24.Основные положения синтетической теории эволюции. Микро- и Макроэволюция

Синтетическая теория эволюции — современный дарвинизм — возникла в начале 40-х годов XX в. Она представляет собой учение об эволюции органического мира, разработанное на основе данных современной генетики, экологии и классического дарвинизма. Основные положения синтетической теории эволюции в общих чертах можно выразить следующим образом:

1. Материалом для эволюции служат наследственные изменения — мутации (как правило, генные) и их комбинации.

2. Основным движущим фактором эволюции является естественный отбор, возникающий на основе борьбы за существование.

3. Наименьшей единицей эволюции является популяция.

4. Эволюция носит в большинстве случаев дивергентный характер, т. е. один таксон может стать предком нескольких дочерних таксонов.

5. Эволюция носит постепенный и длительный характер.

6. Вид состоит из множества соподчиненных, морфологически, физиологически, экологически, биохимически и генетически отличных, но репродуктивно не изолированных единиц — подвидов и популяций.

7. Вид существует как целостное и замкнутое образование. Целостность вида поддерживается миграциями особей из одной популяции в другую, при которых наблюдается обмен аллелями («поток генов»),

8. Эволюционные события можно рассматривать в различных масштабах времени. На этом основании выделяют две стороны эволюционного процесса: микро- и макроэволюцию. Теория микроэволюции изучает механизмы адаптаций популяций к изменяющимся условиям существования и закономерности образования новых видов, теория макроэволюции - пути формирования более крупных таксонов (родов, семейств, отрядов и т.д.).

Макроэволюционные события - например, выход позвоночных на сушу - происходят на протяжении сотни тысяч или миллионов лет и сопровождаются значительными изменениями облика животного или растения. Для микроэволюционных событий - например, адаптации популяции грызунов к новым ядохимикатам - требуется зачастую всего несколько лет. Каждый макроэволюционный результат складывается из множества микроэволюцинных событий, основным фактором направленных эволюционных изменений как в микро-, так и в макроэволюционном масштабах является естественный отбор.

1. Наука-как часть культуры. Характерные черты науки и ее отличие от других разделов культуры.

Культура - исторически определенный уровень развития общества, творческих сил и способностей человека, выраженный в типах и формах организации жизни и деятельности. Любая человеческая деятельность, представленная артефактами, т.е. (материальная культура) или верованиями (духовная культура), которая передаётся от человека к человеку тем или иным способом обучения, но не через генетическую наследственность.

В культуре воплощается общее отличие человеческой жизнедеятельности от биологических форм жизни. Поведение человека определяется не столько природой, сколько воспитанием, культурой.

Материальная культура (ценности) - развитие техники, орудия, опыт, производство, строительство, одежда, утварь и др., т.е. всё то, что служит для продолжения жизни. Духовная культура (ценности) - идеологические представления взгляды, идеи, нравственность, образование, наука, искусство, религия и др., т.е. всё то, что отражает окружающий мир в сознании, в понимании добра и зла, красоты, познания ценности всего многообразия мира. Таким образом, наука является важнейшей составляющей культуры. Наука – часть культуры.

Не всякие знания могут быть научными. В человеческом сознании содержатся такие знания, которые не входят в систему науки и которые проявляются на уровне обыденного сознания. Чтобы знания стали научными, они должны обладать по крайней мере следующими специфическими признаками (чертами): системностью, достоверностью, критичностью, общезначимостью, преемственностью, прогнозированностью, детерминированностью, фрагментарностью, чувственностью, незавершенностью, рациональностью, внеморальностью, абсолютностью и относительностью, обезличенностью, универсальностью.

Звезды возникали в ходе эволюции галактик. Большинство астрономов считают, что это происходило в результате сгущения (конденсации) облаков диффузной материи, которые постепенно формировались внутри галактик. Одна из исходных предпосылок такой гипотезы состоит в том, что, как показывают наблюдения, «молодые» звезды всегда тесно связаны с газом и пылью. Эти звезды и диффузная материя концентрируются в спиральных ветвях галактик. Возникнет будущая, рождающаяся звезда (протозвезда). Температура ее поверхности пока еще мала, но протозвезда уже излучает в инфракрасном диапазоне, а поэтому рождающиеся звезды можно попытаться обнаружить среди довольно многочисленных источников инфракрасного излучения. Поиски протозвезд (и протогалактик) сейчас ведутся на многих обсерваториях.

Галактика имеет довольно сложную структуру. Разные типы звёзд по-разному концентрируется к центру Галактики и к её «экваториальной плоскости». Существенная часть звёзд в Галактике находится в гигантском диске диаметром примерно 100 тыс. и толщиной около 1500 световых лет. В этом диске насчитывается более сотни миллиардов звёзд самых различных видов. Наше Солнце – одна из таких звёзд, находящихся на периферии Галактики вблизи её экваториальной плоскости. Галактика содержит и структурные детали гораздо больших масштабов.

