Концепции современного естествознания

4. СВОЙСТВА ПРОСТРАНСТВА И ВРЕМЕНИ

Пространство - форма существования материи, характеризующая ее протяженность, структурность, сосуществование и взаимодействие элементов во всех материальных системах.

Время - форма существования материи, характеризующая длительность существования всех объектов и последовательность смены состояний всех материальных систем.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА:

1. Объективность пространства и времени заключается в том, что они существуют независимо от сознания.

2. Всеобщность характеризуется тем, что нет и не может быть ни одного события, явления, которые существовали вне пространства и времени.

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПРОСТРАНСТВА:

1. трехмерность;

2. однородность заключается в равноправии всех точек пространства, отсутствия в нем каких-либо выделенных точек.

3. Изотропность - равноправие всех возможных направлений.

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВРЕМЕНИ:

1. Одномерность. Положение объекта во времени описывается одной величиной.

2. Необратимость, т.е. однонаправленность. Время течет из прошлого, через настоящее, в будущее.

3. Однородность заключается в равноправии его моментов. Не существует преимущественной точки отсчета любую можно принимать за начальную.

5. СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ. ПРОБЛЕМЫ ГЕНЕТИКИ

1. Предмет, структура и этапы развития биологии как науки.

Биология - наука о живом, строении и функционировании живых существ и их сообществ, распространении, происхождении и развитии живых организмов, связи их друг с другом и с неживой природой.

ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ:

Первые систематические попытки описания животных и растений, сведения об анатомии, физиологии человека и животных сделали мыслители античности (Гиппократ, Аристотель, Голен и др.), но самостоятельной наукой биология стала в 18-19 веках.

1. традиционная - зачатки классификации растительного и животного мира (Бюффон, Линней и др.).

2. эволюционная - утверждение развития.

3. молекулярно-генетическая биология (Мендель).

Биология представляет собой комплекс наук о живой природе. В зависимости от предмета изучения в биологии выделяются микробиология, ботаника, зоология и т.д.

По уровню организации живых объектов выделяют 3 уровня:

1. уровень биологических организмов (морфология, физиология, эмбриология)

2. суборганизменный уровень - исследования организмов на молекулярном уровне: генетика (о наследственности), цитология (строение живых клеток), молекулярная биология изучает микроструктуру живых тканей.

3. уровень надорганизменных образований. Сложно взаимодействующие между собой и окружающей средой (экология - связь живого с окружающей средой, биография, биоценология, др.)

Итак, объектом изучения в биологии является живое.

СВОЙСТВА ЖИВОГО:

1. живые организмы имеют сложную упорядоченную структуру. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах.

2. раздражимость - способность живых организмов целесообразно отвечать на воздействия среды.

3. обмен с окружающей средой энергией и веществом, в результате чего поддерживается уровень упорядоченности организма и его частей, т.е. это открытые системы (см. синергетику).

4. способность к росту, развитию и усложнению, причем развитие живого представлено как индивидуальным развитием (онтогенез), так и историческим, сопровождающимся образованием новых видов и прогрессивным усложнением жизни (филогенез).

5. способность к самовоспроизведению, размножению, основано на способности молекул ДНК передавать потомкам наследственную информацию о признаках, свойствах и функциях организма.

6. способность к саморегуляции. Живые организмы способны приспосабливаться к непрерывно изменяющимся условиям среды и интенсивности течения физиологических процессов.

7. все живые организмы устроены из биополимеров - высокомолекулярных природных соединений (белков, нуклеиновых кислот и др.), участвующих во всех процессах жизнедеятельности организма.

Из совокупности этих признаков можно дать следующее определение жизни:

Жизнь - есть форма существования сложных открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению, построенных из биополимеров (белков, нуклеиновых кислот).

6. СТРУКТУРНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ

Мир живого есть совокупность живых систем различной степени сложности и организации. По этому критерию выделяют следующие уровни организации живых систем:

1. молекулярный. Представлен белками и нуклеиновыми кислотами, которые лишь в своей совокупности несут отдельные признаки жизни. Таким образом, живой является не отдельная молекула ДНК, РНК или белка, а их система в целом.

