Содержание
1. Античный период в
истории естествознания. 3
2. Клетка как структурная
и функциональная единица живого. Состав и строение клетки. 7
3. Учение Вернадского о
биосфере. 15
Список литературы.. 20
Античный
период в истории естествознания
Естественнонаучные знания
Древнего Востока проникли в Древнюю Грецию в VI в. до н.э. и обрели статус
науки как определенной системы знаний. Эта наука называлась натурфилософией (от лат. natura - природа). Натурфилософы
были одновременно и философами, и учеными. Они воспринимали природу во всей ее
полноте и были исследователями в различных областях знания. Эта стадия
развития науки характеризуется концептуальным хаосом, проявлением которого и
стала конкуренция различных воззрений на природу. Во всех трудах древнегреческих
ученых естественнонаучные идеи тонко вплетены в философскую нить их мысли.
В VI в. до н.э. в
древнегреческом городе Милете
возникла первая научная школа, известная прежде всего не своими достижениями, а
своими исканиями. Основной проблемой этой школы была проблема первоначала
всех вещей: из чего состоят все вещи и окружающий мир? Предлагались разные
варианты того, что считать первоосновой всех вещей: огонь (Гераклит), вода
(Фалес), воздух (Анак-симен), апейрон (Анаксимандр). Следует особо подчеркнуть,
что эти первоосновы не сводились просто к огню, воздуху или воде. Например,
Фалес понимал под «водой» текучую субстанцию, охватывающую все существующее в
природе. Обычная вода входит в это обобщенное понятие как один из элементов.
Другое научное сообщество
рассматриваемого периода, пифагорейцы,
в качестве первоначала мира - взамен воды, воздуха или огня - ввели понятие
числа. Они также отмечали связь между законами музыки и числами. Согласно
их учению, «элементы чисел должны быть элементами вещей». Пифагор (582-500 гг.
до н.э.) был не только известным математиком и астрономом, но и духовным
лидером своих учеников и многих ученых того времени. Пифагорейцы проповедовали
тип жизни в поисках истины, научное познание, которое, как они считали, и есть
высшее очищение - очищение души от тела. Следует отметить, что пифагорейские
числа не соответствуют современным абстрактным представлениям о них. Пифагорейское
число тянуло за собой длинный «шлейф» физических, геометрических и даже
мистических понятий.
Исследование первоосновы
вещей вслед за учеными милетской школы были продолжены Демокритом (ок. 460-370 гг. до
н.э.) и его учителем Левкиппом,
которые ввели понятие атома. Новое учение, атомистика, утверждало, что
все в мире состоит из атомов - неделимых, неизменных, неразрушимых, движущихся,
невозникающих, вечных, мельчайших частиц. Учение об атоме явилось гениальной
догадкой, которая намного опередила свое время и служила источником вдохновения
для многих его последователей.
Самой яркой фигурой
античной науки того периода был величайший ученый и философ Аристотель (384-322 гг. до н.э.),
авторитет которого был незыблемым более полутора тысяч лет. Аристотель в
совершенстве освоил учение своего учителя Платона, но не повторил его путь, а
пошел дальше, выбрав свое собственное направление в научном поиске. Если для
Платона было характерно состояние вечного поиска без конкретной окончательной
позиции, то научный дух Аристотеля вел его к синтезу и систематизации, к постановке
проблем и дифференциации методов. Он наметил магистральные пути развития
метафизики, физики, психологии, логики, а также этики, эстетики, политики.
Сочинения Аристотеля
разнообразны по тематике, многочисленны по объему и значительны по влиянию, которое
они оказали на дальнейшее развитие различных наук. Среди его естественно-научных
работ следует выделить прежде всего «Категории», «Об истолковании», «Физика»,
«О небе», «Метеорологика», «Метафизика», «История животных», «О частях
животных», «О передвижении животных», трактаты по логике. Во многих из этих
книг Аристотель продемонстрировал всесторонние и глубокие по тому времени
знания.
Аристотель разделял все науки на три больших раздела: науки
теоретические и практические, которые добывают знания ради достижения морального
совершенствования, а также науки продуктивные, цель которых - производство
определенных объектов. Формальная логика, созданная Аристотелем, просуществовала
в предложенной им форме вплоть до конца XIX в.
