Вопрос 16 Уровни организации материи.

В структуре материального мира выделяют прежде всего мир живой и неживой природы. Однако развитие современной науки показало, что это деление относительно условно, поскольку все живое - растения и животные - существуют за счет превращения химических веществ.Кроме того, все многообразие известных человечеству объектов и свойственных им явлений принято разделять на три различных уровня - микро-, макро- и мегамиры. Микромир - это мир атомов и элементарных частиц. Макромир - мир объектов "средней величины" от молекул до всей Земли в целом.

Но и этот столь хорошо знакомый всем мир заставляет современную науку искать ответы на неразрешенные еще вопросы о происхождении и эволюции жизни, о природе процессов мышления. Современной наукой доказано, что при определенных условиях химические процессы могут естественным путем приводить к образованию простейших биологических молекул.Это - начальный этап формирования единой научной картины возникновения жизни от простых молекул до высших форм животных. Проблема происхождения и природы мышления является несравненно более сложной. В настоящее время предположено К.Х. Рахматуллиным еще два гипотетических уровня: гипомир (микромир в микромире) и гипермир (сверхмегамир). Однако они не стали пока экспериментально наблюдаемыми, достоверно установленными. Представления о микромире менялись со временем. Мысль о том, что материя состоит из отдельных частиц, впервые была высказана Левкипом из Милета (Др. Греция) в V в. до н. э. Эту идею развил его ученик Демокрит, который и ввел слово "атом" (от греч. "атомос", что значит "неделимый"). В начале XIX века Джон Дальтон возродил это слово, полагая, что атом - это крошечная неделимая частица материи, принимающая участие в химических реакциях.

В 1897 году Дж. Дж. Томпсон (1856-1940) установил, что атомы могут испускать еще меньшие отрицательно заряженные частицы, которые позднее были названы электронами Томпсон предположил, что электроны рассеяны в положительно заряженном атоме, подобно изюминкам в булке, создавая электронейтральную структуру. Беккерель обнаружил, что атомы урана самопроизвольно испускают излучение. Известны три формы этого излучения: a - излучение заряженных ядер 24Не, b - отрицательно заряженных электронов, гамма - излучение, не несущее заряда, которое сопутствует а и b излучениям В 1911 г. Э. Резерфорд предложил совершенно новую модель атома - планетарную. Согласно модели Резерфорда, основная масса атома сосредоточены в центральном ядре, вокруг которого движутся электроны. Позже Резерфорд установил, что положительный заряд ядра несут частицы более тяжелые, чем электрон. Он назвал их протонами. Число протонов называют атомным номером, причем оно всегда равно числу окружающих ядро электронов. Модель атома Резерфорда, была неустойчивой, так как вращающиеся электроны, теряя энергию, должны были бы упасть на ядро. Датский физик Нильс Бор, усовершенствовал модель атома на основе квантовой теории. Впервые идея квантования была высказана Максом Планком в 1900г для объяснения механизма излучения тепла и света нагретым телом. Бор постулировал, что электрон в атоме водорода может существовать только на фиксированных орбитах

Эти процессы происходят, когда электрон "перепрыгивает" с одной фиксированной орбиты на другую. По современным представлениям орбиты Бора- не точные траектории электрона, а места его наиболее вероятного обнаружения в атоме.Луи де Бройлем выдвинул идею корпускулярно-волнового дуализма, согласно которой частицы имеют двойственную природу "частицы" и "волны". Английский физик П.А. Дирак предсказал существование позитрона - античастицы электрона, которая экспериментально была открыта в 1934 г.Частицы удерживаются друг возле друга, участвуя в различных взаимодействиях. Установлены четыре типа взаимодействий. Гравитационное, электромагнитно, сильное и слабое. Гравитационное взаимодействие вызывает притяжение между объектами пропорционально их массе (действует на макроуровне).Электромагнитное взаимодействие имеет место между частицами, обладающими электрическим зарядом. Оно гораздо сильнее гравитационного и обуславливает притяжение между ядрами и электронами.Протоны и нейтроны (нуклоны) в ядре сильно связаны, несмотря на электромагнитное отталкивание между протонами. Это так называемое сильное взаимодействие.Оно примерно в 1000 раз сильнее электромагнитного и действует на расстояниях, срав-нимых с размером ядра.При b-распаде, в котором нейтрон превращается в протон, электрон и антинейтрино имеет место слабое взаимодействие, которое в триллион раз слабее электромагнитного.Предложены различные способы объяснения взаимодействий. В одном из них используют понятие сил поля. В другой модели взаимодействия, основанной на квантовой механике, используется идея обмена виртуальными частицами. Две заряженные частицы взаимодействуют, испуская и поглощая фотоны. Гравитационное взаимодействие объясняют обменом гипотетическими частицами, называемыми гравитонами.В 1935г. Хидеки Юкава предположил, что сильное взаимодействие, "обусловлено обменом пи-мезоном или пионом, значение массы которой лежит в пределах между массами протона и электрона.Другая частица, промежуточный векторный бозон, была предложена для объяснения слабых взаимодействий, но обнаружить ее до сих пор не удалосьПри исследованиях космических лучей и в экспериментах, проведенных на ускорителях, было открыто много других частиц. Сейчас известно более 400 элементарных частиц, большинство из которых нестабильно.Они характеризуются определенной массой, зарядом и средним временем жизни частицы. Частицы, участвующие в сильных взаимодействиях, называются адронами.Частицы, не принимающие участия в сильных взаимодействиях, называются лептонами, среди них - электроны и нейтрино. Согласно одной из гипотез, известные ныне субатомные частицы состоят из более элементарных частиц - кварков.Одной из задач физика высоких энергий видит в создании единой теории, связывающей все типы взаимодействий элементарных частиц.

