Шпоры по КСЕ2 / 43-48

43. Гипотезы о возникновении планетных систем.

Гипотеза Канта-Лапласа. Кант предположил, что Солнечная система образовалась из космического облака, или «хаоса». Формируясь из сгущений, возникших в первичной туманности, планеты отдалялись от нее и от Солнца центробежными силами. Идею Канта поддержал Лаплас, однако, согласно его гипотезе планеты образовались в результате отделения от раскаленного протосолнца газовых колец, их охлаждения и конденсации. Кольца разделялись на несколько масс, образовавших затем разные планеты. Эта гипотеза получила название небулярной гипотезы Канта Лапласа. Поскольку формирование колец и планет происходило в условиях вращения туманности и действия центробежных сил, эта гипотеза называется еще и ротационной.

Гипотеза Джинса. Гипотеза Канта-Лапласа не объясняла больших размеров орбит планет-гигантов. Она не могла объяснить также и тот факт, что момент количества движения (кинетический момент) планет приблизительно в 29 раз больше момента количества движения Солнца, а это противоречит закону сохранения кинетического момента. Для разрешения этого противоречия появились так называемые «катастрофические гипотезы», к которым относится гипотеза Джинса. Согласно ей некая звезда прошла неподалеку от Солнца и вызвала мощные приливы на нем, принявшие форму газовых струй, из которых впоследствии образовались планеты. Из этой гипотезы следовал вывод об уникальности Солнечной системы.

Гипотеза Шмидта. Советский ученый Шмидт предположил, что Солнце, вращаясь вокруг центра Галактики, могло захватить материю, обладающую достаточным моментом количества движения. Расчеты Шмидта, в частности, показали, что начальный период обращения Солнца был очень большим, а затем должен был уменьшиться до 20 суток. В действительности он равен 25 суткам, и такое совпадение считается хорошим.

В настоящее время ученые склоняются к различным вариантам небулярной гипотезы. Ожидается, что новый свет на загадку образования Солнечной системы прольют дальнейшие исследования планет земной группы и планет-гигантов с помощью автоматических космических станций.

44. Антропный принцип (АП).

Место чела во Вселенной в науке 20 в. часто рассматривается на основе АП, который утверждает, что существование и развитие человека обусловлено закономерностями Вселенной, что он занимает во Вселенной привилегированное положение, т.е. Вселенная – дом человека.

Истоки АП связывают с идеями Циолковского. По его мнению, материя породила человека в ходе эволюции, чтобы двигаться к высшему уровню своего развития и при помощи человека познать себя. Согласно Циолковскому, соц. организованное человечество, накопив большой запас знаний, вступит в космическую эру. В результате развития по повторяющимся космическим циклам, человек достигнет высочайшего уровня (абс. знания).

Само понятие АП появилось уже во второй половине 20-го века. По совр. представлениям этот принцип вытекает из вз_связи мировых констант (скорость света, гравитационная постоянная, постоянная Планка, масса электрона и др.). Он был сформулирован в 1961 г. АП утверждает, что мир таков, каков он есть, потому что в противном случае некому было бы спрашивать, почему он таков.

Действительно, свойства окружающего нас мира явились результатом определенной согласованности соответствующих фундаментальных констант, так, например, ослабление на несколько порядков константы сильных взаимодействий привело бы к тому, что на ранних стадиях расширения Вселенной образовывались, в основном, только тяжелые элементы, и в мире не было бы источников энергии (водорода и его соединений). Если бы гравитационная постоянная была бы на несколько порядков меньше, то не возникло бы условий (достаточного сжатия протозвезды) для начала ядерных реакций в звездах и т.д.

Седня говорят о слабой (СлАП) и сильной (СнАП) версии АП принципа. В СлАП утверждается о благоприятных локальных условиях для жизни чела, её: то, что мы ожидаем наблюдать, должно быть ограничено условиями, необходимыми для нашего существования как наблюдателей.

