- •Тема 1. Лекция
- •1.1. Наука. Функции науки
- •1.2. Естествознание – комплекс наук о природе
- •1.3. Методы естественнонаучных исследований
- •Тема 2. Лекция
- •2.1. Материя и ее свойства
- •2.2. Фундаментальные взаимодействия
- •Характеристики фундаментальных взаимодействий
- •2.3. Тепловое излучение. Рождение квантовых представлений
- •2.4. Гипотеза де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме свойств частиц
- •2.5. Опыты Резерфорда. Модель атома Резерфорда
- •2.6. Теория Бора для атома водорода. Постулаты Бора
- •2.7. Атом водорода в квантовой механике
- •2.8. Многоэлектронный атом. Принцип Паули
- •2.9. Квантово-механическое обоснование Периодического закона д. И. Менделеева
- •2.10. Основные понятия ядерной физики
- •2.11. Радиоактивность
- •Тема 3. Лекция
- •3.1. Ньютоновская концепция абсолютного пространства и времени. Законы движения
- •3.2. Законы сохранения
- •3.3. Принципы современной физики
- •3.4. Понятие о состоянии системы. Лапласовский детерминизм
- •3.5. Специальная теория относительности (сто)
- •3.6. Начала термодинамики. Представления об энтропии
- •Тема 4. Лекция
- •4.1. Химия как наука. Краткая историческая справка. Проблемы и перспективы современной химии
- •4.2. Химический элемент. Строение атома. Периодический закон
- •4.3. Химическое соединение, химическая связь
- •4.4. Химическая реакция, ее скорость, кинетика и катализ, биокатализаторы
- •4.5. Взаимосвязь химического строения и структуры неорганических и органических соединений
- •4.6. Эволюционная химия – отбор химических элементов во Вселенной
- •4.7. Концептуальные системы химических знаний
- •Тема 5. Лекция
- •Определения и терминология
- •Тема 6. Лекция
- •6.1. Общие представления о Вселенной
- •6.2. Галактики
- •6.3. Звезды
- •6.4. Солнечная система
- •Тема 7. Лекция
- •7.1. Форма и размеры Земли
- •7.2. Космические ритмы
- •7.3. Зональные комплексы
- •7.4. Комплексные природные зоны
- •7.5. Понятие о литосфере
- •7.6. Геологическое летосчисление
- •Геохронологическая шкала
- •7.7. Рельефообразующие процессы
- •Описание разрушений во время землетрясения и их соответствие баллам по шкалам Меркалли и Рихтера
- •7.8. Основные формы рельефа Земли
- •Классификация форм рельефа по их размерам
- •7.9. Минеральные ресурсы литосферы
- •Залежи полезных ископаемых в зависимости от строения и возврата участка земной коры и форм рельефа
- •7.10. Гидросфера
- •7.11. Атмосфера
- •7.12. Общие представления о географической оболочке
- •Тема 8. Лекция
- •8.1. Электромагнитные взаимодействия как определяющие химический и биологический уровень организации материи
- •8.2. Симметрия и асимметрия в природе
- •8.3. Самоорганизация природы (понятие синергетики)
- •8.4. Основные свойства самоорганизующихся систем Открытые системы
- •8.5. Представление о жизни в современном естествознании
- •8.6. Структурные уровни организации живой материи
- •Обзор царств организмов и некоторых важных подгрупп (по 3. Брему и и. Мейнке, 1999)
- •8.7. Гипотезы происхождения жизни
- •8.8. Физико-химические предпосылки для зарождения жизни на Земле
- •8.9. Теории эволюции органического мира Начальные этапы биологической эволюции
- •Возникновение и распространение организмов в истории Земли (по з. Брему и и. Мейнке, 1999 г.)
- •8.10. Основы генетики История возникновения генетики
- •Тема 9. Лекция
- •9.1. Биосфера, ее структура и функции
- •9.2. Живое вещество как системообразующий фактор биосферы
- •9.3. Биосфера – экосистема планетарного масштаба
- •9.4. Принципы устройства биосферы
- •9.5. Превращение биосферы в ноосферу
- •Тема 10. Лекция
- •10.1. Происхождение человека
- •10.2. Сходство и отличие человека и животных
- •10.3. Стадии эволюции человека
- •10.4. Соотношение биологического и социального в человеке
- •10.5. Здоровье человека. Демографические проблемы
- •10.6. Работоспособность и творчество
- •Тема 11. Лекция
- •11.1. Задачи, методы экологии как науки
- •11.2. Среды жизни, экологические факторы
- •Сравнительная характеристика сред жизни и адаптации к ним живых организмов
- •11.3. Современные экологические проблемы
- •11.4. Загрязнение окружающей среды
- •11.5. Влияние неблагоприятных экологических факторов на состояние здоровья человека
- •11.6. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды
- •11.7. Экологическое образование
Тема 8. Лекция
ЖИВАЯ МАТЕРИЯ
8.1. Электромагнитные взаимодействия как определяющие химический и биологический уровень организации материи
Живое вещество, как и вся материя Вселенной, состоит из атомов и молекул, для которых уже известны определенные законы поведения, в том числе на квантово-молекулярном уровне. В этом смысле при научном познании живого представляется вполне возможным применение физических представлений и моделей по исследованию развития природы и закономерностей процессов, проходящих в живом организме. По этому поводу советский физико-химик и биофизик М. В. Волькенштейн писал: «В биологии как в науке о живом возможны только два пути: либо признать невозможным объяснение жизни на основе физики и химии, либо такое объяснение возможно и его надо найти, в том числе на основе общих закономерностей, характеризующих строение и природу материи, вещества и поля».
