- •Основы современного естествознания введение
- •Раздел 1. Тематический план дисциплины
- •Раздел 2.
- •Краткий курс лекций
- •Лекция 1.
- •Естествознание в мировой культуре
- •1. Предмет, задачи, структура курса «Основы современного естествознания».
- •2. Естествознание в системе форм общественного сознания.
- •3. Философия, математика, гуманитарные и естественные науки и их объекты
- •4. Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Специфика и взаимосвязь естественнонаучного и гуманитарного типов культур
- •5. Проблема постнеклассического межкультурного диалога естественных и гуманитарных наук
- •Лекция 2. Особенности физического описания реальности Современные представления о движении, пространстве и времени.
- •1. Идеальные образы объектов реального мира (твердое тело, материальная точка, частица, вакуум, среда, поле, вихрь, волна)
- •2. Физические характеристики идеальных объектов и представление о способах их описания ( масса; заряды и их действие на расстоянии; заряды как источники полей; «свободные» поля, суперпозиция полей)
- •3. Единицы физических величин
- •Лекция 3. Современные представления о движении, пространстве и времени
- •1. Движение и его виды. Относительность движения
- •2. Законы сохранения и их роль в формировании научной картины мира (законы сохранения энергии, импульса и момента импульса)
- •3. Пространство и время как основные свойства материи
- •Лекция 4. Понятие теплоты и термодинамический способ описания действительности
- •1. Термодинамические системы и их макроскопические храктеристики
- •2. Теплота и механическая работа (закон сохранения энергии)
- •3. Обратимые и необратимые процессы. Равновесное состояние и флуктуации. Закон возрастания энтропии
- •4. Неравновесные системы и их характеристики
- •Реакция Белоусова-Жаботинского
- •5. Бифуркации и аттракторы. Спонтанная самоорганизация в природе и обществе
- •Лекция 5. Квантовые представления о строении вещества и физическая Вселенная
- •1. Квантовые представления о строении вещества (фотоэффект и эффект Комптона, опыты по дифракции электронов и фотонов).
- •2. Современные представления о строении атома (волновые свойства атомов и молекул; лазерное излучение)
- •3. Соотношение неопределенностей и квантово-волновой дуализм
- •4. Представление об элементарных частицах и их взаимодействии. Ядерные взаимодействия. Атомная и термоядерная энергетика
- •5. Квантовая инженерия в наномире
- •Лекция 6. Элементарные частицы и физический эксперимент
- •1. Современные ускорители
- •2. Рождение и аннигиляция элементарных частиц
- •3. Виды взаимодействий элементарных частиц
- •4. Теория кварков
- •Лекция 7. Элементы современной космологии (физическая Вселенная)
- •1. Космические объекты и методы их исследования
- •2. Солнечная система в мире галактик
- •3. Модель Большого взрыва
- •4. Звезды и их эволюция
- •5. Земля в свете антропного принципа
- •Геохронологическая и стратиграфическая шкалы
- •Географическая оболочка Земли
- •Лекция 8. Система современного химического знания
- •1. Химия как наука, современная химическая картина мира (структурные уровни организации материи с точки зрения химии).
- •2. Основные понятия и законы химии (периодический закон и его значение)
- •3. Классификация химических веществ
- •§ 2. Теория строения органических соединений
- •§ 3. Классификация органических соединений
- •§ 4. Высокомолекулярные соединения (полимеры)
- •4. Теория химического строения вещества. Взаимосвязь между строением, свойствами и реакционной способностью вещества
- •Лекция 9. Растворы. Химическая идентификация
- •1. Растворы и их особенности
- •2. Химическая идентификация
- •3. Химические процессы (реакции)
- •4. Химия экстремальных состояний
- •Лекция 10. Современная химия: экономический и социальный аспекты
- •1. Масштабы современного химического производства
- •2. Проблемы сырьевых ресурсов и химия
- •Металлы и их коррозия
- •3. Химические процессы и материалы (традиционные материалы - дерево, стекло, керамика; применение металлов и сплавов, силикатных материалов, полимеров, биологически активных веществ)
- •6.11. Традиционные материалы с новыми свойствами
- •Синтетические материалы.