Зарождение медицины как самостоятельного научного знания
связано с именем Гиппократа
(460-370 гг. до н.э.), который придал ей статус науки и создал эффективно действующий
метод, преемственно связанный с ионийской философией природы. За этим методом
стояли усилия древних философов дать естественное объяснение каждому явлению,
найти его причину и цепочку следствий, веру в возможность понять все тайны
мира. Медицинские труды Гиппократа многочисленны и разнообразны. Основной его
тезис: медицина должна развиваться на основе точного метода, систематического
и организованного описания различных заболеваний.
Первой из эллинистических
школ была школа Эпикура
(341-270 гг. до н.э.). Эпикур делил философию на три части: логику, физику и
этику. Эпикурейская физика - это целостный взгляд на реальность. Эпикур развил
идеи атомистики, заложенные Левкиппом и Демокритом. В его школе было показано,
что атомы различаются весом и формой, а их разнообразие не бесконечно. Для
объяснения причины движения атомов Эпикур ввел понятие первоначального толчка
(первотолчка).
С 332 г. до н.э. началось
сооружение города Александрии, который стал основным научным центром
эллинистической эпохи, центром притяжения ученых всего средиземноморского
региона.
В Александрии был создан
знаменитый Музей, где
были собраны необходимые инструменты для научных исследований: биологических,
медицинских, астрономических. К Музею была присоединена Библиотека, которая вмещала в себя
всю греческую литературу, литературу Египта и многих других стран. Объем этой
Библиотеки достигал 11,7 тыс. книг, в ней нашла отражение культура всего
античного мира.
В первой половине III в.
до н.э. в Музее велись серьезные медицинские исследования. Герофил и Эрасистрат продвинули анатомию
и физиологию, оперируя при помощи скальпеля. Герофилу медицина обязана
многими открытиями. Например, он доказал, что центральным органом живого
организма является мозг, а не сердце, как думали ранее. Он изучил разновидности
пульса и его диагностическое значение.
В эллинистический период
начали составляться труды, объединявшие все знания в какой-либо области. Так,
например, одному из крупнейших математиков того периода Евклиду принадлежит знаменитый
труд «Начала», где собраны воедино все достижения математической мысли.
Опираясь на аристотелевскую логику, он создал метод аксиом, на основе которого
построил все здание геометрии. По сути аксиомы есть фундаментальные утверждения
интуитивного характера. Часто в виде аргументации Евклид использовал метод «приведения
к абсурду».
Выдающимся ученым
эллинистического периода был математик-теоретик Архимед (287-212 гг. до н.э.). Он
был автором многих остроумных инженерных изобретений. Его баллистические орудия
и зажигательные стекла использовались при обороне Сиракуз. Среди множества
работ особое значение имеют следующие: «О сфере и цилиндре», «Об измерении
круга», «О спиралях», «О квадратуре параболы», «О равновесии плоскости», «О
плавающих телах». Архимед заложил основы статики и гидростатики.
Систематизатором географических
знаний был друг Архимеда Эрастофен.
Исторической заслугой Эрастофена явилось применение математики к географии для
составления первой карты с меридианами и параллелями.
Следует отметить, что в
рассматриваемый период завершили свое формирование основополагающие элементы
наиболее древних наук - математики (прежде всего геометрии), астрономии и
медицины. Кроме того, началось формирование отдельных естественных наук,
методами которых могут считаться наблюдение и измерение. Все эти науки
создавались жрецами Египта, волхвами и магами Междуречья, мудрецами Древней
Индии и Древнего Китая. Натурфилософы Древней Греции были теснейшим образом
связаны с этими жрецами, а многие являлись их непосредственными учениками. Все
науки того времени были тесно вплетены в философско-религиозную мысль и по
существу считались знанием элиты (религиозной или философской) древнего
общества[1].
2. Клетка как структурная и функциональная единица живого.
Состав и строение клетки
Клетка - самая мелкая
единица живого, лежащая в основе строения и развития растительных и животных
организмов нашей планеты. Она представляет собой элементарную живую систему,
способную к самообновлению, саморегуляции, самовоспроизведению. Но в природе не
существует некой универсальной клетки: клетка мозга столь же сильно отличается
от клетки мышц, как и от любого одноклеточного организма. Отличие выходит за
рамки архитектуры - различно не только строение клеток, но и их функции.