Млечный Путь – это скопление очень далеких и слабых звезд. Млечный Путь - огромная, гравитационно связанная система, содержащая около 200 миллиардов звезд (из которых лишь 2 миллиарда звезд доступно наблюдениям), тысячи гигантских облаков газа и пыли, скоплений и туманностей (см. рис. слева). Млечный Путь сжат в плоскости и в профиль похож на «летающую тарелку» (см. рис. справа). По геометрическим соображениям наш звездный остров состоит из трех основных частей:

1.Центральная часть Галактики (ядро), которая состоит из миллиардов старых звезд; 2.Относительно тонкий диск из звезд, газа и пыли диаметром 100000 световых лет и толщиной несколько тысяч световых лет; 3.Сферическое гало (корона), содержащее карликовые галактики, шаровые звездные скопления, отдельные звезды, группы звезд и горячий газ.

Квазары самые высокоэнергетические объекты во Вселенной, некоторые из них ярче тысяч Млечных путей. В центре они имеют черную дыру, активно поглощающую материю.

Первая теория образования Солнечной системы, предложенная в 1644 г. Декартом, имеет заметное сходство с теорией, признанной в настоящее время. По представлениям Декарта, Солнечная система образовалась из первичной туманности, имевшей форму диска и состоявшей из газа и пыли (монистическая теория). В 1745 г. Бюффон предложил дуалистическую теорию; согласно его версии, вещество, из которого образованы планеты, было отторгнуто от Солнца какой-то слишком близко проходившей большой кометой или другой звездой. Если бы Бюффон оказался прав, то появление такой планеты, как наша, было бы событием чрезвычайно редким, связанным с другим столь же редким событием, как сближение двух звезд, а вероятность найти жизнь где-нибудь во Вселенной стала бы ничтожно малой. Такая перспектива вызвала бы разочарование не только у читателей научной фантастики.

Наиболее известными монистическими теориями стали теории Лапласа и Канта. Трудности, с которыми встретились в конце 19 в. монистические теории, способствовали успеху дуалистических, однако развитие истории снова вернуло нас к монистической теории.

Строение и состав. Самым главным (и самым массивным) членом Солнечной системы является само Солнце. Поэтому не случайно великое светило занимает в Солнечной системе центральное положение. Оно окружено многочисленными спутниками. Наиболее значительные из них - большие планеты. На сегодняшний момент Солнечная система состоит из 9 планет: Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, Плутона. Все планеты движутся в одном направлении, в единой плоскости (за исключением Плутона) по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы (до Плутона) 5,5 световых часов. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км, что составляет 107 его диаметров.

Планеты издавна делились учеными на две группы. Первая – это планеты земного типа: Меркурий, Венера, Земля, Марс, с недавних пор – Плутон. Для них характерны относительно небольшие размеры, малое количество спутников и твердое состояние. Оставшиеся – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун – планеты-гиганты, состоящие из газообразного водорода и гелия. Все они движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, отклоняясь от заданной траектории, если рядом проходит планета-сосед.

Газовая планета (планета-гигант, газовый гигант) — планета, имеющая значительную долю газа в своём составе (в основном водорода и гелия). В Солнечной системе это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Звезды — это основные тела Вселенной, в них сосредоточено более 90 % наблюдаемого вещества.

Солнце — одна из звезд, но для нас Солнце определяет всю жизнь; другие звезды представляются светящимися точками на небосводе, так как очень далеки от нас. Отдельные группы звезд — созвездия — выделяли еще в древности, в их названиях отражены образ мыслей, предания, легенды и жизнь разных народов. Сейчас на звездном небе выделено 88 созвездий с четко обозначенными границами, 60 из них видны с территории нашей страны.

Звезды — газовые шары, они светят собственным светом (в отличие от планет). По физическим характеристикам звезды делят на нормальные звезды, белые карлики и нейтронные звезды. Размеры большинства звезд различны, диаметры — от 10 до 107 км, Солнца — 1,4 млн км.

Белые карлики и нейтронные звезды имеют диаметр всего 10 — 20 км, есть гиганты — Бетельгейзе, Арктур, а самые большие, красные гиганты, больше Солнца настолько, что, оказавшись на его месте, заняли бы объем, включающий орбиту Юпитера. Плотность вещества гигантов и сверхгигантов меньше плотности воздуха в атмосфере Земли, солнечного — больше плотности воды в 1,5 раза, у белого карлика (звезды Сириус В) — порядка 2 т/см3, а у нейтронных звезд — 1014 кг/м3, порядка плотности атомного ядра. Светимость звезды — это мощность оптического излучения. Чаще всего светимости звезд выражают в светимостях Солнца, которое излучает 3,8  1026 Вт. Диапазон светимостей наблюдаемых звезд огромен — от 10-3 до 106 светимостей Солнца. Для нас Солнце много ярче других звезд, но это не означает, что оно излучает больше энергии, чем они.

Пульсар - вращающаяся нейтронная звезда, магнитная ось которой не совпадает с осью вращения. В настоящее время известно свыше 1000 пульсаров - молодых нейтронных звезд - источников импульсного рентгеновского излучения с периодом 0,033-4,8 с. Подавляющее число звезд, обладавших до своей гибели - вспышки сверхновой - слабыми магнитными полями, становятся радиопульсарами, максимум энергии их излучения приходится на радиодиапазон.

Черные дыры "звездного происхождения" – образовавшиеся в результате коллапса массивных звезд - имеют среднюю массу около 1031 кг (до 8-10 М¤ ). И гигантские черные дыры ( до 109 М¤ ), расположенные в центрах крупных галактик, включая и нашу. Внешние свойства черных дыр описываются в рамках общей теории относительности, релятивистской и квантовой физики. Внутренние свойства черных дыр - материи, сжатой до плотности свыше 1094 г/см3 современные физические теории описать пока не могут.