Вопрос 17 Уровни живой материи.

УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ сложившееся к 60-м гг. 20 в. представление о структурности живого. Жизнь на Земле представлена индивидуумами определённого строения, принадлежащими к определённым систематич. группам, а также сообществами разной сложности. Индивидуумы обладают молекулярной, клеточной, тканевой, органной структурностью; сообщества бывают одновидовые и многовидовые. Индивидуумы и сообщества организованы в пространстве и во времени. По подходу к их изучению можно выделить неск. основных У. о. ж. м. на базе разных способов структурно-функц. объединения составляющих элементов: молекулярный, субклеточный, клеточный, органотканевый, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биогеоценотический, биосферный. На биосферном уровне совр. биология решает глобальные проблемы, напр. определение интенсивности образования свободного кислорода растит, покровом Земли или изменения концентрации углекислого газа в атмосфере, связанного с деятельностью человека. На биогеоценотическом и биоценотическом уровнях ведущими являются проблемы взаимоотношений организмов в биоценозах, условия, определяющие их численность и продуктивность биоценозов, устойчивость последних и роль влияний человека на сохранение биоценозов и их комплексов. На популяционно-видовом уровне изучают факторы, влияющие на численность популяций, проблемы сохранения исчезающих видов, динамики генетич. состава популяций, действие факторов микроэволюции и т. д. Для хоз. деятельности человека важны такие проблемы популяционной биологии, как контроль численности видов, наносящих ущерб хозяйству, поддержание оптимальной численности эксплуатируемых и охраняемых популяций. На организменном уровне изучают особь и свойственные ей как целому черты строения, физиол. процессы, в т. ч. дифференцировку, механизмы адаптации (акклимации) и поведения, в частности — нейрогумоарльные механизмы регуляции, функции ЦНС. На органотканевом уровне осн. проблемы заключаются в изучении особенностей строения и функций отд. органов и составляющих их тканей. Особый У. о. ж. м.— клеточный; биология клетки (цитология) — один из осн. разделов совр. биологии, включает проблемы морфологич. организаций клетки, специализации клеток в ходе развития, функций клеточной мембраны, механизмов и регуляции деления клетки. Эти проблемы имеют особенно важное значение для медицины, в частности, составляя основу проблемы рака. На уровне субклеточных, или надмолекулярных, структур изучают строение и функции органоидов (хромосом, митохондрий, рибосом и др.), а также др. включений клетки.Молекулярный уровень составляет предмет молекулярной биологии, изучающей строение белков, их функции как ферментов или элементов цитоскелета, роль нуклеиновых к-т в хранении, репликации и реализации генетич. информации, т. е. процессы синтеза ДНК, РНК и белков. На этом уровне достигнуты большие прак-тич. успехи в области биотехнологии и генной инженерии. Разделение живой материи и проблем биологии по уровням организации хотя и отражает объективную реальность, но в то же время является условным, т. к. почти все конкретные задачи биологии касаются одновременно неск. уровней, а нередко и всех сразу. Напр., проблемы эволюции или онтогенеза не могут рассматриваться только на уровне организма, т. е. без молекулярного, субклеточного, клеточного, органотканевого, а также популяционно-видового и биоценотич. уровней; проблема регуляции численности опирается на мол. уровень, но касается также всех вышестоящих, включая такие аспекты, как, напр., загрязнение всей биосферы. По наличию специфич. элементарных единиц и явлений считается достаточным выделение 4 осн. У. о. ж. м. (табл.). Представление об У. о. ж. м. наглядно отражает системный подход в изучении живой природы. (см. БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ).