1.
Концепция структурных уровней биологии
Достижения современной биологии дают много нового материала для
философского анализа проблемы жизни. Установлено, что жизнь – это особое
явление, обладающее внутренними закономерностями. Вместе с тем она находится в
полной зависимости и тесной взаимосвязи с условиями биосферы Земли. Для
осуществления жизни необходимы определенные физические и химические условия:
температура, свет, вода, пища и т.д.
Важнейшим свойством явления жизни служит то, что в каждом поколении
организмов ее основные качественные особенности не возникают заново из
неорганической природы, а преемственно воспроизводятся по поколениям по особым
биологическим законам. Исходные формы жизни возникли на Земле около 4 млрд. лет
назад. За последнее время жизнь заново на Земле не возникала [3].
В явлении жизни мы наблюдаем качественно новый этап развития мировой
материи. Возникнув на базе неорганического мира, жизнь имеет чисто материальную
природу. Это показывает, что приведение к анализу природы жизни достижений
физики, химии и математики исключительно велико. Вместе с тем специфика явления
жизни требует, чтобы при ее изучении в качестве ведущих были бы использованы
специфические биологические методы.
Обращаясь к характеристике отличительных свойств жизни на базе единства
вещества, структуры и функции живых систем, можно назвать следующие ее
особенности: наличие наследственной информации, обеспечивающей способность
живой системы к самовоспроизведению. Закон сохранения в физике отражает
постоянство фундаментальных свойств или отношений природных процессов, это
касается массы, энергии, импульса и т.д. Для живых систем преемственность
приобрела новую форму в виде биологических законов и оказалась связанной со
строением и поведением нуклеиновых кислот. В их структуре записана генетическая
информация, так что передача этих структур дочерним клеткам обеспечивает
реализацию преемственности жизни, которая связана с глубокой индивидуализацией
генетических программ по отдельным видам и внутри их [2].
У большинства видов животных и растений индивидуальное развитие
начинается от одной клетки – оплодотворенного яйца. Предопределенность
развития, то, что из яйца данного вида развивается особь только данного вида,
имеет чисто материальный характер. Она обусловлена наличием в клетках
генетической программы, записанной в молекулах нуклеиновых кислот, и ее
функционированием.
Важнейшей стороной явлений преемственности поколений служит диалектика
противоречий между сохранением и изменением. Ни в животном, ни в растительном
мире нет двух абсолютно сходных индивидуумов.
Наследственность и изменчивость взаимосвязаны. Это разные стороны
процесса самовоспроизведения жизни: наследственность закрепляет, стабилизирует
отдельные признаки в ряду поколений; изменчивость обусловливает разнообразие
признаков.
Отличительной особенностью живого служит способность к саморегуляции, которая основывается на взаимодействии между
сложными биополимерами – белками и нуклеиновыми
кислотами. Способность к саморегуляции живых систем
обеспечивается единством структуры и функции. Существование организмов возможно
только благодаря тому, что их жизнедеятельность и строение соответствуют среде
обитания, живым и неживым компонентам этой среды. Приспособительность
организмов по отношению к среде обитания, к живущим в ней другим организмам
настолько поразительна, что долгое время на этой основе возникали ошибочные,
идеалистические учения о нематериальной сущности причин и развития жизни [1].
Важнейшим свойством живых систем является их способность к отражению.
Отражение – это всеобщее свойство материи. Однако только с появлением
органического мира отражение приобретает активно целесообразный характер и
становится предметом эволюции. Вначале раздражимость и движение были присущи
всем формам, даже тем, которые не имели нервной системы. Они реагировали на
свет, химические раздражители и т.д. Позднее возникли возбудимость,
чувствительность и, наконец, психика. Высшей способностью отражения обладает
сознание, присущее человеку [2].
Очевидно, какое огромное значение для раскрытия сущности и особенностей
живой системы имеет понимание того, как произошли все ее основные элементы.
Исторический подход к живой системе – это перспективный способ познания жизни и
создания методов управления ею. История органического мира проходила под знаком
«вписывания» органических форм в среду их обитания. Солнечный свет
обусловливает развитие глаза, звуковые колебания – органов слуха и т.д. Можно
сказать, что вся история жизни на Земле – это диалектика единства организмов и
среды. Органический мир исторически создавал биосферу и одновременно вписывался
в ее условия [3].
Достижения современной биологии связаны с углублением в понимании уровней
организации живого. Этому способствовало развитие сравнительных биологических
методов исследования живых систем, а также использование физико-химических и
математических подходов в биологических методах.