Во внутреннем строении Земли выделяют следующее несколько слоев:

Литосфера - слой, между 0 и 60 км глубины. Местами его толщина варьируется от 5 до 200 км. твёрдая оболочка Земли. Состоит из земной коры и верхней части мантии, до астеносферы. Литосфера разбита на блоки — литосферные плиты, которые двигаются по относительно пластичной астеносфере. Литосфера под океанами и континентами значительно различается. Литосфера под океанами претерпела множество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры и в результате сильно обеднена легкоплавкими редкими элементами.

Кора - часть литосферы наиболее близкая к поверхности. Континентальная кора имеет трёхслойное строение. Верхний слой представлен прерывистым покровом осадочных пород, который развит широко, но редко имеет большую мощность. Исследования показывают, что большая часть этих пород образовались очень давно, около 3 миллиардов лет назад.

Мантия - расположена непосредственно под корой и  выше ядра. В мантии находится большая часть вещества Земли. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2900 км. Мантия Земли недоступна непосредственному исследованию: она не выходит на земную поверхность и не достигнута глубинным бурением. Поэтому большая часть информации о мантии получена геохимическими и геофизическими методами. Данные же о её геологическом строении очень ограничены.

Астеносфера - полупластичный слой в мантии Земли. Астеносфера выделяется по понижению скоростей сейсмических волн. Выше астносферы залегает только литосфера — хрупкая оболочка Земли. Граница между литосферой и астеносферой может лежать на глубине от десятков до нескольких сотен километров.

Ядро - состоит из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Разделяется на твердое внутреннее ядро диаметром около 1300 км и жидкое внешнее ядро диаметром около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Известно о ядре очень мало — вся информация получена косвенными геофизическими или геохимическими методами, и образцы вещества ядра не доступны, и вряд ли будут получены в обозримом будущем.

С самого начала становления научной геологии, с середины XVIII в., ее главной задачей было объяснение причин движений земной коры, изменений ее структуры и явлений магматизма. С этой целью последовательно выдвигались различные гипотезы: это гипотезы поднятия, контракции, пульсационная, ротационная, расширения Земли, глубинной диф­ференциации и, наконец, дрейфа материков. Каждая из этих ги­потез опиралась на какую-то реально наблюдаемую сторону тек­тонических процессов и в конечном счете терпела неудачу, так как не учитывала их действительного многообразия и (или) не могла предложить удовлетворительного их механизма. Так, гипотеза поднятия поставила в центр внимания поднятие горных сооруже­ний и сопряженные с ним опускания, но не смогла удовлетвори­тельно объяснить происхождение складчатости, из-за чего и была оставлена. Гипотеза контракции, напротив, главное внимание сос­редоточила на объяснении складкообразования и добилась в этом направлении некоторого успеха, но оставила без объяснения под­нятия, не связанные со складчатостью, и магматизм

Атом состоит из ядра и окружающего его электронного "облака". Находящиеся в электронном облаке электроны несут отрицательный электрический заряд. Протоны, входящие в состав ядра, несут положительный заряд.

В любом атоме число протонов в ядре в точности равно числу электронов в электронном облаке, поэтому атом в целом – нейтральная частица, не несущая заряда

Энергией связи называют энергию, равную работе, которую надо совершить, чтобы расщепить ядро на свободные нуклоны. Е связи = - А. По закону сохранения энергия связи одновременно равна энергии, которая выделяется при образовании ядра из отдельных свободных нуклонов. Измерения масс ядер показывают, что масса ядра (Мя) всегда меньше суммы масс покоя слагающих его свободных нейтронов и протонов. При делении ядра: масса ядра всегда меньше  суммы масс  покоя образовавшихся  свободных  частиц. Уменьшение массы при образовании ядра означает, что при этом уменьшается энергия системы нуклонов.

РАДИОАКТИВНОСТЬ самопроизвольное превращение атомов одного элемента в атомы других элементов, сопровождающееся испусканием частиц и жесткого электромагнитного излучения.

Цепная реакция — ядерная реакция, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции. 

Термоядерный синтез это способ, которым Солнце и звезды производят свою энергию.

История развития химических знаний начинается с древних времен. Древнегреческие философы Демокрит и его последователь Эпикур– основоположники античной атомистики – высказали идею: все тела состоят из неделимых материальных частиц – атомов, различающихся формой и величиной. Натурфилософскому атомистическому учению о строении вещества противопоставлялась алхимия – донаучное направление в развитии химии, возникшее в III–IV вв. н. э. и получившее развитие в Западной Европе в XI–XVI вв. Основная цель алхимии – нахождение так называемого «философского камня» для превращения неблагородных металлов в золото и серебро, получения эликсира долголетия и т. д. В эпоху Возрождения результаты химических исследований все в большей степени стали использоваться в металлургии, стеклоделии, производстве керамики, красок.