2. клеточный уровень. Представляет собой сложную целостную систему, компонентом которой являются молекулярные образования.

3. органно-ткакневый. Ткань - совокупность сходных по строению клеток, выполняющих общие функции. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы.

4. организменный. Представлен организмом как целостной системой взаимодействия его компонентов, выполняющих специфические функции.

5. популяционно-видовой - сообщество особей одного вида, которое связаны между собой общим местом обитания и генофондом, скрещиваются и воспроизводят себя в потомстве.

6. биоценозы - комплекс живых и неживых компонентов, занимающих определенную территорию - экосистема.

7. биосфера - совокупность всех живых организмов планеты вместе с окружающей средой.

7. КОНЦЕПЦИИ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

1. Долгое время существовало представление о возможности зарождения живого из неживого: креационизм (божественное происхождение жизни, в результате акта божественного творения).

2. Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества. Но в 60-е годы 19-го века Луи Пастор своими опытами доказал невозможность спонтанного самозарождения простейших организмов. После этого появляются теории вечности жизни: в частности, концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь существовала всегда.

3. Концепция панспермии - внеземное происхождение жизни - зародыши живых организмов занесены на Землю из космоса метеоритами и космической пылью - Рихтер. В 20 веке идею космического происхождения живого на Земле и вечности существования жизни в космосе развивал Вернадский.

4. Биохимические концепции происхождения живого. В современной науке принята гипотеза абиогенного (небиологического) происхождения жизни под действием естественных причин. В результате длительной эволюции - химической, а затем биохимической, зародилось живое. В основе этой концепции гипотеза Опарина

Возраст Земли - 5-6 млрд. лет. Жизнь существует на Земле 3,5 млрд. лет.

8. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЖИЗНИ

1. Образование простых органических соединений. На начальных этапах своей истории Земля представляла собой раскаленную планету (4 000 - 8 000 градусов). Но по мере ее остывания тяжелые химические элементы перемещались к центру, и впоследствии образовали земную кору, а легкие элементы (кислород, водород, углерод, азот) скапливались на поверхности и стали взаимодействовать друг с другом. Когда температура поверхности Земли приблизилась к 100⁰С, произошло сгущение водяных паров и образование больших водоемов. В результате активной вулканической деятельности и из внутренних слоев Земли на поверхность выносились различные карбиды (металл + углерод). Они смывались в первичный бульон, где вступали во взаимодействие с водой. В результате образовались различные углеводородные соединения.

2. Возникновение сложных органических соединений. На этом этапе, благодаря высокой температуре, грозовым разрядам, ультрафиолетовому излучению простые молекулы органических соединений при взаимодействии с другими веществами усложнялись и образовывались белки, нуклеиновые кислоты, жиры, аминокислоты, углеводы. Одним из условий для синтеза биополимеров было отсутствие в первичной атмосфере кислорода, так как органические вещества гораздо легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере, богатой кислородом. Согласно гипотезе Опарина разрозненные соединения смешивались с образованием коацевратных капель, по мнению Опарина коацерваты являются предшественниками клеток. Коацерваты обладают рядом свойств, которые сближают их с простейшими живыми системами (первоначальный обмен веществ, увеличение в размере и др.).

3. Возникновение простейших форм живого. Завершение процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению со стороны частей, переходом к матричному синтезу белка, характерному для живых организмов. В ходе предбиологического отбора выживали те коацерваты, у которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизведению. На этом этапе завершился процесс добиологической эволюции и начался период биологической эволюции.

Эта концепция происхождения жизни не является единственно возможной и нуждается в экспериментальном подтверждении.

Слабость гипотезы состоит в нерешенности главного вопроса всей проблемы - о движущих силах саморазвития химических систем и перехода от химической эволюции к биологической. Какова причина того таинственного толчка от неживой к живой природе? Ни одна из существующих гипотез не может объяснить возникновения механизма наследственности. Сегодня для объяснения перехода от предбиологической эволюции к биологической используется теория самоорганизации (синергетика), законы которой позволяют объяснить спонтанное возникновение новых структур в ходе взаимодействия открытой системы с окружающей средой.