Успехи биологических наук убеждают в существовании многих биологических
систем, со своими особенностями структур и иерархических связей. Взаимосвязь
составных элементов любой системы создает новое качество, несвойственное
простой их сумме. Так, элементы организма – органы, ткани, клетки и т.д. – в
сумме еще не представляют самого организма. И лишь соединение их в эволюционно
обусловленном порядке и соответствующем взаимодействии образует целостный
организм как открытую систему, обменивающуюся с внешней средой веществом и
энергией [2].
О количестве и качестве уровней организации живого среди ученых еще не
утвердилось единое мнение. Принято считать, что жизнь ввиду ее сложности может
быть изучена на следующих уровнях:
1) молекулярном;
2) клеточном;
3) тканевом и органном;
4) организменном;
5) популяционно-видовом;
6) биогеоценотическом;
7) биосферном [3].
Деятельность организма находится в удивительно тонком взаимодействии со
средой обитания, с влиянием на него биотических и абиотических
факторов. Группы организмов одного вида, объединенные общим местом обитания,
создают популяцию как систему надорганизменного
порядка. Популяции, в свою очередь, слагаются в виды. Виды – это та основная
реальная категория, на базе которой осуществляется освоение Земли органическими
формами. Виды на Земле сформировались в результате длительной эволюции. Процесс
видообразования в растительном и животном мире продолжается и в настоящее время
под действием факторов биологической эволюции – наследственности, изменчивости,
естественного отбора [6].
Взаимодействия организмов, объединенных общностью территории со всеми
факторами их среды обитания, образуют биогеоценотические комплексы, или,
по-другому, экосистемы, со всеми их особенностями взаимоотношений и
взаимосвязей. Комплексы видов в биогеоценозах имеют
различный характер – они бедны в пустынях и в Арктике и очень богаты в тропиках
и субтропиках.
Биосфера, как система высшего порядка охватывает все явления жизни на
Земле. Этот огромный по своей сложности комплекс организмов и оболочек Земли
обладает значительной устойчивостью, обеспечивающей существование жизни на
Земле. Биосфера, как и любая другая система, характеризуется своими
особенностями структуры и жизнедеятельности, в которых видную роль играет
человек.
Правильное решение вопроса о сущности жизни и об отношении живых существ
к неорганическому миру имеет очень большое мировоззренческое и прикладное
значение. По эти вопросам шли горячие споры со времен глубокой древности.
Идеалисты утверждали, что между живыми существами и телами неживой
природы лежит непроходимая пропасть, обусловленная тем, что существование живых
организмов находится под контролем особой нематериальной силы, которую они
называли по-разному: душа, энтелехия, жизненная сила и т.д.
Материалисты отрицали существование непроходимой пропасти между живой и
неживой природой и отвергали существование нематериальной жизненной силы. Но
при этом среди представителей механистического материализма допускалась другая
крайность. Они считали, что между живыми существами и телами неживой природы
нет качественных различий [3].
Правильное решение этого важного вопроса было получено в философии
диалектического материализма.
Диалектический материализм убедительно показал, что, хотя нематериальной
жизненной силы в природе нет, а существование живых организмов обусловлено
чисто материальными причинами, тем не менее между живой и неживой природой все
же существуют качественные различия. Эти качественные различия зависят от того,
что основные особенности живых существ обусловлены особой формой движения
материи, отсутствующей у тел неживой природы.
Определение основных особенностей жизни первым дал Ф.Энгельс,
который по этому поводу писал в «Анти-Дюринге»:
«Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования
состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных
частей этих тел». Во времена Энгельса наука еще не установила факта
существования нуклеиновых кислот, которые наряду с белками играют важнейшую
роль в явлениях жизни.
У современных живых существ самой элементарной единицей, обеспечивающей
осуществление явлений жизни и превращение энергии, служит клетка. Все живые
организмы за исключением вирусов состоят из клеток. У одноклеточных их
единственная клетка хорошо приспособлена к выполнению всех сторон и явлений
жизни. У многоклеточных клетки отдельных тканей высокодифференцированы.
Вирусы способны проявлять свойства жизни только внутри клеток хозяев [3; 8].
Каждая клетка обладает сложным и совершенным строением. Она имеет две
главные стороны своего существования. Одна из них обеспечивает
жизнедеятельность клетки при программирующем влиянии генетической информации. В
этом случае в протекании обмена веществ первостепенную роль играют белки.
Вторая сторона обеспечивает запись наследственной информации и ее передачу по
поколениям. В этом случае первостепенную роль играют нуклеиновые кислоты.