Первое научное определение химического элемента в 1661 г. сформулировал английский химик и физик Р. Бойль (1627–1691 гг.), положивший начало экспериментальному химическому анализу. Принято считать, что химия стала подлинной наукой во второй половине XVIII в., когда первый российский ученый-естествоиспытатель, гениальный ученый М.В. Ломоносов (1711–1765) сформулировал принцип сохранения материи и движения и исключил из числа химических агентов флогистон – невесомую материю. Атомно-молекулярные представления утвердились лишь в 60-х годах XIX в. В те годы, а именно в 1861 г., выдающийся русский химик A.M. Бутлеров (1828–1886) создал и обосновал теорию химического строения вещества, согласно которой свойства веществ определяются порядком связей атомов в молекулах и их взаимным влиянием. Немного позднее – в 1869 г.– другой выдающийся русский химик– Д.И. Менделеев (1834– 1907) открыл периодический закон химических элементов – один из фундаментальных законов естествознания. Современная формулировка данного закона такова: свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда их атомных ядер. Заряд ядра равен атомному (порядковому) номеру элементов в периодической системе Менделеева.

В. дал законы химического равновесия в газах и в слабых растворах и установил в этих областях применение термодинамики.

Одним из первых открытий, которые относят к эволюционной химии, является эффект самосовершенствования катализаторов в реакциях. В 1964—1969 гг. советский химик А. П. Руденко, учитывая это открытие, создал теорию саморазвития открытых каталитических систем.

Перспективными процессами в современной химии являются:

Плазмохимические процессы

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез

Химические реакции при высоких давлениях

Синтез алмазов

Перспективные материалы - Синтетические материалы

В последние десятилетия синтезированы материалы, обладающие удивительными свойствами, например, материалы тепловых экранов для космических аппаратов, высокотемпературные сверхпроводники и т. п.

К ним относятся:

Современные пластмассы

Эластомеры

Синтетические ткани

Современная официальная наука выделяет в мире три структурных уровня: Микро, Макро, Мега миры. В тоже время человек различает живую и не живую материю, то есть микро, макро и мега миры состоят из живой и не живой материи. Живая материя это ещё один структурный уровень организации материи.

Микромир – это молекулы, атомы, элементарные частицы – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов, пространственная разномерность которых исчисляется от 10-8 до 10-16 см, а время жизни – от бесконечности до 10-24 сек.

Структурные уровни организации материи(микромир: время, масса)

Время:

-Естественная единица времени элементарной частицы: примерно 10-23сек.

-Типичное время жизни «долгоживущей» частицы: примерно 10" сек. Частицы, живущие 10-10сек, живут очень и очень долго по сравнению с частицами, живущими 10-23сек. За время 10" сек частица покрывает расстояние в один сантиметр, что более чем в миллион миллионов раз превышает ее собственные размеры.

-Мезоны (Пи и Мю -мезоны) живут соответственно 10-8и 10-6и удаляются более чем на 1 см.

-Нейтрон живет около 15 мин -по масштабам микромира практически бесконечно.

-Резонансы живут около 10-22-самые короткоживущие частицы. Наглядная модель:

Частице требуется всего 10-22сек для того, чтобы покрыть расстояние в десять раз превосходящее ее собственные размеры, что аналогично автомашине, проехавшей 100 м. За время 10" сек (время жизни «долгоживущей частицы») частица пройдет 1 см, что аналогично автомашине, проехавшей 30 млрд. км, Короткоживущие частицы, имея время жизни порядка 10-20сек, подобны автомашине, которая разваливается, не успев выехать за заводские ворота.

Масса:

-Масса электрона -9*10-28г принимается за единицу измерения массы микромира,

-Вселенная, по грубым оценкам, содержит около 1023звезд (соответствует числу молекул в 1 г воды); средняя масса звезды -1035г; полная масса -около 1058г. Каждый грамм вещества содержит примерно 1024протонов,

так что б известной части Вселенной по очень грубым оценкам содержится 10 протонов, 10 электронов, 1079 нейтрино и бессчетное количество фотонов и гравитонов.

Свойства, отличающие живое от неживого, отражающие специфику биологической формы движения материи:

– самовоспроизведение – может производиться многократно, а генетическая информация о нем закодирована в молекулах ДНК;

– регуляция процессов – происходит в химических реакциях посредством механизма обратной связи; внутри клеток реакции синтеза и распада идут с участием ферментов, синтезируемых внутри самих клеток;

– рост организмов – осуществляется при помощи увеличения их массы за счет размеров и числа клеток;

– иерархичность организации – клетки как биоединицы специфически организованны в ткани, ткани – в органы, органы – в системы органов;

– обмен веществ и энергии – сначала из внешней среды поступает энергия в форме солнечного света, затем химическая энергия преобразуется в клетках для синтеза ее структурных компонентов, работы по обеспечению транспорта веществ через мембрану и механической работы по обеспечению двигательной функции организма и сокращению мышщ;

– питание – источник энергии и веществ, необходимых для жизнедеятельности;

– дыхание – процесс освобождения энергии высокоэнергетических соединений;

– раздражимость – избирательная реакция живых существ на изменения внешней и внутренней среды, обеспечивающая стабильность жизнедеятельности;

– гомеостаз – живые организмы, обитающие в непрерывно меняющихся внешних условиях, поддерживают постоянство своего химического состава и интенсивность течения всех физиологических процессов с помощью авторегуляционных механизмов;

– способность к движению – свойственна живым существам, хотя их скорости значительно различаются; существуют различные механизмы движения живых существ.

