- •Тема 1. Естествознание как единая наука о природе. Важнейшие закономерности развития естествознания.
- •1.2. Натурфилософский этап естествознания.
- •1.1. История развития естествознания.
- •1.2. Натурфилософский этап естествознания.
- •1.3. Естествознание в средние века.
- •1.4. Естествознание в Новое время (XVII-XVIII в.В.).
- •1.5. Естествознание в XIX и XX веках.
- •Выводы:
- •Литература
- •Тема 2. Естествознание как отрасль научного познания.
- •2.2. Структура научного познания.
- •2.3. Поиск новых научных методов.
- •Выводы:
- •Тема 3. Физика и естествознание
- •3.2. Что такое элементарные частицы?
- •Четыре группы элементарных частиц
- •3.3. Что такое физические связи?
- •3.4. Что такое физические подсистемы и структуры?
- •3.5. Что такое физическая система, надсистема и субстрат?
- •Логика развития физического знания
- •Какие задачи стоят перед физикой в XXI веке?
- •Тема 4. О пространстве и времени.
- •Единство пространства и времени как формы существования движущейся материи в современной научной картине мира
- •4.2. Элементы теории относительности.
- •4.3. Эмпирические доказательства общей теории относительности.
- •Принцип эквивалентности гравитационного поля и сил инерции
- •1. Отклонение луча в поле тяготения Солнца
- •Изменение частоты электромагнитной волны в поле тяготения
- •Смещение перигелия орбиты Меркурия
- •Понятие гравитационного радиуса. Гравитационный коллапс. Черные дыры.
- •Тема 5. Принцип возрастания энтропии. Синергетика
- •5.2. Закон сохранения энергии в механике
- •5.3. Закон сохранения энергии в термодинамике.
- •Второй закон термодинамики как принцип направленности теплообмена (от горячего к холодному)
- •Изменение энтропии тел при теплообмене между ними
- •5.4. Энтропия и информация.
- •Синергетика – термодинамика открытых систем.
- •Самоорганизация (в природных и социальных системах)
- •Тема 6. Эволюция Вселенной
- •6.1. Модели происхождения и развития Вселенной.
- •6.2. Жизнь и разум во Вселенной: проблема внеземных цивилизаций.
- •6.1. Модели происхождения и развития Вселенной.
- •Классическая (ньютоновская) космология
- •6.2. Жизнь и разум во Вселенной: проблема внеземных цивилизаций.
- •Тема 7. Астрономия и естествознание
- •7.3. Происхождение Солнечной Системы и Земли
- •Тема 8. Химия и естествознание
- •Что такое химические элементы?
- •Что такое химические связи?
- •8.4. Что такое химические подсистемы и структуры?
- •8.5. Что такое трансформация химических элементов и химические реакции?
- •Тема 9. Биология и естествознание
- •Что такое элементарные объекты биологических исследований?
- •Что такое биологические связи, подсистемы и структуры?
- •9.1. Что такое элементарные объекты биологических исследований?
- •9.2. Что такое биологические связи, подсистемы и структуры?
- •I. Размножение
- •I I. Питание (или трофические связи)
- •Тема 10. Генетика и естествознание
- •Основные понятия и представления генетики.
- •Синтетическая теория эволюции.
- •10.1. Основные понятия и представления генетики.
- •Электромагнитная концепция гена
- •Закон Моргана
- •10.2. Синтетическая теория эволюции.
- •Примерная последовательность появления различных групп живых организмов на Земле
- •Синтетическая теория эволюции (стэ)
- •Синтетическая теория эволюции (стэ)
- •Основные пути эволюции животных и растений
- •Тема 11. Экология и естествознание
- •11.2. Цели и задачи экологии.
- •Основные аспекты экологического кризиса.
- •Тема 12. Многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы
- •12.1. Биогеоценотический (экосистемный) уровень.
- •Концепции происхождения жизни на Земле.
- •12.1. Биогеоценотический (экосистемный) уровень.
- •12.2. Концепции происхождения жизни на Земле.
- •Тема 13. Человек и природа
- •13.2. Мировоззренческое значение проблемы происхождения человека и общества.
- •13.3. Биоэтика.
- •Литература по дисциплине «концепции современного естествознания» Основная
- •Дополнительная
12.2. Концепции происхождения жизни на Земле.
Существует пять концепций возникновения жизни:
Креационизм — божественное сотворение живого.
2. Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества.
Концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда.
Концепция панспермии — внеземного происхождения жизни.
Концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.
Первая концепция - креационизм - является религиозной и к науке прямого отношения не имеет.
Концепцию многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества разделял великий Аристотель (IV в. до н.э.), который не сомневался в самозарождении лягушек, мышей. В III в. н.э. философ Плотин (ярко выраженный идеалист) говорил о самозарождении живых существ из земли в процессе гниения. В XVII в. голландский ученый Я.Б. Ван-Гельмонт составлял рецепты получения мышей из пшеницы и загрязненного потом белья. В. Гарвей, Р. Декарт, Г. Галилеи, Ж.Б. Ламарк, Г. Гегель тоже придерживались мысли о постоянно осуществляющемся1 самопроизвольном зарождении живого из неживого.
Но с XVII в. стали накапливаться данные против такого понимания. В 1668 г. тосканский врач Франческа Реди доказал, что белые черви в гниющем мясе есть не что иное как личинки мух. Через 100 лет итальянец Л. Спаллацани и русский ученый М. Тереховский поставили под сомнение представления о самозарождении микроорганизмов. Окончательно же ученые отказались от подобных представлений лишь во второй половине XIX в. В 1862 г. французский микробиолог Луи Пастер (знакомый нам по слову «пастеризация») убедительными опытами доказал невозможность самопроизвольного зарождения простейших организмов в современных условиях и утвердил принцип «все живое из живого».
