж. с монотонными и нетворческими дей-ми. Самое широкое применение получили микропроцессорные {-ы д/станков с программным управлением. > сложными микропроцессорными {-ми явл-ся промышленные роботы.

В 90-е годы на базе компов создаются мультимедийные {-ы cо все возрастающим влиянием их на различные сферы деят-ти. Мультимедиа – это объединение нескольких каналов передачи инф-и от машины к ч-ку. Подразумевается и обратная связь – дей-я ч-ка должны напрямую и существенно влиять на ход событий в {-е. разработчики современных мультимедийных {-м стремятся к возможно более точному моделированию реальности, созданию виртуального мира, в к-м ч-к мог бы совершать то, что недоступно ему в реальности, и в к-м он занимал бы ведущее место.

[78] Е-н конц-и разв-я микроэлектронных и лазерных технологий.

В недрах физики сформировалась микроэлектроника(м-ка), перерастающая в последнее время в наноэлектронику. Электроника – наука о взаимодействии эл-нов с эл.-магн. полями и о методах созд-я электронных приборов и устройств , используемых д/передачи, обработки и хранения инф-и. Возн. в нач. ХХ в. С нач. 50-х гг. интенсивно развив-ся твердотельная эл-ка, прежде всего полупроводниковая. В нач. 60-х гг. возникла микроэл-ка – наиболее перспективное напр-е эл-ки, связ-е с созд-м приборов и устройств в микроминиатюрном исполнении и с использ-м групповой (интегральной) технологии их изготовления. Основу эл-й базы м-ки сост-т интегральные схемы, выполняющие заданные ф-ции блоков и узлов эл-й аппаратуры, в к-х объединено большое ч-о микроминиатюрных элементов и электрических соедин-й, изготовляемых в едином технологическом процессе.

Необыкновенные св-ва лазерного луча:

1. Он распространяется, почти не расширяясь, т.е. излучает почти паралл-й пучок света. Сущ-т угол отклонения, но он мал – около 10^-5 рад.

2. Свет лазера обладает исключительной монохроматичностью, т.е. он имеет только 1 длину волны, 1 цвет.

3. Лазер – самый мощный источник света.

В 1960 г. Т.Мейманом был создан 1-й лазер – рубиновый, работающий в импульсном режиме. Вспышка импульсного лазера имеет огромную мощность – тысячи ватт. Ее можно повысить, увеличив размеры активного лазерного элемента или др. способами. Газовый лазер был создан почти 1-временно с рубиновым, в 1960. Он работал на смеси Не и Ne. Соврем-е газовые лазеры работают на многих газах и парах. Позднее был создан газодинамический лазер, похожий на реактивный двигатель. В его камере сгорания сжиг-ся угарный газ с добавкой топлива. Не только газовые лазеры дают непрерывное излучение. Его дает и полупроводниковый лазер, к-й вдохнул жизнь в оптич-ю запись. Также сущ-т жидкостные лазеры.

Лазерные лучи передаются волоконно-оптической(лазерной) связью(по гибкой трубке с изогнутыми стенками).

Использование лазера широко(нагревание, обработка твердых материалов, выявление дефектов деталей, разведка полезных ископаемых, в мед-не, а т.ж. голографии и распознавании образов.

[79] Е-н проблемы современной энергетики.

Билет 80 +:

Согласно современным представлениям энергия – это общая колич-я мера разл. форм движения материи. Важность понятия энергии опр-ся тем, что она подчиняется з-ну сохр-я. Э-я хар-т спос-ть совершать работу.

Сегодня 17% мирового пр-ва э-и приходится на атомные эл-станции. Опасность такого источника э-и нельзя недооценить. Но принятие мер по защите как работников АЭС, так и населения позволяют свести вероятность радиоактивного заражения почти к нулю. Перспективная область.

Эн-ка оч. быстро аккумулирует, ассимилир-т, вбирает в себя все самые новейшие идеи, изобретения, достижения науки. Это и понятно: эн-ка связана буквально со всем, и все тянутся к эн-ке, зависят от нее. Поэтому энергохимия, водородная эн-ка, космические эл-станции, э-я, запечатанная в антив-ве, кварках, «чер.дырах», вакууме, - это всего лишь наиболее яркие вехи, штрихи, отдель.черточки того сценария, к-й пишется на наших глазах и к-й можно назвать завтрашним днем эн-ки.