а) Идея самопроизвольного происхождения.

Вначале в науке вообще не существовало проблемы возникновения жизни, потому что учеными античного мира допускалась возможность постоянного зарождения живого из неживого. Великий Аристотель (4-ый в. до Р. Х.) не сомневался в самозарождении лягушек. Философ Плотин в 3-ем веке до новой эры утверждал, что живые существа самозарождаются в земле в процессе гниения. Эта идея самопроизвольного зарождения организмов, видимо, представлялась многим поколениям наших далеких предков очень убедительной, так как просуществовала, не меняясь, долгие века, вплоть до 17-го века .

б) Идея происхождения жизни по принципу «живое – от живого».

В 17-ом веке опыты тосканского врача Франческо Реди показали, что без мух черви в гниющем мясе не обнаружатся, а если прокипятить органические растворы, то микроорганизмы в них вообще зарождаться не смогут. И только в 60-х гг. 19-го века французский ученый Луи Пастер в своих опытах продемонстрировал, что микроорганизмы появляются в органических растворах только потому, что туда раньше был занесен зародыш.

Таким образом, опыты Пастера имели двоякое значение –

Доказали несостоятельность концепции самопроизвольного зарождения жизни.

Обосновали идею о том, что все современное живое происходит только от живого.

в) Идея космического происхождения жизни.

Примерно в тот же период, когда Пастер продемонстрировал свои опыты, немецкий ученый Г. Рихтер разработал теорию занесения живых существ на Землю из космоса. Он утверждал, что зародыши могли попасть на Землю вместе с космической пылью и метеоритами и положить начало эволюции живого, которая породила все многообразие земной жизни. Эта концепция называлась концепцией панспермии. Ее разделяли такие ученые, как Г. Гельмгольц, У. Томпсон, что способствовало ее широкому распространению в научных кругах. Но она не получила научного доказательства, так как примитивные организмы или зародыши должны были бы погибнуть под действием ультрафиолетовых лучей и космического излучения.

г) Гипотеза А. И. Опарина.

В 1924 году вышла в свет книга «Происхождение жизни» советского ученого А. И. Опарина, где он экспериментально доказал, что органические вещества могут образовываться абиогенным путем при действии электрических зарядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси, содержащие пары воды, аммиака, метана и др. Под влиянием различных факторов природы эволюция углеводородов привела к образованию аминокислот, нуклеидов и их полимеров, которые по мере увеличения концентрации органических веществ в первичном бульоне гидросферы способствовали образованию коллоидных систем, так называемых коацерватов, которые, выделяясь из окружающей среды и имея неодинаковую внутреннюю структуру, по-разному реагировали на внешнюю среду. Превращению углеродистых соединений в химический период эволюции способствовала атмосфера с ее восстановительными свойствами, которая потом стала приобретать окислительные свойства, что свойственно атмосфере и в настоящее время .

Гипотеза Опарина способствовала конкретному изучению происхождения простейших форм жизни. Она положила начало физико-химическому моделированию процессов образования молекул аминокислот, нуклеиновых оснований, углеводородов в условиях предполагаемой первичной атмосферы Земли.

д) Современные концепции происхождения жизни.

Сегодня проблема происхождения жизни исследуется широким фронтом различных наук. В зависимости от того, какое наиболее фундаментальное свойство живого исследуется и преобладает в данном изучении (вещество, информация, энергия), все современные концепции происхождения жизни можно разделить условно на:

Концепцию субстратного происхождения жизни (ее придерживаются биохимики во главе с А. И. Опариным).

Концепцию энергетического происхождения. Она разрабатывается ведущими учеными-синергетиками И. Пригожиным, М. Эйгеном.

Концепцию информационного происхождения. Ее развивали А. Н. Колмогоров, А. А. Ляпунов, Д. С. Чернавский.

Концепция генного происхождения.

Автором этой концепции является американский генетик Г. Меллер. Он допускает, что живая молекула, способная размножаться, могла возникнуть вдруг, случайно в результате взаимодействия простейших веществ. Он считает, что элементарная единица наследственности – ген – является и основой жизни. И жизнь в форме гена, по его мнению, возникла путем случайного сочетания атомных группировок и молекул, существовавших в водах первичного океана. Но математические расчеты этой концепции показывают полную невероятность такого события.

Клетка - основная структурная, функциональная и генетическая единица организации живого, элементарная живая система. Клетка может существовать как отдельный организм (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы) или в составе тканей многоклеточных животных, растений, грибов.

Современное определение клетки следующее: клетка — это открытая, ограниченная активной мембраной, структурированная система биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) и их макромолекулярных комплексов, участвующих в единой совокупности метаболических и энергетических процессов, осуществляющих поддержание и воспроизведение всей системы в целом.

Ядро - имеется в клетках всех эукариот за исключением эритроцитов млекопитающих. У некоторых простейших имеются два ядра, но как правило, клетка содержит только одно ядро. Ядро обычно принимает форму шара или яйца; по размерам (10–20 мкм) оно является самой крупной из органелл. Ядро отграничено от цитоплазмы ядерной оболочкой, которая состоит из двух мембран: наружной и внутренней, имеющих такое же строение, как и плазматическая мембрана.

Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — это сеть каналов в цитоплазме всех клеток, составляющая до 30— 50 % объема клетки.