По мнению многих исследователей, изучение проблем генетического кода, молекулярной природы наследственности и т. д. на заключительном этапе сводится к квантово-механическому объяснению всех этих явлений. В связи с этим следует отметить, что атомно-молекулярное толкование большинства явлений живого на сегодняшний день представляется наиболее верным. Вероятно, что живой и неживой природой управляют одни законы, однако механизм их проявления разный, что подтверждается синергетикой как наукой о неравновесных системах и самоорганизации.
Существование физических полей разной природы в живых организмах представляет значительный интерес. Это связано с одной стороны с раскрытием сущности физики живого, а с другой – с взаимодействием полей живых организмов с полями окружающей природной среды, обусловленными главным образом гелио– и геофизическими факторами. Эти взаимодействия обеспечивают живому организму необходимый ему объем информации в процессе жизнедеятельности. Функционирование всех систем живого организма динамично отражается в мозаике физических полей и излучений, исходящих из него, которые, в свою очередь, зависят от параметрических изменений естественных фоновых полей и излучений, окружающих живой организм.
Идентификация полей и излучений, например, человеческого организма сейчас широко используется в медицине для определения динамики различных физиологических процессов и выявления «неполадок» в функционировании определенных органов. Поэтому физические поля и излучения живого организма как бы есть своеобразное «табло» его физиологических процессов. Например, человеческий организм способен продуцировать инфракрасное излучение (ИК) и излучения сверхвысокой частоты (СВЧ), электромагнитные поля (ЭМП) и излучения (ЭМИ) и т. д. По существу, живой организм окружен биополем, под которым следует понимать присущую ему совокупность физических полей.
Электромагнитное взаимодействие обусловливается электрическими и магнитными зарядами. Электрический заряд всегда связан с элементарными частицами. Магнитные силы порождаются движением электрических зарядов, то есть электрическими токами. Согласно закону Кулона, сила электрического взаимодействия будет силой притяжения или отталкивания в зависимости от знаков взаимодействующих зарядов. Видимый свет, являющийся основой существования зеленых растений, синтезирующих органическое вещество на Земле, да и всего живого, является электромагнитным излучением определенного диапазона частот.
Согласно теории советского биохимика А. И. Опарина электромагнитные излучения Солнца и электрических разрядов явились энергетической основой абиогенного происхождения жизни. Именно с их помощью происходил процесс образования биомолекул: аминокислот, нуклиотидов, полисахаридов, белковых комплексов, а затем клетки как главной структуры живого.
Электромагнитные поля и электромагнитные излучения являются основными видами излучения для живых организмов. Почти все носители информации, воспринимаемые нашими органами чувств, имеют электромагнитную природу. Электромагнитные взаимодействия характеризуют структуру и поведение атомов, отвечают за связи между молекулами различных веществ, таким образом определяя химические и биологические явления.
Электромагнитные поля и излучения в живом организме связаны с возникновением, движением и взаимодействием электрических зарядов в процессе его онтогенеза. На клеточном уровне они возникают при работе митохондрий, на органном и организменном уровнях – при работе сердца и токе крови в сосудах, при нервных и мышечных сокращениях.
Электрические явления в живом организме характеризуются определенными последовательностями электрических импульсов и ритмами определенной характеристики, поскольку в каждом органе вырабатываются свои определенные, специфические электроколебательные процессы. Ритмичность и частота колебаний этих процессов зависят от степени активности организма (сон, бег, сильный стресс и т. д.). В свою очередь, активность физиологического состояния организма (например, человека) и его работоспособность также зависят от биоритмов и периодически меняются сообразно времени суток. Биологические ритмы как следствие эволюционного процесса проявляются на всех уровнях организации живой материи, начиная с клеток и заканчивая биосферой.
Ритмичность на уровне клеток живого организма определяется биохимическими колебательными процессами, связанными с движением ионов, необходимых для жизнедеятельности клетки (К+,Са2+ и др.), как вовнутрь клетки, так и из нее. Доказано, что общим регулятором внутриклеточных процессов являются ионы кальция. Именно они и их концентрация обеспечивают биологические ритмы клеток.
Ритмичность на уровне растительных организмов проявляется в годовом изменении темпов роста, суточном движении листьев; на уровне животных организмов в темпах двигательной активности, в колебаниях температуры, функционировании органов внутренней секреции, синтеза гормонов, белков, половой активности и т. д. Американский математик и кибернетик Н. Винер писал, что «именно ритмы головного мозга объясняют способность чувствовать время». Чем сложнее система, тем она обладает большим количеством биоритмов. Биоритмы определяют биологическое время и свойственны неравновесным самоорганизующимся живым системам.
Интенсивность физико-химических процессов в мембране и, следовательно, в самой клетке определяется величиной мембранного потенциала. Это значит, что энергия электрического поля в мембранах, подобно конденсаторам, играет важную роль в поддержании устойчивого/неустойчивого равновесия и рассматривается как резерв свободной энергии. Эта энергия, наряду с энергией АТФ (аденозинтрифосфат) и перекисного окисления липидов необходима живому организму для функционирования и развития.
Биохимические реакции в живом организме обусловлены биологическим током, возникающим при движении электронов и, в основном, ионов. При этом возрастает роль поляризации клеток и биополимерных молекул, роль структуры воды в процессах метаболизма. Изменения электрических свойств организмов связано с перераспределением в них электрических зарядов при их движении. Это же происходит и в потоке крови. Крови свойственны электропроводность и магнетизм. При ее движении по сосудам возникают электродинамические, электромагнитные и гидродинамические взаимодействия со стенками сосудов.
Следовательно, электромагнитные взаимодействия являются атрибутом существования живой материи на любом уровне ее организации. Живые организмы буквально плавают в море всевозможных физических полей – как внутренних, вырабатываемых самими организмами, так и внешних.