Сущность явления жизни как открытой системы, получающей вещества и энергию
извне, по содержанию ее биологической формы движения материи состоит в
упорядоченном взаимодействии белков и нуклеиновых кислот
2. Естествознание и экология. Экологическая обстановка в
месте моего проживания (г.Кемерово)
Экология – биологическая дисциплина,
исследующая закономерности жизни популяций того или иного вида в конкретной
среде их обитания [10].
Разного рода функциональные системы,
включающие в себя сообщества живых существ и их среду обитания, называют
экологическими системами. Экология выясняет, каким образом и в какой степени
каждое живое существо зависит от абиотических и
биотических факторов среды, в которой оно обитает. Между организмом и этими
факторами появляются разнообразнейшие связи, в возникновении которых играют
роль свет, температура, влажность, химические и другие компоненты окружающей
среды.
В экологической проблематике большое
место занимают вопросы загрязнения биосферы в результате деятельности человека.
Загрязняются реки, истребляются леса, нарушается почвенный покров и т.д.
С этими вопросами связана
проблематика долговременных и глобальных акций человечества по отношению к
биосфере в целом, ибо долгосрочный прогноз эволюции биосферы под влиянием
человеческой деятельности крайне важен для нормальной жизни на планете.
По мере усиления воздействия человека
на природу все яснее обнаруживается противоречивый характер современного
развития науки и техники, которые несут с собой не только избавление человечества
от голода и нищеты, болезней, стихийных природных сил, рост материального и
духовного богатства общества, но и определенные, отрицательные по отношению к
природе, а в конечном счете и по отношению к самому человеку последствия. Перед
современным обществом все настойчивее встает проблема сознательного
регулирования своих отношений с природой, поддержания благоприятного для
человека экологического баланса, обеспечивающего возможность существования
будущих поколений [3].
В Кемеровской области экологическая обстановка находится на критическом
уровне. Неблагополучную экологическую обстановку создал высокий уровень
загрязнения атмосферы, воды и почвы.
Загрязнение атмосферы, в свою очередь, является
результатом чрезвычайно высокой концентрации различных производств в
Кемеровской области. На небольшой территории в 95,7тыс.км2 из 1509
предприятий, контролируемых комитетом по выбросам загрязняющих веществ,
расположены
- 30 предприятий черной и цветной металлургии;
- 127 предприятий угледобычи и углепереработки;
- 19 объектов теплоэнергетики;
- 14 предприятий химии;
- 88 предприятий машиностроения и металлообработки;
- 194 предприятия стройиндустрии;
- 300 предприятий железнодорожного, автомобильного
транспорта и дорожного хозяйства;
- предприятия сельского хозяйства, пищевой, легкой,
мебельной промышленности, большое количество котельных и др. [5].
Основная часть валового выброса в атмосферу вредных веществ берет начало
от сгорания различных видов топлива. На рис.1 изображена структура выбросов
загрязняющих веществу в атмосферу Кемеровской области в усредненных цифрах за
последние три года.
Рис. 1 Структура выбросов загрязняющих веществ в атмосферу Кемеровской
области за последние три года (в усредненных данных)
За последние годы выбросы загрязняющих веществ от
стационарных источников составили 1206,676
тыс. тонн, от автомобильного транспорта -
246,237 тыс. тонн, от железнодорожного транспорта - 27,376 тыс. тонн и от воздушного транспорта - 0,653 тыс. тонн.
С 1996г. по 2003г. выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников увеличилось за
счет увеличения количества сожженного топлива на предприятиях
жилищно-коммунального хозяйства и увеличения производства на основных
предприятиях области. По сравнению с 1996
годом увеличение составило 132,142 тыс.тонн.
В 2003 году на
предприятиях области уловлено 4547,751тыс.тонн
загрязняющих веществ (79,0%). Наиболее
высокая степень улавливания в энергетике - 92,6%
в химической промышленности - 89,9%.
Низкая степень улавливания загрязняющих веществ на предприятиях
материально-технического снабжения – 1,0%, ЖКХ - 13,3%. Без очистки поступают в атмосферу
вредные вещества от предприятий связи, полиграфической промышленности, лесного
хозяйства [4; 5].
Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха в
целом по области от стационарных источников вносят города: Новокузнецк, Белово, Ленинск-Кузнецкий,
Кемерово, Мыски, Междуреченск, Осинники, Полысаево,
Прокопьевск.
