Концепции современного естествознания

Согласно современным представлениям, все элементарные частицы делятся на два класса -фермионы (названные в честь Э. Ферми ) и бозоны ( названные в честь Ш.Бозе )

К фермионам относятся кварки и лептоны, к бозонам - кванты полей (фотоны, векторные бозоны, глюоны, гравитино и гравитоны ). Эти частицы считаются истинно элементарными, т.е. составные частицы, образованные из кварков и соответствующих квантов полей. Фермионы составляют вещество, бозоны переносят взаимодействие.

Сильное взаимодействие происходит на уровне атомных ядер и представляет собой взаимное притяжение и отталкивание их составных частей.

Электромагнитное взаимодействие примерно в тысячу раз слабее сильного, но значительно более дальнодействующее. Взаимодействие такого типа свойственно электрически заряженным частицам.

Слабое взаимодействие возможно между различными частицами. Оно простирается на расстояние порядка 10- 15 - 10- 22 см и связано главным образом с распадом частиц, например, с происходящими в атомном ядре превращениями нейтрона в протон, электрон, и антинейтрино.

Гравитационное взаимодействие - самое слабое, не учитываемое в теории элементарных частиц, поскольку на характерных для них расстояниях порядка 10- 13 см оно даёт чрезвычайно малые эффекты.

Достижения в области исследования элементарных частиц способствовали дальнейшему развитию концепции атомизма. В настоящее время считают, что среди множества элементарных частиц можно выделить 12 фундаментальных частиц и столько же античастиц. Шесть частиц - это кварки с экзотическими названиями “верхний”, “ нижний”, “очарованный”, “странный”, “истинный”, “прелестный”. Остальные шесть - лептоны: электрон, мюон, тау - частица и соответствующие им нейтрино (электронное, мюонное, тау - нейтрино).

3. 3. Мегамир: современные астрофизические и космологические концепции

Мегамир, или космос, современная наука рассматривает как взаимодействующую и развивающуюся систему всех небесных тел. Мегамир имеет системную организацию форме планет и планетных систем, возникающих вокруг звёзд; звёзд и звёздных систем - галактик.

Все существующие галактики входят в систему самого высокого порядка - Метагалактику. Размеры метагалактики очень велики: радиус космологического горизонта составляет 15 - 20 млрд световых лет.

3. 3. 1. Современные космологические модели Вселенной

В ньютоновской космологии возникали два парадокса, связанные с постулатом бесконечности Вселенной.

Первый парадокс получил название гравитационного. Суть его заключается в том, что если Вселенная бесконечна и в ней существует бесконечное количество небесных тел, то сила тяготения будет бесконечно большая, и Вселенная должна сколлапсировать, а не существовать вечно.

Второй парадокс называется фотометрическим: если существует бесконечное количество небесных тел, то должна быть бесконечная светимость неба, что не наблюдается.

Современные космологические модели Вселенной основываются на общей теории относительности А. Эйнштейна, согласно которой метрика пространства и времени определяется распределением гравитационных масс во Вселенной. Её свойства как целого обусловлены средней плотностью материи и другими конкретно - физическими факторами.

В том же 1917 г. голландский астроном Виллем де Ситерр предложил другую модель представляющую собой также решения уравнений тяготения. Это решение имело то свойство, что оно существовало бы даже в случае “пустой” Вселенной, свободной от материи.

В 1922 г. русский математик и геофизик А.А.Фридман отбросил постулат классической космологии о стационарности Вселенной и получил решение уравнений Эйнштейна, описывающее Вселенную с “расширяющимся” пространством.

В 1927 г. бельгийский аббат и ученый Ж. Леметр связал “расширение” пространства с данными астрономических наблюдений. Леметр ввел понятия начала Вселенной как сингулярности (т.е. сверхплотного состояния) и рождения Вселенной как Большого взрыва.

В 1929 г. американский астроном Э.П.Хаббл обнаружил существования странной зависимости между расстоянием и скоростью галактик: все галактики движутся от нас, причем со скоростью, которая возрастает пропорционально расстоянию, - система галактик расширяется.

3.3.2. Проблема происхождения и эволюции Вселенной

Ученик А.А.Фридмана Г.А.Гамов разработал модель горячей Вселенной, рассматривая ядерные реакции, протекавшие в самом начале расширения Вселенной, и назвал ее “космологией Большого взрыва”.

В современной космологии для наглядности начальную стадию эволюцию Вселенной делят на эры.

Эра адронов (тяжелых частиц, вступающих в сильные взаимодействия). Продолжительность эры 0,0001 с. , температура 10 - 12

градусов по Кельвину, плотность 10 -14 г./см. 3. В конце эры происходит аннигиляция частиц и античастиц, но остается некоторое количество протонов, гиперонов, мезонов.

Эра лептонов ( легких частиц вступающих в электромагнитные взаимодействия). Продолжительность эры 10 с., температура 10 -10 градусов по Кельвину, плотность 104 г./см. 3. Основную роль играют легкие частицы принимающие участие в реакциях между протонами и нейтронами.

Фотонная эра. Продолжительность 1 млн. лет. Основная доля массы

энергии Вселенной - приходится на фотоны. К концу эры температура падает с 10 10 до 3000 градусов по Кельвину, плотность с 10 4 г./см. 3 до 10 21 г./см.3. Главную роль играет излучение которое в конце эры отделяется от вещества.

Звездная эра наступает через 1 млн. лет после зарождения Вселенной. В звездную эру начинается процесс образования протозвезд и протогалактик.

Затем разворачивается грандиозная картина образования структуры Метагалактики.

3.3.3. Структура Вселенной

Метагалактика представляет собой совокупность звездных систем - галактик, а ее структура определяется их распределением в пространстве, заполненным чрезвычайно разреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами.

Согласно современным представлениям, для Метагалактики характерна ячеистая (сетчатая, пористая) структура. Эти представления основываются на данных астрономических наблюдений, показавших, что галактики распределены неравномерно, а сосредоточены в близи границ ячеек, внутри которых галактик почти нет.

Галактика - гигантская система, состоящая из скопления звезд и туманностей, образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию.

По форме галактики условно разделяются на три типа: эллептические, спиральные и не правильные.

Эллептические галактики обладают пространственной формой эллипсоида с разной степенью сжатия. Они являются наиболее простыми по структуре распределения звезд равномерно убывает от центра.

Спиральные галактики представлены в форме спирали, включая спиральные ветви. Это самый многочисленный вид галактик, к которому относится и наша Галактика - Млечный путь.

Неправильные галактики не обладают выраженной формой, в них отсутствует центральное ядро.

Звезды. На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находится преимущественно в звездном состоянии. 97 % вещества в нашей Галактики сосредоточены в звездах представляющих собой гигантские плазменные образования различной величины, температуры, с разной характеристикой движения.

Возраст звезд меняется в достаточно большом диапазоне значений, от 15 млрд. лет, соответствующих возрасту Вселенной, до сотен тысяч - самых молодых.

Солнечная система представляет собой группу небесных тел весьма различных, по размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, девять больших планет, десятки спутников планет, тысячи малых планет (астероидов), сотни комет и бесчисленное множество метеоритных тел, движущихся как роями, так и в виде отдельных частиц. К 1979 г. было известно 34 спутника и 2000 астероидов.

Глава 4. Пространство и время в современной научной картине мира

4.1. Развитие взглядов на пространство и время в истории науки

Уже в античном мире мыслители задумывались над природой и сущностью пространства и времени. Так, одни из философов отрицали возможность существования пустого пространства или, по их выражению, небытия. Это были представители элейской школы в Древней Греции. А знаменитый врач и философ из г. Акраганта Эмпедокл, хотя и поддерживал учение о невозможности пустоты, в отличи от элеатов утверждал реальность изменения и движения. Он говорил, что рыба, например, передвигается в воде, а пустого пространства не существует.

Некоторые философы, в том числе Демокрит, утверждали, что пустота существует как материи и атомы, и необходимы для их перемещений и соединений.

Коренное изменение пространственной и всей физической картины произошло в гелиоцентрической системе мира, развитой Н.Коперником в работе “Об обращении небесных сфер”. Принципиальное отличие этой системы мира от прежних теорий состояло в том, что в ней концепция единого, однородного пространства и равномерности течения времени обрела реальный эмпирический базис.

Подлинная революция в механике связана с именем Г.Галилея. Он ввел в механику точный количественный эксперимент и математическое описание явлений. Первостепенную роль в развитии представлений о пространстве сыграл открытый им общий принцип классической механики - принцип относительности Галилея. Согласно этому принципу все физические (механические) явления происходят одинаково во всех системах, покоящихся и движущихся равномерно и прямолинейно с постоянной по величине и направлению скоростью.

Дальнейшее развитие представлений о пространстве и времени связано с рационалистической физикой Р.Декарта, который создал первую универсальную физико-космологическую картину мира.

Новая физическая гравитационная картина мира, опирающаяся на строгие математические основания, представлена в классической механике И.Ньютона. Ее вершиной стала теория тяготения, провозгласившая универсальный закон природы - закон всемирного тяготения.

4.2. Пространство и время в свете теории Альберта Эйнштейна

Специальная теория относительности созданная в 1905 г. А. Эйнштейном, стала результатом обобщения и синтезом классической механики Галилея - Ньютона, и электродинамики Максвелла - Лоренса. “Она описывает законы всех физических процессов при скоростях движения, близких к скорости света, но без учета поля тяготения. При уменьшении скоростей движения она сводится к классической механике, которая, таким образом, оказывается ее частным случаем”.

Скорость света является предельной скоростью распространения материальных воздействий. Она не может складываться ни с какой скоростью и для всех инерциальных систем оказывается постоянной. Все движущиеся тела на Земле по отношению к скорости света имеют скорость, равную нулю.

Скорость звука всего лишь 340 м/с.. Это не подвижность по сравнению со скоростью света.