СнАп считает, «что человек не просто наблюдает Вселенную, а придает ей смысл существования. Человек не просто является мерой всех вещей, но и их творцом».

Наиболее разумно антропный принцип может быть истолкован следующим образом: Инфляционные сценарии (т.е. сценарии «раздувания», расширения Вселенной) не исключают возможности разделения Вселенной в процессе своего рождения на неограниченно большое число мини-вселенных. Т.е. можно сказать, что мы живем во вселенной с определенными свойствами пространства-времени и материи не потому, что другие вселенные невозможны, а потому, что вселенные подобно нашей существуют. В других же вселенных жизнь нашего типа невозможна.

Подводя итог, можно сказать, что совр. ЕЗ, используя антропный принцип, рассматривает чела как уникальный и естественный результат эволюции Вселенной.

45. Образование Земли и химическая дифференциация вещества.

В процессе эволюции Земли складывались определенные пропорции различных элементов. В веществе планет, комет, метеоритов, Солнца присутствуют все элементы периодической системы, что доказывает общность их происхождения, однако количественные соотношения различны. Количество атомов какого-либо химического элемента в различных природных системах принято выражать по отношению к кремнию , поскольку кремний принадлежит к обильным и труднолетучим соединениям.

С ростом порядкового номера распространенность элементов убывает, но не равномерно. Примечательно, что элементы с четным порядковым номером, особенно элементы с массовым числом кратным 4 более распространены. К ним, в частности, относятся He, CO, Ne, Mg, Si, S, Ar, Ca. Дело в том, что этим массовым числам соответствуют устойчивые ядра. Американские космохимики Г.Юри и Г.Зюсс писали по этому поводу следующее: “...распространенность химических элементов и их изотопов определяется ядерными свойствами, и окружающее нас вещество похоже на золу космического ядерного пожара, из которого оно было создано”.

К важнейшим свойствам Земли, определяющим ее происхождение и химическую эволюцию, относится радиоактивность. Все первичные планеты были сильно радиоактивны. Нагреваясь за счет энергии радиоактивного распада, они подвергались химической дифференциации, которая завершилась формированием внутренних металлических ядер у планет земной группы.

Литофильные элементы, т.е. элементы, образующие твердые оболочки планет (Si, O, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K) переходили вверх, выделение газов из расплавленного вещества мантий при выплавлении легкоплавких фракций, приводила к базальтовым расплавам, которые также изливались на поверхность планет. Газовые компоненты, вырывающиеся вместе с ними, дали начало первичным атмосферам, которые смогли удержать только сравнительно крупные планеты, к которым относилась и Земля.

Вещества образовались еще на последних стадиях остывания протопланетного облака. Впоследствии на Земле они привели к возникновению жизни.

46. Общая теория химической эволюции и биогенеза.

В 60-х годах 20-го века было экспериментально установлено, что в ходе хим. эволюции (ХЭ) отбирались те хим. структуры, которые способствовали резкому повышению активности и избирательной способности катализаторов. Это позволило профессору МГУ Руденко в 1964 г. теорию саморазвития открытых каталитических систем, которая по праву можно считать общей теорией хемо и биогенеза.

Сущность этой теории состоит в том, что ХЭ представляет собой саморазвитие каталитических систем, и, следовательно, эволюционирующим веществом являются катализаторы.

Руденко сформулировал и основной закон ХЭ: с наибольшей скоростью и вероятностью образуются те пути эволюционных изменений катализатора, на которых происходит максимальное увеличение его абсолютной активности.

Саморазвитие, самоорганизация систем может происходить только за счет постоянного притока энергии, источником которой является основная, т.е. базисная реакция. Из этого следует, что максимальные эволюционнные преимущества получают каталитические системы, развивающиеся на базе экзотермических реакций.

На ранних стадиях ХЭ мира катализ отсутствовал. Первые проявления катализа начинаются при понижении температуры до 5000 К и ниже и образовании первичных твердых тел. Полагают также, что когда период хим. подготовки, т.е. период интенсивных и разнообразных хим. превращений сменился периодом биологической эволюции, ХЭ как бы застыла.