- •4. Материалы для создания носителей информации. Химия и нанотехнологии
- •5. Химико-энергетические процессы в природе и технике (альтернативные виды топлива, «зеленая химия»)
- •Аккумуляторы для сотовых телефонов. Эффект памяти
- •А теперь подведем итоги.
- •Лекция 11. Роль химии в современном обществе
- •1. Экологические и социальные аспекты химии
- •2. Проблема переработки вторичных ресурсов
- •3. Химия и окружающая среда
- •4. Защита биосферы от химических загрязнений
- •5. Роль химии в решении проблем устойчивого развития цивилизации
- •Лекция 12. Особенности современного биологического знания и его эволюция
- •1. Биология как наука и особенности биологического познания мира
- •2. Фундаментальные и частные биологические теории
- •3. Традиционный, физико-химический, эволюционный и биоинженерный периоды развития биологии. Основные достижения биологии в эти периоды
- •4. Генетическая революция в биологии
- •5. Синергетическая теория эволюции (глобальная эволюция)
- •6. Этические проблемы современной биологии
- •Лекция 13. Современные концепции происхождения и сущности жизни
- •1. Феномен жизни и его исследование
- •2. Отличительные особенности живой и неживой материи
- •3. Основные концепции происхождения жизни
- •5. Идея трансформации биосферы в ноосферу и глобальный эволюционизм
- •Лекция 14. Концепция структурных уровней организации живой материи
- •1. Уровни организации живой природы: молекулярно-генетический, онтогенетический, надорганизменный (популяционно-видовой), популяционно-биоценотический (биогеоценотический)
- •2. Биосферный уровень организации живой материи
- •3. В.И. Вернадский о роли «живого вещества»
- •4. Материальные основы появления жизни на Земле
- •Концепция происхождения живого по гипотезе Опарина-Холдейна
- •5. Возникновение и роль многоклеточных организмов в формировании биосферы Земли Лекция 15. Человек, его место и роль в едином социоприродном комплексе
- •1. Человек как единство биологического, социального и духовного. Генезис человека
- •2. Факторы, закономерности и этапы антропосоциогенеза
- •3. Культура как фактор регуляции (агрессии) человека
- •4. Социобиология и проблема геннокультурной коэволюции
- •5. Биологические предпосылки возникновения социальности человека. Роль социальных факторов в становлении человека
- •4. Перспективы исследования космобиосоциальной сущности человека в современной биологии
- •Биокатализ
- •Генные технологии
- •8 8. Проблемы клонирования
- •2. Достижения и возможные негативные последствия биотехнологий
- •3. Поиск путей развития общества, сохраняющих целостность природы Глава 11 гармония трудовой деятельности людей и природы
- •11.1. Обновление энергосистем
- •11.2. Промышленность, автотранспорт и окружающая среда
- •11.3. Города и природа
- •11.4. Решение проблем утилизации
- •11.5. Перспективные материалы, технологии и окружающая среда
- •4. Ресурсы биосферы и демографические проблемы
- •Лекция 17. Социальное измерение современного естествознания
- •1. Роль научного знания на современном этапе развития общества
- •2. Нелинейное освоение культурой результатов научной деятельности
- •3. Наука и сми
- •5.4. Экологические проблемы сегодня
- •4. Естествознание как основа современных технологий
- •5. Проблема моделирования социокультурных явлений
- •Раздел 3.