Из этих двух принципов постоянства скорости света и расширенного принципа относительности Галилея - математически следуют все положения специальной теории относительности (СТО). Если скорость света постоянна для всех инерциальных систем, а они все равноправны, то физические величины длины тела, промежутка времени, массы для разных систем отсчета будут различными. Так, длина тела в движущейся системе будет наименьшей по отношению к покоящейся.

Для промежутка же времени, длительности какого-либо процесса - наоборот. Время будет как бы растягиваться, течь медленнее в движущейся системе по отношению к неподвижной, в которой этот процесс будет быстрым.

Еще раз подчеркнем, что эффекты специальной теории относительности будут обнаруживаться при скоростях, близких к световым. При скоростях значительно меньше скорости света формулы СТО переходят в формулы классической механики.

А. Эйнштейн попытался наглядно показать, как происходит замедление течения времени в движущейся системе по отношению к неподвижной.

4.3. Свойства пространства и времени

Пространство и время являются также универсальными, всеобщими формами бытия материи. Нет явлений, событий, предметов, которые существовали бы вне пространства или вне времени. У Гегеля высшей реальностью является абсолютная идея, или абсолютный дух, который существует вне пространства и вне времени. Только производная от абсолютной идея природа развертывается в пространстве.

Важным свойством пространства является его трёхмерность.

Положение любого предмета может быть точно определено только с помощью трех независимых величин - координат. В прямоугольной декартовой системе координат это - XYZ, называемые: длиной, шириной и высотой. В сферической системе координат - радиус-вектор r и углы и . В циллиндрической системе - высота z, радиус - вектор и угол .

В отличие от пространства, в каждую точку которого, можно снова и снова возвращаться (и в этом отношении оно является, как бы обратным), время - необратимо и одномерно. Оно течёт из прошлого через настоящее к будущему. Нельзя возвратиться назад в какую-либо точку времени, но нельзя и перескочит через какой-либо временной промежуток в будущее. отсюда следует, что время составляет, как бы рамки для причинно-следственных связей.

Пространство обладает свойством однородности и изотропности, а время - однородности. Однородность пространства заключается в равноправии всех его точек, а изотропность - в равноправии всех направлений. Во времени все точки равноправны, не существует преимущественной точки отсчёта, любую можно принимать за начальную.

В современной науке используются понятия биологического, психологического и социального пространства и времени.

Так, биологическое пространство и время характеризует особенности пространственно-временных параметров органической материи. Биологическое бытие человеческого индивида, смену видов растительных и животных организмов, их жизнь и смерть.

Одновременно идёт формирование нового феномена - психологического пространства и времени. Психическая регуляция движения индивида и его предметных действий происходит не только на уровне отражения внешнего физического пространства, но и на основе собственной телесной биомеханики и собственного пространства.

Становление человеческого индивида и личности с необходимостью включает не только биологический и психологический циклы, но и социальный. Он проходит в рамках социогенеза - становления человеческого общества, развитие форм социальной организации и духовной жизни. Одновременно идёт процесс формирования нового феномена - социального пространства и времени. Анализируя этот феномен, К.Ясперс выделяет понятие “осевой эпохи” и “осевого времени”.

Глава 5. Химическая наука об особенностях атомно-молекулярного уровня организации материи

5.1. Предмет познания химической науки и ее проблемы

“Химия - наука изучающая свойства и превращения веществ, и сопровождающиеся изменением их состава и строения”. Она изучает природу и свойства различных химических связей энергетику химических реакций, реакционную способность веществ, свойства катализаторов и т.д.

Своеобразную программу исследования химических явлений впервые сформулировали и приняли учёные химики на первом Международном съезде химиков в Карлсруэ в Германии в 1860 г. Они исходили из того, что:

все вещества состоят из молекул, которые находятся в непрерывном и самопроизвольном движении;

все молекулы состоят из атомов

атомы и молекулы находятся в непрерывном движении

атомы представляют собой мельчайшие, далее неделимые составные части молекул.

Осуществляют химические связи между атомами электроны, расположенные на внешней оболочке и связанные с ядром наименее прочно. Их назвали валентными электронами. В зависимости от характера взаимодействия между этими электронами различают ковалентную, ионную и металлическую химические связи.

Ковалентная связь осуществляется за счет образования электронных пар, в одинаковой мере принадлежащих обоим атомам. Ионная связь представляет собой электростатическое притяжение между ионами, образованные за счёт полного смещения электрической пары к одному из атомов.

Металлическая связь - это связь между положительными ионами в кристаллах атомов металлов, образующаяся за счет притяжения электронов, но перемещающаяся по кристаллу в свободном виде.

5. 2. Методы и концепции познания в химии

Химические знания до определённого времени накапливались эмпирически, пока не назрела необходимость в их классификации и систематизации, т.е. в теоретическом обобщении. Основоположником системного освоения химических знаний явился Д.И.Менделеев. Попытки объединения химических элементов в группы предпринимались и ранее, однако не были найдены определяющие причины изменений свойств химических веществ. Д.И. Менделеев исходил из принципа, что любое точное знание представляет систему. Такой подход позволил ему в 1869 г. открыть периодический закон и разработать Периодическую систему химических элементов. В его системе основной характеристикой элементов являются атомные веса. Периодический закон Д.И. Менделеева сформулирован в следующем виде: “ Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов”.