9. ПРОБЛЕМЫ ГЕНЕТИКИ

Генетика - наука о наследственности и изменчивости организмов и способы управления ими.

1900 год - переоткрытие законов Менделя. Возникновение генетики связано с открытием в 1865 году законов наследственности Менделем. Но работы Менделя были незамечены. В 1900 году законы Менделя были открыты независимо 3-мя учеными (Де Фриз, Чермак, Корренс).

В 20 веке последовал целый ряд открытий, а именно, в 1912 году Морган разработал хромосомную теорию наследственности, в 1944 году американские биохимики Эвери и компания установили, что носителем наследственной информации является ДНК, в 1953 году расшифровано строение ДНК, которая показала, что молекула состоит из 2-ух полинуклеидных цепей, каждая из которой выступает в качестве матрицы для синтеза новых цепей. В последние десятилетия учеными была установлена зависимость синтеза белков от состояния генов, осуществлен синтез гена, расшифрована аминокислотная последовательность многих белков и т.д.

В конце 2000 года расшифрован геном человека. Геном - совокупность генов, сосредоточенных в единичном наборе хромосом данного организма. Геном человека содержит около 100 тыс. генов, содержащих около 3 млрд. единиц информации.

Это дало понимание причин и механизмов болезней и позволит выработать эффективные методы их лечения.

Но для того, чтобы установить функции всех генов нужно много времени.

Крупнейшее открытие современной генетики связано с установлением способностей генов.

Мутации - скачкообразные и устойчивые изменения генетического материала, передающегося по наследству.

По изменению генетического материала мутации подразделяются на:

1. Геномные - изменение числа хромосом. Потеря любой из 46 хромосом или добавление лишней ведет к тяжелым расстройствам развития. Например, лишняя хромосома в 21 паре приводит к болезни Дауна.

2. Хромосомные. Связаны с изменением структуры в зародышевых клетках ребенка.

3. Генные мутации связаны с изменением молекулярной структуры ДНК.

Мутации могут быть вредными, нейтральными и гораздо реже - полезными (повышение приспособляемости к жизни).

Факторы, вызывающие мутации называются мутагенными: радиация, химические изменения, изменение температур, вирусы, бактерии.

10. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Возникла в 70-80 годы 20 века. Генная инженерия - раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным конструированием новых несуществующих в природе сочетаний генов.

ЗАДАЧИ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ: расшифровка структуры генов, синтез генов биохимическим путем, клонирование генов, перенос выделенных или вновь синтезированных генов из одной клетки или организма в другую с целью направленного изменения их наследственных свойств, т.е. управление наследственностью. Путем вмешательства человека в конструкцию ДНК были улучшены или изменены свойства десятков животных и растений с целью повышения урожайности сельскохозяйственных культур и улучшения пород скота.

ПРИМЕНЕНИЕ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ: в медицине1. связано с диагностикой заболеваний - разработаны диагностические препараты, позволяющие обнаружить генетические аномалии в период беременности. 2. лечение заболеваний. Разрабатываются методы лечения наследственных болезней путем введения генов с правильной информацией в клетки, содержащие дефектные гены или добавлением новых генов, в которых имеются вещества для борьбы с болезнью (генотерапия).

3.Профилактика. Одним из перспективных направлений генной инженерии является культивирование генов больных и здоровых людей в клетках других живых организмов с целью изучения молекулярных основ наследственных заболеваний человека.

Клонирование - процесс, в ходе которого живое существо производится от единственной клетки, взятой от другого живого существа.

Генная инженерия лежит в основе современной биотехнологии.

ПРИМЕНЕНИЕ: в медицине и фармацевтике (гормон роста, интерферон, клонирован ген инсулина, нейропиптиды - белки головного мозга, регулирующие такие биологические процессы как сон, память, боль ит.д.), получение пищевых продуктов из трансгенных растений (генетически измененные с заданными параметрами).

С 1996 года выращивают трансгенную картошку, кукурузу, сою, однако, далеко не все ученые уверены в их безопасности.