 Аппарат Гольджи (комплекс Гольджи) - это комплекс плоских полых цистерн и пузырьков, где синтезируются полисахариды, входящие в состав клеточной стенки.

Митохондрии - двухмембранные тельца, на складках их внутренней мембраны - кристах - происходит окисление органических веществ, а освободившаяся энергия используется для синтеза АТФ.

Хлоропла́сты — зелёные пластиды, которые встречаются в клетках растений и некоторых бактерий. С их помощью происходит фотосинтез.

Рибосомы осуществляют синтез белка.

Лизосома — небольшое тельце, ограниченное от цитоплазмы одинарной мембраной. В ней находятся литические ферменты, способные расщепить все биополимеры. Основная функция — аутолиз — то есть расщепление отдельных органоидов, участков цитоплазмы клетки.

Митоз и мейоз – это способы деления клеток, содержащих в своем составе ядро. Митоз - это процесс деления ядра клетки, при котором образуются два дочерних ядра с наборами хромосом. МЕЙОЗ — это деление клетки, при котором происходит редукция числа хромосом и их перекомбинация у дочерних клеток по сравнению с материнской.

Формирование половых клеток (гаметогенез) происходит в половых железах. Развитие женских гамет (яйцеклеток) происходит в яичниках. Оплодотворение - это встреча двух половых клеток, мужской и женской, называемых гаметами: яйцеклетки и сперматозоида.

Организменный (онтогенетический) уровень организации жизни. Представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий.

Клетка — основной структурный компонент организма. Из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма

Основные процессы

1. Обмен веществ (метаболизм)

2.Раздражимость

3.Размножение

4.Онтогенез

5.Нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности

6.Гомеостаз

Генотип - это набор генов организма, фенотип - это внешние проявления этих генов, набор признаков организма. Генотип является определенной системой взаимодействующих генов. Фенотип — это система признаков и свойств организма, результат реализации генотипа.

Биогенетический закон Геккеля-Мюллера - закон, согласно которому онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза (в закономерно измененном и сокращенном виде), в ходе которого индивидуальное развитие служит источником новых направлений эволюции, а она отражается на онтогенезе.

Клонирование - это процесс, в ходе которого живое существо производится от единственной клетки, взятой от другого живого существа.

Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости. Генетика - наука о законах наследственности и изменчивости организмов. Важнейшая задача Г.- разработка методов управления наследственностью и наследственной изменчивостью для получения нужных человеку форм организмов или в целях управления их индивидуальным развитием.

Законы генетики, открытые Менделем, Морганом и плеядой их последователей, описывают передачу признаков от родителей к детям. Они утверждают, что все наследуемые признаки определяются генами. Каждый ген может быть представлен в одной или большем числе форм, названных аллелями. Все клетки организма, кроме половых, содержат по два аллеля каждого гена, т.е. являются диплоидными. Если два аллеля идентичны, организм называют гомозиготным по этому гену. Если аллели разные, организм называют гетерозиготным. Клетки, участвующие в половом размножении (гаметы), содержат только один аллель каждого гена, т.е. они гаплоидны. Половина гамет, производимых особью, несет один аллель, а половина – другой. Объединение двух гаплоидных гамет при оплодотворении приводит к образованию диплоидной зиготы, которая развивается во взрослый организм.

Генетическая инжене́рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Центральное место в комплексе естественно-научных дисциплин, изучающих человека, занимает антропология – общее учение о происхождении и эволюции человека, образовании человеческих рас и вариациях физического’ строения человека. Современная антропология рассматривает антропогенез – процесс происхождения человека – как продолжение биогенеза. Основными вопросами антропологии являются вопросы о месте и времени появления человека, основных этапах его эволюции, движущих силах и детерминирующих факторах развития, соотношении антропогенеза и социогенеза. По мере становления и развития антропологической науки на все эти вопросы пытались дать ответы пять основных концепций антропогенеза: 1) креационистская концепция – человек сотворен Богом или мировым разумом; 2) биологическая концепция – человек произошел от общих с обезьянами предков путем накопления биологических изменений; 3) трудовая концепция – в появлении человека решающую роль сыграл труд, превративший обезьяноподобных предков в людей; 4) мутационная концепция – приматы превратились в человека вследствие мутаций и иных аномалий в природе; 5) космическая концепция – человек как потомок или творение инопланетян

Сходство и отличие человека и человекообразных обезьян.

Черты сходства	Черты отличия
1. Большая величина тела. 2. Отсутствие хвоста и защечных мешков. 3. Хорошо развита мимическая мускулатура. 4. Сходная структура черепа. 5. Хорошо развит головной мозг, особенно лобные доли, большое число извилин в коре больших полушарий. 6. Похожи по резус-фактору и группам крови (АВО). 7. Болеем одними и теми же «человеческими болезнями». 8. Беременность - 280 дней. 9. Более 95 % схожесть генов. 10. Высокий уровень развития высшей нервной деятельности. 11. Сходство этапов эмбриогенеза	1. Только человеку свойственно настоящее прямохождение. 2. Человек имеет: а) длинные и мощные ноги; б) сводчатую стопу; в) широкий таз; г) S-образный позвоночник. 3. Гибкая кисть и подвижные пальцы человека обеспечивают точные и разнообразные движения. 4. У человека сложно устроен головной мозг, средний объем -1350 см3 (у гориллы - 400 см3). 5. Человек способен к членораздельной речи

Современная наука активно развивает биологическую, трудовую и мутационную концепции антропогенеза. Сегодня антропогенез рассматривается как продолжение биогенеза, поэтому антропология изучает абиотические, биотические и социальные факторы возникновения человека. Абиотические предпосылки антропогенеза — геологические процессы, географические и физико-химические факторы. Биотические предпосылки включают в себя мутации, волны численности, изоляцию, естественный отбор и другие факторы микро- и макроэволюции, в результате которых формируются новые виды животных, возникли древние обезьяны, а от них произошли люди.