До системного подхода в химии Д.И. Менделеева учебники по химии были очень громоздкими и состояли из многих томов по несколько сот страниц. Учебник Д.И. Менделеева “ Основы химии”, выпущенный в 1868 - 1871 гг. и построенный на системных обобщениях логично излагал в одной книге стройную систему химических знаний того времени. С тех пор в химии эмпирический материал возрос неимоверно, появились новые отрасли химических знаний.

5. 3. Учение о составе вещества

Первое научное определение химического элемента, когда ещё не было открыто ни одного из них, сформулировал английский химик и физик Р. Бойль. Первым был открыт химический элемент фосфор в 1669 г., потом кобальт, никель и другие. Открытие французским химиком А.Л. Лавуазье кислорода и установление его роли в образовании различных химических соединений позволило отказаться от прежних представлений об “огненной материи” (флогистоне). Лавуазье впервые систематизировал химические элементы на базе имевшихся в XVIII в. знаний. Эта систематизация оказалась ошибочной и в дальнейшем была усовершенствована Д.И. Менделеевым. Система Лавуазье определяла место элемента по атомной массе. В настоящее время место химического элемента определяют по заряду атомного ядра, который отражает индивидуальные свойства элемента. Например, элемент хлор имеет два изотопа (две разновидности), отличающиеся друг от друга по массе атома. Но оба они относятся к одному химическому элементу - хлору из -за одинакового заряда их ядер.

В периодической системе Д.И. Менделеева насчитывалось 62 элемента, в 1930 - е гг. она заканчивалась ураном ( Z = 92 ). В 1999г. было сообщено, что путём физического синтеза атомных ядер открыт 114 - й элемент.

В результате химических и физических открытий претерпело изменение классическое определение молекулы. Молекула понимается как наименьшая частица вещества, которая в состоянии определять его свойства и в то же время может существовать самостоятельно. Представления о классе молекул расширились, в него включают ионные системы, атомные и металлические монокристаллы и полимеры, образующиеся на основе водородных связей и представляющие собой уже макромолекулы. Они обладают молекулярным строением, хотя и не находятся в строго постоянном составе. На основе современных достижений химии появилась возможность замены металлов керамикой не только как более экономичным продуктом, но и во многих случаях и как более подходящим конструкционным материалом по сравнению с металлом. Более низкая плотность керамики (40%) даёт возможность снизить массу изготовляемых из неё предметов. Включение в производство керамики новых химических элементов: титана, бора, хрома, вольфрама и других позволяет получать материалы с заранее заданными специальными свойствами (огнеупорность, термостойкость, высокая твёрдость и т.д.)

5. 4. Уровень структурной химии

Структурная химия представляет собой уровень развития химических знаний, на котором доминирует понятие “структура”, т.е. структура молекулы, макромолекулы, монокристалла. “Структура - это устойчивая упорядоченность качественно неизменной системы, каковой является молекула”.

С возникновением структурной химии у химической науки появились неизвестные ранее возможности целенаправленного качественного влияния на преобразование вещества. Ещё в 1857 г. немецкий химик Ф.А. Кекуле показал что углерод четырёхвалентен, и это даёт возможность присоединить к нему до четырёх элементов одновалентного водорода. Азот может присоединить до трёх одновалентных элементов, кислород - до двух. Эта схема Кекуле натолкнула исследователей на понимание механизма получения новых химических соединений. А.М. Бутлеров заметил, что в таких соединениях большую роль играет энергия, с которой вещества связываются между собой. В настоящее время на уровне структуры молекулы понимается и пространственная, и энергетическая упорядоченность.

В 60 - 80-е гг. прошлого века появился термин “органический синтез”. Из аммиака и каменноугольной смолы были получены анилиновые красители - фуксин, анилиновая соль, ализарин, а позднее - взрывчатые вещества и лекарственные препараты - аспирин и др. Структурная химия дала повод для оптимистических заявлений что химики могут всё.

Структурная химия неорганических соединений ищет пути получения кристаллов для производства высокопрочных материалов с заданными свойствами, обладающих термостойкостью, сопротивлением агрессивной среде и другими качествами, предъявляемыми сегодняшним уровнем развития науки и техники. Решение этих вопросов наталкивается на различные препятствия. Выращивание, например, некоторых кристаллов требует исключения условий гравитации. Поэтому такие кристаллы выращивают в космосе, на орбитальных станциях.

5. 5. Учение о химических процессах

Химические процессы представляют собой сложнейшее явление как в живой, так и в неживой природе. Эти процессы изучает химия, физика, биология. Перед химической наукой стоит принципиальная задача - научиться управлять химическими процессами. Дело в том, что некоторые процессы не удаётся осуществить, хотя в принципе они осуществимы; другие трудно остановить - реакция горения, взрывы, а часть из них трудно управляема, поскольку они самопроизвольно создают массу побочных продуктов. Для управления химическими процессами разработаны термодинамический и кинетический методы.