- •Семинар 2 . Взаимодействие естественнонаучного и гуманитарного знания
- •Семинар 4. Концепции термодинамики
- •Семинар 5 . Квантовые представления о строении вещества и физическая Вселенная
- •Семинар 6 . Элементарные частицы и физический эксперимент
- •Семинар 7 . Элементы современной космологии (физическая вселенная)
- •Раздел 2. Химия в контексте устойчивого развития общества Семинар 8. Система современного химического знания
- •Семинар 9 . Растворы. Химическая идентификация
- •Семинар 10. Современная химия: экономический и социальный аспекты
- •Семинар 11. Роль химии в современном обществе
- •Раздел 3. Специфика, структура и проблемное поле современного биологического познания Семинар 12 . Особенности современного биологического знания и его эволюции
- •Семинар 13 . Современные концепции происхождения и сущности жизни
- •Семинар 14. Концепция структурных уровней организации живой материи
- •Семинар 15. Человек, его место и роль в едином социоприродном комплексе
- •Семинар 16 . Социальный аспект биологического познания
- •Заключение. Социальное измерение современного естествознания Семинар 17. Перспективы развития естествознания и гуманитарных наук в 21 веке
- •3.2. Перечень вопросов к экзамену (зачету)
- •3.3. Учебно-методические материалы по дисциплине
2. Отличительные особенности живой и неживой материи
Для живой материи характерен ряд свойств, совокупность которых делает живое уникальным феноменом природы. К таким свойствам относятся самовоспроизведение, специфика организации, упорядоченность сложной структуры, целостность, дискретность, рост, развитие, обмен веществом и энергией, наследственность, изменчивость, раздражимость, способность к движению, внутренняя регуляция, специфичность взаимодействия со средой.
Самовоспроизведение или репродукция – это важнейшее свойство, связанное с повторяемостью в неограниченных количествах генераций. Современная биология считает, что жизнь возникла однажды и дальнейшую жизнь дает только живое. На молекулярном уровне самовоспроизведение происходит на матричном уровне синтеза ДНК, которая программирует синтез белков, определяющих особенности организма. Самовоспроизведение поддерживает существование видов и определяет специфику биологической формы движения материи.
Специфика организации живых систем характерна для любых организмов, в результате чего все они имеют строго определенную форму и размеры. Единицей организации живых организмов является клетка, выполняющая ряд функций на основе определенной структуры. Клетка служит основой формирования тканей, органов, систем органов , популяций, видов, биоценозов и экологических систем, образующих биосферу.
Упорядоченность структуры живого связана со сложностью химического состава и возможностями образования молекулярных и надмолекулярных структур. Создание порядка из хаотического движения молекул проявляется у живых объектов и обеспечивает упорядоченность в пространстве и времени. Упорядоченность живых структур связано с использованием ресурсов внешней среды.
Целостность (непрерывность) дополняется свойством дискретности (прерывности) живых систем. Жизнь – это определенная целостность, которая обладает дискретными структурными элементами и функциями. Например, субстрат жизни, представленный нуклеопротеидами как целостность, но обладает дискретностью, поскольку нуклеопротеиды состоят из нуклеиновой кислоты и белков различного типа. В свою очередь нуклеиновая кислота и белки, являясь целостными соединениями, обладают дискретными свойствами и состоят из нуклеотидов и аминокислот соответственно. Репликация молекул ДНК представляет собой непрерывный процесс, который дискретен в пространстве и времени. Процесс передачи наследственной информации представляется непрерывным и одновременно он представлен стадиями репликации, транскрипции и трансляции.
Таким образом любые явления и объекты в живой системе можно представить как непрерывные процессы целостные элементы, которые в свою очередь можно представить как определенную последовательность дискретных состояний более мелких структурных компонентов.
Рост и развитие два взаимосвязанных процесса, которые обусловлены увеличением числа и размеров клеток, а также развитием структуры и функций организма, что проявляется в усложнении организма и его функций. В процессе онтогенеза происходит формирование признаков в результате взаимодействия генотипа с условиями внешней среды. Филогенез сопровождается проявлением широкого разнообразия организмов и органической целесообразностью. Процессы роста и развития осуществляются под влиянием генетического контроля и нейрогуморальной регуляции.