Прикладное значение эволюционной химии. Эволюционная химия не только помогает раскрыть механизм биогенеза но и позволяет разработать новое управление химическими процессами, предполагающее применение принципов синтеза себе подобных молекул и создание новых мощных катализаторов, в том числе биокатализаторов – ферментов, а это, в свою очередь, является залогом решения задач по созданию малоотходных, безотходных и энергосберегающих промышленных процессов.

47. Предмет изучения, задачи, методы и направления биологии.

Биология – совокупность или система наук о живых системах. Предмет изучения Б. – все проявления жизни, а именно: 1) строение и функции живых существ и их природных сообществ; 2) распространение, происхождение и развитие новых существ и их сообществ; 3) связи живых существ и их сообществ друг с другом и с неживой природой. Задачи биологии состоят в изучении всех биологических закономерностей и раскрытии сущности жизни. При этом в биологии используется ряд методов, характерных для естественных наук: наблюдение (позволяет описать биол. явление); 2) сравнение (дает возможность найти закономерности, общие для разных явлений); 3) эксперимент (позволяет выявить глубоко лежащие (скрытые) свойства биол. объектов); 4) исторический метод (позволяетраскрывать законы развития живой природы) и др.

Можно также говорить о трех магистральных направлениях биологии. Традиционная биология (ТБ). Ее объектом изучения является живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности. Истоки ТЮЮ восходят к средним векам. Функционально-химическая биология (ФХБ), отражающая сближение биологии с точными физико-химическими науками. Особенность ФХБ – широкое использование экспериментальных методов. Эволюционная биология (ЭБ) - изучает закономерности исторического развития организмов. В настоящее время предпринимаются попытки синтеза этих трех направлений («образов») биологии и оформления самостоятельной дисциплины – теоретической биологии.

Целью теоретической биологии является познание самых фундаментальных и общих принципов, законов и свойств, лежащих в основе живой материи.

48. Специфика и системность живого.

Под биологической (живой) системой понимается совокупн. вз_действующих элементов, которая образует целостный объект, имеющие новые качества, не свойственные входящим в систему качеств элементов.

Таким образом, живой, целостной системе присущи следующие качества: множественность элементов, наличие связей между элементами и с окружающей средой, согласованная организация взаимоотношений элементов как в пространстве, так и во времени, направленное на осуществление функций системы.

Жизнь – высшая из природных форм движения материи, она характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения.

Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой, они не только изменяются, но и усложняются. Им присуща способность самовоспроизводства на основе генетического кода. Они получают энергию из внешней среды, используя ее на поддержание собственной упорядоченности. Живые организмы активно реагируют на внешнюю среду и им присуща молекулярная хиральность (молекулярная диссиметрия) и высокая приспособляемость к внешней среде

1. Живые системы – самоуправляющиеся, саморегулирующиеся, самоорганизующиеся системы.

Саморегуляция – свойство живых систем автоматически устанавливать и поддерживать на определенном уровне те или иные физиологические (или другие) показатели системы. Самоорганизация – свойство живой системы приспособляться к изменяющимся условиям за счет изменения структуры своей системы управления. При саморегуляции и самоорганизации управляющие факторы воздействуют на систему не извне, а возникают в ней самой в процессе переработки информации, которой живая система обменивается с внешней средой. Это означает, что живые системы – самоуправляющиеся системы. Живые системы – самовоспроизводящиеся системы, которым характерна: изменчивость, способность к росту и развитию, раздражимость, целостность и дискретность.

Специфика живого заключается в том, что ни один из перечисленных признаков (а их число составляет по данным разных ученых до 20-30) не является самым главным, определяющим для того, чтобы систему можно назвать целостной живой системой. Только наличие всех этих признаков вместе взятых позволяет провести границу между живым и неживым в природе. Единственный способ дать определение живому – перечислить основные свойства живых систем.