Современная антропология основывается на многочисленных археологических и палеонтологических данных, но общая картина все же остается неполной, поскольку многие промежуточные звенья между человеком и древними обезьянами пока не обнаружены. Сложности возникают еще и потому, что сам процесс антропогенеза не носил линейного характера. Эволюция не только человека, но и всего живого осуществлялась путем постоянной генерации боковых ответвлений, многие из которых почти сразу же исчезают, другие отходили в сторону от основного направления, и только одна линия в конце концов привела к появлению человека разумного. Графически процесс антропогенеза можно представить в виде дерева со множеством ветвей; некоторые из них давно мертвы, другие до сих пор живы. Несомненно, что в будущем естественно-научные представления об антропогенезе будут не только пополняться, но и, возможно, существенно меняться.

В начале XIX в. стали складываться новые подхо­ды к психике. Физиология стимулировала рост психологического знания. Имея своим предметом осо­бое природное тело, физиология превратила его в объект экспериментального изучения. На первых порах руководящим принципом физиологии было «анатомическое начало». Функции (в том числе пси­хические) исследовались под углом зрения их за­висимости от строения органа, его анатомии. Умоз­рительные, порой фантастические воззрения прежней эпохи физиология переводила на язык опыта. Центральной фигурой в создании основ психоло­гии как науки, имеющей собственный предмет, был Герман Людвиг Гельмгольц (1821-1894).

В настоящее время наблюдается бурное развитие психологи­ческой науки, обусловленное многообразием теоретических и практических задач, встающих перед нею. Основной задачей психологии является изучение законов психической деятельно­сти в ее развитии. В течение последних десятилетий значитель­но расширился фронт психологических исследований, появи­лись новые научные направления и дисциплины. Изменился понятийный аппарат психологической науки, непрерывно по­являются новые гипотезы и концепции, психология обогащает­ся новыми эмпирическими данными.

Современная психология представляет собой весьма разветвленную систему научных дисциплин, находящихся на разных ступенях формирования и связанных с различными областями практики. Обычно основным принципом классификации отраслей психологии считают принцип развития психи­ки в деятельности. Поэтому чаще всего в основу классифика­ции отраслей психологии кладут различные виды человеческой деятельности.

Киберне́тика — наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество. Термин «кибернетика» в современном понимании как наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе впервые был предложен Норбертом Винером в 1948 году. Объектом кибернетики являются все управляемые системы. Системы, не поддающиеся управлению, в принципе, не являются объектами изучения кибернетики. Кибернетика вводит такие понятия, как кибернетический подход, кибернетическая система.

Кибернетика  вводит такие понятия , как кибернетический подход, кибернетическая система. Кибернетические системы рассматриваются абстрактно, вне зависимости от их материальной природы. Примеры кибернетических систем — автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.

Достижением кибернетики является разработка и широкое использование нового метода исследования, получившего название вычислительного или машинного эксперимента, иначе называемого математическим моделированием. Смысл его в том, что эксперименты производятся не с реальной физической моделью изучаемого объекта, а с его математическим описанием, реализованным в компьютере. Огромное быстродействие современных компьютеров зачастую позволяет моделировать процессы в более быстром темпе, чем они происходят в действительности. В исследовании кибернетикой способов связи и моделей управления ей понадобилось еще одно понятие, которое было давно известно, но впервые получило фундаментальный статус в естествознании — понятие информации (с латинского — ознакомление) как меры организованности системы в противоположность понятию энтропии как меры неорганизованности.

В основу своей теории этногенеза Гумилев положил в качестве главного постулата тезис о природно-биологическом характере этноса, обусловленного тем, что он является составной частью биоорганического мира планеты и возникает в определенных географо-климатических условиях. Гумилев определяет этнос как биофизическую реальность, и поэтому весь механизм этногенеза он ищет в реальных природных процессах. По его мнению, будучи составной частью биосферы, этносы должны подчиняться ее законам, быть составной частью протекающих в ней процессов. А эти процессы, гигантские по своим масштабам, сравнимые по энергетическим затратам с величайшими геологическими процессами, создали в значительной мере весь современный облик нашей планеты. В.И. Вернадский назвал эту энергию биогеохимической энергией живого вещества биосферы. Она есть не что иное, как преобразованная энергия Солнца, космоса и радиоактивного распада в недрах Земли. Биосфера просто купается в потоках энергии; как доказал наш соотечественник А.Л. Чижевский, она открыта космосу и чутко реагирует на происходящие в нем энергетические всплески. В этом заключается причина загадочных, на первый взгляд, взрывов популяции — стай саранчи, леммингов, вдруг появляющихся в гигантских количествах, чтобы броситься в воды океана. При соблюдении некоторых условий энергетическая Вспышка становится началом процесса этногенеза. Гипотеза Гумилева заключается в предположении, что несколько Раз за тысячелетие поверхность нашей планеты подвергается воздействию определенного типа космического излучения, которое вызывает пассионарный толчок, т.е. мутацию гена человека, отвечают за восприятие организмом энергии из внешнего мира.