Важнейшим свойством живой материи является обмен веществом и энергией, как во внутренней структуре организма, так и с внешней средой. Клетки живого организма получают энергию из внешней среды в различных формах, например, в процессе фотосинтеза. Вся химическая работа живого организма – синтез структурных компонентов клетки, осмотической работы по разделению веществ, транспортировка необходимых веществ в организме и другие ее виды осуществляются именно за счет внешней энергии, преобразованной на биологическом уровне.
Клетка является изотермической системой, в которой непрерывно протекают процессы ассимиляции и диссимиляции, поддерживающие ее жизнедеятельность. В значительной степени эти процессы регулируются ферментами, которые выступают катализаторами, ускоряя многократно обменные процессы.
Наследственность обеспечивает материальную преемственность между родителями и потомством, между целыми поколениями организмов различных видов, обеспечивая непрерывность и устойчивость самой жизни. Материальной основой преемственности поколений и устойчивости жизни является передача генов от родителей к потомству. Именно в генах зашифрована информация о структуре и качествах белков, что обеспечивает ее стабильность на протяжении многих поколений.
Изменчивость как альтернативное свойство связана с появлением у организмов отличительных признаков, которые определяются изменениями в генетических структурах. Параллельно протекающие процессы наследственности и изменчивости создают необходимые условия для эволюционных изменений в природе.
Раздражимость как реакция живого на внешнее раздражение является характерным свойством живой материи. Перечень раздражителей довольно широк, например: свет, температура среды, электрический ток, звук, механические и химические воздействия и др. Формы проявления реакций на раздражители зависит от уровня организации живого. У простейших живых организмов это связано с выделением токсинов, тропизмов, настий и др. У более сложных организмов, имеющих нервную систему, раздражимость проявляется через рефлекторную деятельность. У человека кроме сигнальной системы первого уровня сформировалась вторая сигнальная система в форме речевой активности. Избирательные реакции на внешние раздражители среды регулируют отношения организма и способствуют формированию единства среды и организма.
В отличие от неживой материи живые организмы способны осуществлять не только хаотическое, но и направленное движение. Движение наблюдается уже на клеточном уровне, но наиболее выраженным оно является в мышечном движении многоклеточных животных организмов.
Процессы, протекающие в клетках живых организмов, подвержены регуляции на основе механизмов химических реакций с участием ферментов. Схема такой регуляции может быть представлена следующей последовательностью – синтез- распад- ресинтез. В основе регуляции синтеза белков лежат механизмы репрессии, индукции и позитивного контроля. Сами ферменты подвержены регуляции на основе обратной связи, заключающейся в ингибировании конечным продуктом. В регуляции активности клеток организма принимают участие гормоны, которые осуществляют химическую регуляцию. Для живого характерна саморегуляция под влиянием внешних физических или химических повреждающих факторов. Механизм в этом случае основан на действии контролирующих генов, что способствует сохранению стабильности генетического материала.
Важнейшей особенностью живых организмов является их существование в условиях определенной внешней среды, которая является источником строительного материала и энергии для организма. В рамках термодинамических представлений любой живой организм представляет собой открытую систему, что позволяет ему обмениваться со средой энергией и веществом. Необходимо отметить роль абиотических факторов, которые также оказывают существенное влияние на живые организмы. Организмы могут адаптироваться к определенной среде, вести поиск соответствующей среды или покидать не пригодную для существования среду. Формами адаптивной реакции является физиологический гомеостаз, т.е. способность противостоять факторам среды сохраняя стабильное биохимическое состояние; гомеостаз развития – способность изменять отдельные реакции или состояния при сохранении основных свойств. Адаптивные реакции определены нормой, которая детерминируется генетически и имеет свои пределы. Между абиотической природой и живыми организмами существует единство, основанное на взаимозависимости и взаимосвязи. Отдельные свойства из перечисленных характерны и для неживой природы, но только их проявление в комплексе позволяет говорить о принадлежности объекта к живому миру.
Различают следующие уровни организации живого:
- молекулярный;
- клеточный;
- тканевый;
- органный;
- организменный;
- популяционный;
- видовой;
- биоценотический;
- биосферный.