Все химические реакции имеют свойство обратимости, происходит перераспределение химических связей. Обратимость удерживает равновесие между прямой и обратной реакциями. В действительности равновесие зависит от условий происхождения процесса и чистоты реагентов. Смещение равновесия в ту или другую стороны требует специальных способов управления реакциями. Например, реакция получения аммиака:

N2 + 3N2 = N3

Эта реакция проста по составу элементов и своей структуре. Однако на протяжении целого столетия с 1813 по 1913 гг. химики не могли её провести в законченном виде, так как не были известны средства управления ею. Она была осуществима только после открытия соответствующих законов нидерландским и французским физико-химиками Я.Х. Вант - Гофом и А.Л. Ле - Шателье. Было установлено, что “синтез аммиака происходит на поверхности твёрдого катализатора при сдвиге равновесия за счёт высоких давлений”.

Все проблемы, связанные с такими сложными процессами, как, например, получение аммиака, решает химическая кинетика. Она устанавливает зависимость химических реакций от различных факторов - от строения и концентрации реагентов, наличия катализаторов, от строения и концентрации реакторов и т.д.

5. 6. Эволюционная химия

Химики давно пытались понять, каким образом из неорганической безжизненной материи возникает органическая основа жизни на Земле. Какая лаборатория этого процесса - лаборатория, в которой без участия человека получаются новые химические соединения, более сложные, чем исходные вещества?

И.Я. Берцелиус первым установил, что основой живого является биокатализ, т.е. присутствие различных природных веществ в химической реакции, способных управлять ею, замедляя или ускоряя её протекание. Эти катализаторы в живых системах определены самой природой, что служит идеалом для многих химиков. Идеалом совершенства считали “живую лабораторию” немецкий учёный Ю. Либих, француз П.Э.М. Бертело и другие учёные.

Современные химики считают, что на основе изучения химии организмов можно будет создать новое управление химическими процессами, а это позволит более экономично использовать имеющиеся в природе материалы и извлекать из них большую пользу. Для решения проблемы биокатализа и использования его результатов в промышленных масштабах химическая наука разработала ряд методов - изучение и использование приёмов живой природы, применения отдельных ферментов для моделирования биокатализаторов, освоение механизмов живой природы, развитие исследований с целью применения принципов биокатализа в химических процессах и химической технологии.

Функциональный подход к объяснению предбиологической эволюции сосредоточен на исследовании процессов самоорганизации материальных систем, выявлении законов, которым подчиняются такие процессы. Это в основном позиции физиков и математиков. Крайняя точка зрения здесь склоняется к тому, что живые системы могут быть смоделированы даже из металлических.

В 1969 г. появилась общая теория химической эволюции и биогенеза, выдвинутая ранее в самых общих положениях профессором Московского университета А.П. Руденко. Используя рациональность субстратного и функционального подходов, она отвечает на вопросы “о движущих силах и механизме эволюционного процесса, отборе элементов и структур и их причинной обусловленности, высоте химической организации и иерархии химических систем как следствия эволюции”.

ГЛАВА 6. Особенности биологического уровня организации материи. Проблемы генетики

6. 1. Предмет биологии. Её структура и этапы развития.

Биология - это наука о живом, его строении, формах активности, сообществах живых организмов, их распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой.

Современная биологическая наука - результат длительного процесса развития. Интерес к познанию живого у человека возник очень давно, он был связан с его потребностями - в пище, лекарствах, одежде, жилье и т.д.

Но только в нервных древних цивилизованных обществах люди стали изучать живые организмы более тщательно. Одним из первых биологов древности был Аристотель.

В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе.

Структуру можно рассматривать с разных точек зрения.

По объектам исследования биология подразделяется на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию, антропологию.

По свойствам, проявлениям живого в биологии выделяются: морфология - наука о строении живых организмов; физиология - наука о функционировании организмов; молекулярная биология, изучающая микроструктуру живых тканей и клеток; экология, рассматривающая образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой; генетика, исследующая законы наследственности и изменчивости.

По уровню организации исследуемых живых объектов выделяются: анатомия, изучающая макроскопическое строение животных; гистология, изучающая строение тканей; цитология исследующая строение живых клеток.

В развитии биологии выделяют три основных этапа: 1) систематики (К.Линней), 2) эволюционный (Ч. Дарвин), 3) биологии микромира (Г.Мендель) Каждый из них связан с изменением представлений о мире живого, самих основ биологического мышления.

6.2. Сущность живого, его основные признаки

Дать точное определение живого весьма не просто. И это люди поняли очень давно.

Современная биология при описании живого идёт по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом подчёркивается, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни.

К числу свойств живого относят следующие признаки:

Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой.

Живые организмы получают энергию из окружающей среды. Большинство из них использует солнечную энергию.

Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешние раздражения - универсальное свойство живого.

Живые организмы не только изменяются, но и усложняются.

Всё живое размножается.

Сходство потомства с родителями обусловлено генетически. Вместе с тем существуют механизмы изменчивости. Это определяет эволюцию всех видов живой природы.

Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни.

Из совокупности этих признаков следует определение сущности живого: жизнь есть форма существования сложных открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению. Важнейшими функциональными веществами этих систем являются белки и нуклеиновые кислоты.

Главный критерий жизни - способность живых организмов сохранять и передавать информацию.

6.3. Структурные уровни живого

На основе разных критериев могут быть выделены различные уровни, или подсистемы, живого мира. Наиболее распространённым является выделение на основе критерия масштабности:

Биосферный - включающий всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.

Уровень биогеоценозов выражает следующую степень структуры живого, состоящую из участков Земли с определённым составом живых и неживых организмов (экосистему).

Популяционно-видовой уровень образуется свободно скрещивающимися между собой особями одного и того же вида.

Организменный и органно-тканевый уровни отражают признаки отдельных особей, их строение, поведение, физиологию, а также строение и функции органов и тканей.

Клеточный и субклеточный уровни отражают процессы специализации клеток, а также различные внутриклеточные включения.

Молекулярный уровень составляет предмет молекулярной биологии, одной из важнейших проблем которой является изучение механизмов передачи генной информации и развитие генной инженерии и биотехнологии.

Разделение живой материи на уровни является весьма условным.

6.4.Клетка как “первокирпичик” живого, её строение и функционирование. Механизм управления клеткой

Фундаментальная частица в биологии - живая клетка. Именно она является мельчайшей системой, обладающей всем комплексом свойств живого, в том числе и носителем генетической информации .

Создание клеточной теории, основы которой были полжены немецкими учёными Т.Шванном и М.Я. Шлейденом, стало одним из крупнейших достижений биологии XIX в.

Размеры клеток колеблются от одной тысячной сантиметра до 10см, что, правда, встречается редко.

Клетки образуют ткани (нервная, мышечная и т.д.), а несколько типов тканей - органы (сердце, лёгкие и пр.) Группы органов, связанные с решением каких -то общих задач, называют системами органов.

Обмен веществ - важнейшее свойство всего живого. Это свойство называют метаболизмом клеток.

К миру живого относят также вирусы, которые не имеют клеточной структуры. Кроме того, существуют некоторые организмы с клеточным строением, клетки которых не имеют ядра. Это прокариоты.

6.5. Принципы биологической эволюции

На протяжении тысячелетий господствовало элементарное объяснение, которое состояло в том, что будто бы все виды организмов были созданы однажды в их нынешних формах и больше никогда не изменялись. Эта концепция получила название креационизма.

Используя рациональные методы, ряд учёных (Ж.Л. Бюффон, во Франции, Э.Дарвин (дед Ч.Дарвина) в Англии, И.В.Гете в Германии, М.В. Ломоносов в России ) пришли к выводу, что организмы, населяющие Землю, не неизменны, а претерпевают эволюцию.

Интенсивное проникновение эволюционной парадигмы в биологию началось в конце XVIII в. благодаря работам выдающегося французского биолога Ж.Б. Ламарка. Он объяснил изменчивость видов влиянием внешней среды (питание, климат) и наследственности.

Проблемы, поставленные Ламарком, были успешно решены Дарвином. Он разработал теорию эволюции.

С точки зрения теории эволюции, всё многообразие живой природы является результатом действия наследственности, изменчивости, и естественного отбора.

Эволюция есть направленный процесс исторического изменения живых организмов.

6.6. Предмет генетики. Генетика и практика

Генетика - это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Центральным понятием генетики является “ген”. Это элементарная единица наследственности, характеризующаяся рядом признаков.

В основу генетики легли закономерности наследственности, обнаруженные австрийским биологом Г. Менделем при проведении им серии опытов по скрещиванию различных сортов гороха.

Основные направления исследований учёных - генетиков:

Изучение молекул нуклеиновых кислот, являющихся хранителями генетической информации каждого вида живого, единицами наследственности.

Исследование механизмов и закономерностей передачи генетической информации.

Изучение механизмов реализации генетической информации в конкретные признаки и свойства живого.

Выяснение причин и механизмов изменения генетической информации на разных этапах развития организма.

6. 7. Биоэтика

Глубокое проникновение биологии в различные сферы общественной жизни людей потребовало и новых форм контроля со стороны общества за использованием научных достижений.

Именно спецификой морали, по - видимому, и объясняется появление в последние годы ещё одной новой сферы профессиональной этики - биологической.

Под биологической этикой понимается применение понятий и норм общечеловеческой морали, в которых осмысливаются проблемы добра и зла, совести, долга, чести и т.д., к сфере экспериментальной и теоретической деятельности в биологии, а также в ходе практического применения её результатов.

В ходе решения различных биоэтических проблем утверждаются основные принципы биоэтики, некоторые из них широко признаны уже сегодня:

Принцип единства жизни и этики, их глубокое соответствие и взаимообусловленность.

Признание жизни в качестве высшей категории среди всех этических ценностей.

Принцип гармонизации системы “человек - биосфера.

Глава 7. Биосфера. Ноосфера. Человек.