Академик Владимир Иванович Вернадский - великий русский ученый, естествоиспытатель и мыслитель, создатель новых научных дисциплин, учения о биосфере, учения о переходе биосферы в ноосферу.

По мнению В.И. Вернадского, основные предпосылки (условия)создания ноосферы сводятся к следующему:

1) Человечество стало единым целым. Мировая история охватила как единое целое весь земной шар, совершенно покончила с уединенными, мало зависимыми друг от друга культурными историческими областями прошлого. Сейчас «нет ни одного клочка Земли, где бы человек не мог прожить, если б это было ему нужно».

2) Преобразование средств связи и обмена. Ноосфера - это единое организованное целое, все части которого на самых различных уровнях гармонично связаны и действуют согласованно друг с другом. Необходимым условием этого является быстрая, надежная, преодолевающая самые большие расстояния связь между этими частями, постоянно идущий материальный обмен между ними, всесторонний обмен информацией.

3) Открытие новых источников энергии. Создание ноосферы предполагает столь коренное преобразование человеком окружающей его природы, что ему никак не обойтись без колоссальных количеств энергии.

4) Подъем благосостояния трудящихся. Ноосфера создается разумом и трудом народных масс.

5) Равенство всех людей. Охватывая всю планету как целое, ноосфера по самому своему существу не может быть привилегией какой-либо одной нации или расы. Она дело рук и разума всех народов без исключения.

6) Исключение войн из жизни общества. В наше время война, угрожая самому существованию человечества, встала как самое большое препятствие на пути к ноосфере. Отсюда следует, сто без устранения этой преграды достижение ноосферы практически невозможно и, напротив, уничтожение угрозы войны будет означать, что человечество сделало крупный шаг к созданию ноосферы.

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 для свободной научной мысли.

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

бить болезни.

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

В последнее время пристальное внимание уделяется разработке большого спектра наукоемких технологий - это биотехнологии, информационные технологии, лазерные и микроэлектонные технологии, - которым принадлежит революционизирующая роль на пути человечества от индустриальной (техногенной) цивилизации к постиндустриальной как антропогенной, информационно-компьютерной. Рассмотрим естественнонаучные основы современных технологий.

Концепция информатизации включает прежде всего создание унифицированной в широком спектре приложений и полностью структурированной информационной технологии, охватывающей процессы сбора, накопления, хранения, поиска, переработки и выдачи всей информации, необходимой для информационного обеспечения деятельности. Чтобы информационная технология была унифицированной в широком спектре приложений, в неменьшей степени должны быть унифицированы: представление об информации, т. е. ее классификация и описание параметров основных видов, выделенных в классификационной структуре; структура и общее содержание информационного потока, т. е. процессов генерирования, фиксации и циркуляции информации в целях информационного обеспечения деятельности; перечень и содержание процедур обработки информации во все время и на всех этапах информационного обеспечения деятельности; перечень и содержание методов решения задач обработки информации.

Достижения в микроэлектонике способствовали созданию космических кораблей и управляемых ядерных реакторов.

Лазер – это слово появилось сравнительно недавно. Вначале оно было известно только узкому кругу специалистов-физиков. Популярность его постепенно росла. А в последнее время очень многие не просто слышали о лазере, но и знают о его больших реализованных и потенциальных возможностях. Наиболее широкое распространение получили лазеры на красителях. Называются они так потому, что их рабочая жидкость – раствор анилиновых красителей в воде, спирте, кислоте и других растворителях. Жидкостные лампы могут излучать импульсы света различной длины волны – от ультрафиолетового до инфракрасного света – и мощностью от сотен киловатт до нескольких мегаватт в зависимости от вида красителя. В последнее время разрабатываются химические лазеры, в которых атомы переходят в возбужденное состояние при действии энергии накачки химических реакций.

 Биотехнология дает инструментарий и теоретическую основу для нанотехнологий и когнитивной науки, и даже – для развития компьютерных технологий.  В целом же взаимосвязь нано- и био- областей науки и технологии носит фундаментальный характер.

Современные биотехнологии. Биотехнологии основаны на использовании живых организмов и биологических процессах в промышленном производстве. На базе биотехнологии освоено массовое производство искусственных белков, питательных и многих других веществ. Успешно развиваются микробиологический синтез ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и т.д. Представляет практический интерес синтез других биологически активных веществ – гормональных препаратов и соединений, стимулирующих иммунитет – с применением современных методов генной инженерии и естественных биологических материалов.

Для увеличения продуктов питания весьма важны искусственные вещества, содержащие белки, необходимые для жизнедеятельности живых организмов. Благодаря важнейшим достижениям биотехнологии в настоящее время производится в промышленных масштабах целая гамма искусственных питательных веществ, по многим свойствам превосходящих продукты естественного происхождения.

Современные методы биотехнологии позволяют превратить огромные количества отходов древесины, соломы и других остатков растительных продуктов в ценные питательные белки.