Выбросы от передвижных источников в 2003г. составили 274,266 тыс.тонн (18,52%), в том числе:
- автомобильный транспорт
- 246,237 тыс.тонн,
- железнодорожный транспорт - 27,375 тыс.тонн,
- воздушный транспорт -
0,653 тыс.тонн. [5].
Основную долю в выбросах от передвижных источников
составляют выбросы от автомобильного транспорта
(89,78%).
Увеличение выбросов по г.Кемерово,
Анжеро-Судженску, Междуреченску, Кемеровскому району происходит за счет
увеличения количества легкового автотранспорта.
Данные постов наблюдения
Кемеровского Центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, которые
расположены в городах: Кемерово, Новокузнецк, Киселевск,
Прокопьевск подтверждают высокий уровень загрязнения атмосферы области.
Основными загрязняющими веществами, по которым наблюдается повышение
предельно-допустимых концентраций, являются:
- в г.Кемерово – формальдегид, 3,4-бенз(а)пирен, сероуглерод, амммиак, диоксин азота, сажа;
- в г.Новокузнецке – формальдегид, 3,4-бенз(а)пирен, пыль, фтористый водород, диоксид азота;
- в г.Киселевске – сажа;
- в г.Прокопьевске – диоксид азота, пыль [7].
Рассмотрим более качество атмосферного воздуха в г.Кемерове.
Наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха
проводят на 8 постах Государственной службы наблюдений за состоянием
загрязнения окружающей среды (ГСН). Ответственным за это является Кемеровский
центр по гидрометеорологии Западно-Сибирского управления по гидрометеорологии и
мониторингу окружающей среды. Наблюдательная сеть работает в соответствии с
требованиями РД 52.04.186 – 89.
В последние время ежегодно на стационарных постах было зарегистрировано
около 57 случаев высокого (>5 ПДК) загрязнения, из них:
- 26 случаев по саже ( 5,2 – 10,7 ПДК);
-12 случаев по хлористому водороду (5,1 – 12,5 ПДК);
- 6 случаев по диоксиду азота (5,2 – 8,5 ПДК);
- 6 случаев по аммиаку (5,1 – 10,9 ПДК);
- 2 случая по пыли (5,4 и 6,1 ПДК);
- 2 случая по диметиламину (5,2 и 5,6 ПДК);
-1 случай по сероуглероду (10,6 ПДК).
За прошедший период на промышленные, автотранспортные предприятия и
контролирующие службы передано 92 штормовых предупреждения об ожидаемых
неблагоприятных для рассеивания выбросов метеоусловиях и необходимости принятия
мер по кратковременному сокращению выбросов.
Среднегодовая концентрация диоксида азота в целом по городу превышает ПДК
в 1,3 раза, в Кировском районе – в 2,1 раза. Пять случаев превышения 5 ПДК были
зафиксированы на посту №10 (Кировский район). Максимальная концентрация
диоксида азота (8,5 ПДК) была зафиксирована в центре города (пост №1).
Содержание формальдегида в атмосфере города по средним значениям
превышает ПДК в целом по городу в 3,6 раза. Наиболее всего загрязнен
формальдегидом воздух Кировского района (пост №10), где средняя концентрация
превышает ПДК в 5,7 раза. В этом же районе отмечается наибольшая повторяемость
проб с концентрацией выше ПДК – 10%, от общего числа проб (В целом по городу – 3%,
В Ленинском районе – 0,3%). Максимальная из разовых концентраций (4,9ПДК)
зафиксирована на посту №10 (Кировский район). Основным источником загрязнения
атмосферного воздуха является автотранспорт, химическая промышленность.
Среднегодовая концентрация аммиака по городу составила 2,1 ПДК.
Значительно загрязнена аммиаком атмосфера Кировского района, где средняя
концентрация превышает ПДК в 5,1 раза, отмечено 5 из 6 зарегистрированных превышений выше 5 ПДК и зарегистрирована максимальная из
разовых концентраций (10,9 ПДК). Повторяемость проб с концентрацией выше ПДК в
Кировской районе составляет 28,1% ( в целом по городу – 7,6%) от общего числа
проб.
Средняя из среднемесячных концентраций 3,4 – бенз(а)пирена превышает ПДК и стандарт ВОЗ в 2,4 раза. Максимальная
среднемесячная концентрация (3,6 ПДК) обнаружена на посту №10.