7. 1. Биосфера

Термин “биосфера” впервые был использован в 1875 г. австрийским геологом Э.Зюссом. Под биосферой понимается совокупность всех живых организмов вместе со средой их обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населённая микроорганизмами.

Два главных компонента биосферы - живые организмы и среда и обитания - непрерывно взаимодействуют.

Многообразие живых систем поражает воображение.

Одним из первых в науке комплексное учение о биосфере стал разрабатывать русский учёный В.И.Вернадский.

Современное естествознание в ходе изучения биогеоценозов вводит понятие - “коэволюция”, означающее взаимное приспособление видов.

7. 2. Человек и биосфера

Появление “человека разумного” качественным образом изменило не только биосферу, но и результаты её планетарного влияния. Постепенно стал происходить переход от простого биологического приспособления к разумному поведению и целенаправленному изменению окружающей природной среды разумными существами.

Последствия появления человека как существа, обладающего разумом, и его связь с биосферой многофункциональны.

Человек как особая форма жизни и существо, обладающее разумом, вносит принципиально новые элементы во взаимоотношения с природой.

Однако не все творения человека находятся в гармонии с окружающей действительностью. Кроме того, сделанное человеком, как правило, не способствует созданию новых запасов энергии.

7. 3. Система: природа - биосфера - человек

7. 3. 1. Влияние природы на человека. Географическая среда

Связь человека с окружающей средой особенно ярко выражена в сфере материального производства. Природные богатства служат естественной основой материального производства и жизни общества в целом.

Природа является естественной основой жизнедеятельности человека и общества в целом. Вне природы и использования созданных на её основе предметов человек не существует.

Влияние природы в виде конкретной географической среды на историческое развитие того или иного народа весьма различно. Данное различие было особенно чувствительным для человека на ранних ступенях общества, когда преобразование предметов природы составляло лишь весьма незначительный процент по сравнению с их использованием в готовом виде.

7. 3. 2. Географический детерминизм

Степень воздействия природы и зависимость человека от неё столь велики, что осознание этого послужило основой для появления целого направления в науке - географического детерминизма. Его сторонники полагали, что развитие человеческого общества решающим образом определяется влиянием на него различных географических (природных) факторов.

Они считали, что развитие народов определяется в первую очередь природным ландшафтом, почвой, климатом и пищей.

Интересной является “ океаническая концепция” Л.Н. Мечникова. Суть её в том, что развитие человеческого общества определяется в первую очередь освоением водных ресурсов и путей сообщения. Согласно его концепции, последовательно сменяя друг друга, существовало несколько цивилизаций: речная (при освоении великих рек Китая, Египта, Месопотамии и других стран), Средиземноморская(овладение морским пространством), и новая Океаническая ( в масштабах всей Земли).

7. 3. 3. Окружающая среда, её компоненты.

Окружающая среда - более широкое понятие, чем географическая. Оно включает, помимо поверхности Земли и её недр, часть Солнечной системы, которая попадает или может попасть в сферу деятельности человека, а также созданный им материальный мир. В структуре окружающей среды выделяют:

-естественную среду обитания, включающую в себя живую и неживую части природы - геосферу и биосферу. Она существует без вмешательства человека, естественным образом.

-искусственную среду обитания - всё то, что специально сделано человеком.

С развитием общества роль и значение для человека искусственной среды обитания непрерывно возрастают.

7. 3. 4. Влияние человека на природную среду. Техносфера.

Масштабы созданной человечеством материальной культуры поистине огромны. И темпы её развития постоянно увеличиваются. В наши дни так называемая техномасса уже на порядок превышает биомассу. Это тревожный сигнал, он требует вдумчивого отношения к балансу составляющих системы природа - биосфера - человек.

Уровень воздействия человека на окружающую среду зависит в первую очередь от технической вооружённости общества. XX столетие - век научно - технического прогресса. Связанный с качественно новым взаимоотношением науки, техники и технологии, он колоссально увеличил масштабы воздействия общества на природу.

В результате преобразования человеком естественной среды обитания можно говорить уже о реальном существовании нового её состояния - о техносфере.

7. 3. 5. Ноосфера. Учение В.И. Вернадского о ноосфере

Учение о ноосфере было сформулировано в трудах одного из его основателей В.И. Вернадского. Всего работах можно встретить разные определения и представления о ноосфере которые к тому же менялись на протяжении всей жизни учёного. Осознавая огромную роль и значение человека в жизни и преобразовании планеты, Вернадский употребляет понятие “ноосфера” в разных смыслах:

как состояние планеты, когда человек становится крупнейшей преобразующей геологической силой;

как область активного проявления научной мысли;

как главный фактор перестройки и изменения биосферы.

В настоящее время под ноосферой понимается сфера взаимодействия человека и природы, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором бытия.

7. 4. Взаимосвязь космоса и живой природы

Благодаря связи всего существующего космос оказывает активное влияние на самые различные процессы жизни на Земле.