И все же можно говорить о
клетках в собирательном понятии. В середине XIX столетия на основе уже
многочисленных знаний о клетке Т. Шванн сформулировал клеточную теорию (1838).
Он обобщил имевшиеся знания о клетке и показал, что клетка представляет собой
основную единицу строения всех живых организмов, что клетки растений и животных
сходны по своему строению. Эти положения явились важнейшими доказательствами
единства происхождения всех живых организмов, единства всего органического
мира. Т. Шванн внес в науку правильное понимание клетки как самостоятельной
единицы жизни, наименьшей единицы живого: вне клетки нет жизни.
Клеточная теория – одно
из выдающихся обобщений биологии прошлого столетия, давшее основу для
материалистического подхода к пониманию жизни, к раскрытию эволюционных связей
между организмами.
Клеточная теория получила
дальнейшее развитие в трудах ученых второй половины XIX столетия. Было открыто
деление клеток и сформулировано положение о том, что каждая новая клетка
происходит от такой же исходной клетки путем ее деления (Рудольф Вирхов, 1858).
Карл Бэр открыл яйцеклетку млекопитающих и установил, что все многоклеточные
организмы начинают свое развитие из одной клетки, и этой клеткой является
зигота. Это открытие показало, что клетка – не только единица строения, но и
единица развития всех живых организмов.
Клеточная теория
сохранила свое значение и в настоящее время. Она была неоднократно проверена и
дополнена многочисленными материалами о строении, функциях, химическом составе,
размножении и развитии клеток разнообразных организмов.
Современная клеточная
теория включает следующие положения:
Клетка – основная единица
строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;
Клетки всех одноклеточных
и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению,
химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;
Размножение клеток
происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате
деления исходной (материнской) клетки;
В сложных многоклеточных
организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани;
из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервным
и гуморальным системам регуляции.
Общие черты и позволяют
нам говорить о клетке вообще, подразумевая некую среднюю типичную клетку. Все
ее атрибуты - объекты абсолютно реальные, легко видимые в электронный
микроскоп. Правда, эти атрибуты менялись - вместе с силой микроскопов. На схеме
клетки, созданной в 1922 году с помощью светового микроскопа, всего четыре
внутренние структуры; с 1965 года, основываясь на данных электронной
микроскопии, мы рисуем уже, по меньшей мере, семь структур. Причем, если схема
1922 года более походила на картину абстракциониста, то современная схема
сделала бы честь художнику-реалисту.
Давайте подойдем поближе
к этой картине, чтобы лучше рассмотреть отдельные ее детали.[2]
Строение клетки.
Клетки всех организмов
имеют единый план строения, в котором четко проявляется общность всех процессов
жизнедеятельности. Каждая клетка включает в свой состав две неразрывно
связанные части: цитоплазму и ядро. Как цитоплазма, так и ядро характеризуются
сложностью и строгой упорядоченностью строения и, в свою очередь, в состав их
входит множество разнообразных структурных единиц, выполняющих совершенно
определенные функции.
Оболочка. Она осуществляет непосредственное взаимодействие с внешней средой и взаимодействие
с соседними клетками (в многоклеточных организмах). Оболочка - таможня клетки.
Она зорко следит за тем, чтобы в клетку не проникли ненужные в данный момент
вещества; наоборот, вещества, в которых клетка нуждается, могут рассчитывать на
ее максимальное содействие.
Оболочка ядра двойная;
состоит из внутренней и наружной ядерных мембран. Между этими мембранами
располагается перинуклеарное пространство. Наружная ядерная мембрана обычно
связана с каналами эндоплазматической сети.
Цитоплазма. Основное вещество цитоплазмы, называемое также гиалоплазмой или матриксом, - это полужидкая среда клетки,
в которой располагается ядро и все органоиды клетки. Под электронным
микроскопом вся гиалоплазма, располагающаяся между органоидами клетки, имеет
мелкозернистую структуру. Слой цитоплазмы формирует разные образования:
реснички, жгутики, поверхностные выросты. Последние играют важную роль в
движении и соединении клеток между собой в ткани.