Концепция стационарного состояния из-за своей оригинальности и умозрительности никогда не имела много сторонников.
Сегодня существуют разные точки зрения на проблему происхождения жизни на Земле.
По мнению В.И. Вернадского, жизнь появилась одновременно с образованием Земли.
АИ. Опарин считал, что периоду развития жизни предшествовал длительный период химической эволюции Земли, во время которого (3 — 5 млрд лет тому назад) образовались сложные органические вещества и протоклетки. Возникновение протоклетки положило начало биохимической эволюции.
Известны три способа синтеза природных органических веществ. Содержащие углерод и азот вещества могли возникать в расплавленных глубинах Земли и выноситься на поверхность при вулканической деятельности, попадая далее в океан. А.И. Опарин полагал, что органические вещества могли создаваться и в океане из более простых соединений. Энергию для этих реакций синтеза доставляла интенсивная солнечная радиация (главным образом - ультрафиолетовая), падавшая на Землю до того, как образовался слой озона, который стал задерживать большую ее часть. Разнообразие находящихся в океанах простых соединений, площадь поверхности Земли, доступность энергии и масштабы времени позволяют предположить, что в океанах постепенно накопились органические вещества и образовался тот «первичный бульон», в котором могла возникнуть жизнь.
Наконец, органические соединения могли образоваться во Вселенной из неорганического космического «сырья».
Для построения любого сложного органического соединения, входящего в состав живых тел, нужен небольшой набор белков-мономеров (низкомолекулярных соединений), составляющих биохимическое строение любого живого организма. Они представляют собой синтез из аминокислот (из которых построены все белки), азотистых соединений, глюкозы - источника энергии, жиров — структурного материала, идущего на построение в клетке мембран и запасающего энергию.
Как только углеродистые соединения образовали «первичный бульон», появилась возможность для организации биополимеров — белков и нуклеиновых кислот, обладающих свойством самовоспроизводства себе подобных. Необходимая концентрация веществ для образования биополимеров могла возникнуть в результате осаждения органических соединений на минеральных частицах, например на глине или гидроокиси железа, образующих ил прогреваемого солнцем мелководья. Кроме того, органические вещества могли образовать на поверхности океана тонкую пленку, которую ветер и волны гнали к берегу, где она собиралась в толстые слои. В химии известен также процесс объединения родственных молекул в разбавленных растворах.
В начальный период формирования Земли воды, пропитывающие земной грунт, непрерывно перемещали растворенные в них вещества из мест их образования в места накопления. Там формировались пробионты — системы органических веществ, способных взаимодействовать с окружающей средой, то есть расти и развиваться за счет поглощения из окружающей среды разнообразных богатых энергией веществ.
Здесь же возможен примитивный «отбор», ведущий к постепенному усложнению и упорядоченности в качестве обеспечивающих преимущество в выживании. Механизм отбора действовал на самых ранних стадиях зарождения органических веществ — из множества образующихся веществ сохранялись устойчивые к дальнейшему усложнению.
Затем образуются микросферы — шаровидные тела, возникающие при растворении и конденсации абиогенно полученных белковоподобных веществ.
Как показывает синергетика, энергия имела для возникновения жизни не меньшее значение, чем вещество. Разумно предположить, считает Н. Пригожин, что некоторые из первых стадий эволюции жизни были связаны с возникновением механизмов, способных поглощать и трансформировать химическую энергию, как бы выталкивая систему в сильно неравновесные условия. Неравновесные структуры — переход к живому, но еще нет воспроизводства. Итак, в образовании органических соединений большую роль играли не только вещество космического пространства, но и энергия звезд.
Начало жизни на Земле - появление нуклеиновых кислот, способных к воспроизводству белков.
Переход от сложных органических веществ к простым живым организмам пока неясен. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую схему. В соответствии с ней на границе между ноацерватами - сгустками органических веществ — могли выстраиваться молекулы сложных углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны, обеспечивающей ноацерватам стабильность. В результате включения в ноацерват молекулы, способной к самовоспроизведению, могла возникнуть примитивная клетка, способная к росту.
Самое трудное для этой гипотезы — объяснить способность живых систем к самовоспроизведению, то есть сам переход от сложных неживых систем к простым живым организмам.
Несомненно, в модели происхождения жизни будут включаться новые знания, и они будут все более обоснованными. Но следует повторить, что чем сильнее новое отличается по качеству от старого, тем труднее объяснить его возникновение. Поэтому ученые и говорят о моделях и гипотезах, а не о теориях.
Так или иначе, следующим шагом в организации живого должно было быть образование мембран, которые отграничивали смеси органических веществ от окружающей среды. С их появлением и получается клетка — «единица жизни», главное структурное отличие живого от неживого. Все основные процессы, определяющие поведение живого организма, протекают в клетках. Тысячи химических реакций происходят одновременно, для того чтобы клетка могла получить необходимые питательные вещества, синтезировать специальные биомолекулы и удалить отходы. Огромное значение для биологических процессов в клетке имеют ферменты. Они обладают часто высокой специализированностью и могут влиять только на одну реакцию. Принцип их действия в том, что молекулы других веществ стремятся присоединиться к активным участкам молекулы фермента. Тем самым повышается вероятность их столкновения, а следовательно, скорость химической реакции.
Синтез белка осуществляется в цитоплазме клетки. Почти в каждой из клеток человека синтезируется свыше 10000 разных белков. Величина клеток — от микрометра до более 1 м (у нервных клеток, имеющих отростки). Клетки могут быть дифференцированными (нервные, мышечные и т. д.). Большинство из них обладает способностью восстанавливаться, но некоторые, например нервные, — нет или почти нет.