Влияние космоса на происходящие на Земле процессы (например, Луны на морские приливы и отливы, солнечные затмения) люди подметили ещё в древности. В XX столетии знания о влиянии космоса на Землю существенно пополнились. И в этом есть заслуга и российских учёных, в первую очередь представителей русского космизма - А.Л.Чижевского, К.Э. Циолковского, Л.Н. Гумилёва, В.И. Вернадского.

Понять оценить и выявить масштабы влияния космоса и прежде всего Солнца на земную жизнь и её проявления, во многом удалось Чижевскому.

Многие идеи А.Л. Чижевского нашли своё применение в области космических и биологических наук. Они подтверждают неразрывное единство человека и космоса, указывают на их тесное взаимовлияние.

7. 5. Противоречия в системе: природа - биосфера - человек

Взаимоотношения природы и общества нельзя рассматривать вне противоречий, неизбежно возникающих и существующих между ними.

Во - первых, с развитием общества и его производительных сил постоянно и стремительно расширяется господство человека над природой. Сегодня это проявляется уже на планетарном уровне.

Во - вторых постоянно углубляются противоречия дисгармония между человеком и природой.

Природа - это единое целое.

Человек распахивает землю, помогая росту полезных растений, но из-за ошибок в земледелии смывается плодородный слой. Вырубка лесов под сельхозугодья лишает почву достаточного количества влаги и в результате поля вскоре делаются бесплодными. Уничтожение хищников снижает сопротивляемость травоядных и ухудшает их генофонд.

Отрицательным как для природы, так и для общества становится бесцеремонное вмешательства человека в окружающую среду в наши дни, ибо последствия его из - за высокого уровня развития производительных сил зачастую носят глобальный характер и порождают глобальные экологические проблемы.

Однако говоря сегодня о проблемах экологии, мы фактически имеем ввиду социальную экологию - науку, изучающую проблемы взаимодействия общества и окружающей среды.

ГЛАВА 8. Человек как предмет естественно - научного познания

8. 1. Человек - дитя Земли

Вся природа в целом представляет собой необходимую предпосылку для генезиса человека.

Человек, человеческий разум и общество являются вершиной естественного развития Земли и её биосферы. Со всей определённостью можно сказать, что человек - дитя Земли. Сейчас наступил период духовной эволюции и разума. Это качественно новая эпоха в эволюции Земли. Она характеризуется развитием разума и переходом от биосферы к ноосфере - сфере взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором эволюции.

Но речь идёт не только о человеке как сугубо биологическом виде. Имеется ввиду гораздо большее. Вместе с человеком появляется разум, мысль, сознание. Разум является уже принципиально новым явлением по сравнению со всем тем, что существовало в предшествующей истории.

8. 2. Проблема антропогенеза

Человек - сложная целостная система, которая в свою очередь является компонентом более сложных систем - биологической и социальной. Это обусловлено тем, что он является существом, как биологическим, так и социальным, Одной стороной своего существования человек принадлежит природе, другой - социальному миру. А в целом он является предметом изучения множества наук.

Первый вопрос, на который следует ответить, заключается в том, как биологический организм, принадлежащий, к типу хордовых, подтипу позвоночных, классу млекопитающих, отряду приматов, семейству гоминид, превращается в человека - существо не только биологическое, но и социальное, в носителя культуры. В этом и состоит суть проблемы антропогенеза.

8.3. Биологическое и социальное в историческом развитии человека. Продолжается ли биологическая эволюция Homo Sapiens?

Эволюция человека продолжается на всём протяжении его существования. Но она относится к социальной стороне жизни. Что же касается биологической эволюции, то с тех пор как человек выделился из животного мира, по крайней мере, она перестала играть решающую роль.

Сила естественного отбора в социальном мире всё более ослабевает, так как социальные институты, здравоохранение постоянно сглаживают влияние индивидуальной биологической изменчивости.

Сегодня наблюдается очень медленный темп генетических изменений, и большое генетическое сходство между различными человеческими группами. С другой стороны, имеется огромное разнообразие культур и образов жизней, очень быстрый рост социальных изменений, свидетельствующих о происходящей культурной эволюции человечества.

При этом важно отметить, что значение естественного отбора резко меняется в жизни человека и животных. Если у животных отбор - это главный фактор эволюции, то у человека его роль заключается в сохранении генофонда, в сдерживании мутаций, отрицательно влияющих на здоровье.

Естественный отбор происходит на уровне зародышевых клеток.

В основе эволюции лежит развитие интеллекта и целесообразной деятельности. Необходимо отметить также, что с возникновением человека и общества генетическая информация утрачивает своё главенствующее значение в его жизнедеятельности. Она заменяется социальной информацией.

8.4. Биологическое и социальное в онтогенезе человека

В современной литературе существует два различных подхода к решению проблемы о роли социальных и биологических факторов в индивидуальном развитии человека. Одни авторы утверждают, что оно целиком обусловлено генами, абсолютизируя биологический фактор. Это направление называется панбиологизм. Вторая точка зрения состоит в том, что все люди рождаются с одинаковыми генетическими задатками, а главную роль в развитии их способностей играют воспитание и образование. Эта концепция получила название - пансоциологизм.