Значительно загрязнена атмосфера города сажей. В целом по городу средняя
за год концентрация сажи составила 1,7 ПДК, повторяемость проб с концентрацией
выше ПДК составляет 14,4%. Все 26 случаев превышения 5 ПДК зафиксировано в
Кировском районе (пост №10), где средняя концентрация составила 3,6 ПДК,
повторяемость проб с концентрацией выше ПДК составила 34,4% и отмечен годовой
максимум из разовых замеров (10,7 ПДК).
Средняя годовая концентрация сероуглерода составила 1,5 ПДК, в Кировском
районе (пост №10) – 2,6 ПДК. Максимальная из разовых концентраций этой примеси
составила 10,6 ПДК (пост №10).
Загрязнение фенолом практически равномерно в разных районах города и по
средним значениям не достигает ПДК, только в Кировском районе равна 1,3 ПДК, и
там же отмечена максимальная из разовых концентрация (6,6 ПДК).
Среднегодовые концентрации таких примесей как хлористый водород, диметиламин, анилин, нафталин, цианистый водород не
достигли ПДК, но в отдельные дни по этим примесям отмечались повышенные
концентрации.
Зафиксировано 12 разовых концентраций хлористого водорода выше 5 ПДК: 2
концентрации в центре города (пост №1), 3 концентрации в Заводском районе (пост
№17), 7 концентраций в Кировском районе (пост №10). Максимальная концентрация
хлористого водорода (12,5 ПДК) зафиксирована на посту №10.
Две концентрации диметиламина выше 5 ПДК
обнаружены на посту №20 (5,6 ПДК) и на посту №10 (5,2 ПДК).
На посту №10 зафиксированы две концентрации анилина, превышающие 5 ПДК,
максимальная концентрация – 6,2 ПДК.
Максимальная концентрация цианистого водорода составила 0,053 мг/м3,
нафталина – 4,3 ПДК.
Концентрации диоксида серы низкие, не превышают ПДК ни по средним, ни по
максимальным значениям, как на отдельных постах, так и в целом по городу.
Среднегодовые концентрации оксида азота и оксида углерода не достигают
ПДК, максимальные из разовых концентрации составили 1,6 ПДК и 2,8 ПДК
соответственно.
Загрязнение атмосферы хлором, озоном, серной кислотой, спиртом изопропиловым
невелико: как средние, так и максимальные концентрации не достигают ПДК.
В течение последнего года в атмосфере города не обнаружено бензола,
ксилола, толуола.
Загрязнение атмосферы города металлами (железо, медь, магний, марганец,
хром, свинец) невелико, средние значения не достигают ПДК и не превышают
средних значений по РФ [5; 10].
Уровень загрязнения атмосферы города по обобщенному показателю,
разработанному Росгидрометом, оценивается как высокий, - это обусловлено
большим количеством промышленных предприятий и их близким расположением к жилым
кварталам, а также часто повторяющимися, неблагоприятными для рассеивания
выбросами.
Река Томь, протекающая по долине, принимает все городские и промышленные
стоки и потому сильно загрязнена фенолами, нефтепродутами,
солями тяжелых металлов и др.
В городах и поселках Кемеровской области насчитывается 1456 свалок
промышленных и бытовых отходов, а предприятий по их переработке в области нет
[9].
Таким образом, экологическая обстановка Кузбасса заставляет серьезно
задуматься о здоровье его жителей. Если сегодня не начать принимать
кардинальные меры по улучшению экологической ситуации региона, завтра за ними
последует еще большее снижение качества и продолжительности жизни населения.
Список
литературы
1. Биология и современность. Научное познание. – М.: Наука, 1980.-367с.
2. Биология / Под ред.
В.Н.Ярыгина. – М.: Высшая школа, 2000.-448с.
3. Грушевицкая
Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного
естествознания: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 1998.-383с.
4. Доклад о состояние
окружающей природной среды Кемеровской области в 2002 году. –
Кемерово,2002.-302с.
5. Доклад о состояние окружающей природной среды Кемеровской области в
2003 году. – Кемерово,2003.-292с.
6. Дубинин Н.П. Общая биология. –
М.: Просвещение, 1980.-336с.
7. Малахов С.М., Новоселова
Л.А. О состоянии окружающей среды Кемеровской области в 1999 году // ЭКО
бюллетень. – 2000.-№9 (56).-С.3-11.
8. Медников Б.М. Биология: формы и уровни жизни. – М.: Просвещение,
1994.-415с.
9. Орлов Б. Наша атмосфера: мифы и реальность // Комсомольская правда в
Кузбассе. – 2001.-15 августа (№147). – С.11.
10. Сидорович В.С. Экологический путь развития // Приборы и системы
управления. – 1999.-№5.-С.5-9.