В состав цитоплазмы
входят вещества белковой природы. Во многих клетках, например у амеб, в клетках
различных эпителиев, гиалоплазма содержит тончайшие нити, которые могут
переплетаться и образовывать структуры, напоминающие войлок. Эти нитевидные
(фибриллярные) структуры связаны с выполнением механической функции: они образуют
нечто подобное внутреннему скелету клетки. Фибриллы цитоплазмы не принадлежат к
числу постоянных структур: они могут появляться и исчезать при различных
физиологических состояниях клетки.
Эндоплазматическая сеть (ЭПС). Эндоплазматическая сеть принадлежит
к числу органоидов клетки, открытых совсем недавно (1945 – 1946). Расположение
сетчатых структур во внутренней части цитоплазмы – эндоплазме (греч.
"эндон" – внутри) – и послужило основанием для того, чтобы вновь
открытому органоиду дать название эндоплазматической сети или эндоплазматического
ретикулума.
Дальнейшее
электронномикроскопическое изучение ультратонких срезов разнообразных клеток
показало, что сетчатые структуры состоят из сложной системы канальцев, вакуолей
и цистерн, ограниченных мембранами. Мембраны ЭПС имеют типичную трехслойную
структуру, такую же, как и та, что свойственна и наружной мембране клетки.
Каналы, вакуоли и цистерны образуют ветвящуюся сеть, которая пронизывает всю
цитоплазму клетки.
Форма каналов, вакуолей и
цистерн эндоплазматической сети непостоянна и широко варьирует как в одной и
той же клетке в разные периоды ее функциональной деятельности, так и в клетках
различных органов и тканей. Для каждого типа клеток характерна определенная
структура ЭПС. Наибольшее развитие ЭПС характерно для секреторных клеток с
интенсивным уровнем белкового обмена. Слабо развита ЭПС в клетках коры
надпочечников, сперматоцитах. В значительной мере степень развития
эндоплазматической сети находится в зависимости от уровня дифференцировки
клеток. Например, в молодых клетках сальных желез, претерпевающих интенсивное
деление, ЭПС развита слабо, но в более зрелых клетках этих желез она выражена
очень отчетливо, т. е. по мере дифференцировки клеток происходит и развитие
ЭПС.
Рибосомы. Рибосомы - самые маленькие из клеточных органелл.
Рибосомы либо
располагаются на поверхности мембраны гранулярной ЭПС в один ряд, либо образуют
розетки и спирали. В тех клетках, где хорошо развита гранулярная ЭПС, например
в полностью дифференцированных клетках печени и поджелудочной железы,
большинство рибосом связано с ее мембранами. В клетках же, где гранулярная ЭПС
развита слабо, рибосомы преимущественно свободно располагаются в основном
веществе цитоплазмы. К клеткам такого типа относятся плазмоциты лимфатических
узлов и селезенки, овоциты человека и ряд других. Помимо цитоплазмы, рибосомы
обнаружены и в клеточном ядре, где они имеют такую же округлую форму, строение
и размеры, как и рибосомы цитоплазмы. Часть ядерных рибосом свободно располагается
в кариоплазме, а часть их находится в связи с нитевидными структурами, из
которых состоят остаточные хромосомы, обнаруживаемые обычно при электронномикроскопическом
исследовании интерфазного ядра. В последнее время рибосомы обнаружены в
митохондриях и пластидах клеток растений.
Функции рибосом.
Исследование ультраструктуры клеток многочисленных видов многоклеточных
растений и животных, бактерий и простейших показало, что рибосомы –
обязательный органоид каждой клетки. Наличие этого органоида во всех клетках,
однородность его строения и химического состава свидетельствуют о важной роли
рибосом в жизнедеятельности клеток. Было выяснено, что на рибосомах происходит
синтез белков.
Митохондрии. Митохондрии (греч. "митос" – нить,
"хондрион" – гранула) – это обязательный органоид каждой клетки всех
многоклеточных и одноклеточных организмов. В разных клетках размеры и форма
митохондрий чрезвычайно сильно варьируют. По форме митохондрии могут быть
округлыми, овальными, палочковидными, нитевидными или сильно разветвленными тельцами,
которые обычно хорошо видны в световой микроскоп. Форма митохондрий может
варьировать не только в клетках разных организмов, разных органов и тканей
одного и того же организма, но и в одной и той же клетке в разные моменты ее
жизнедеятельности. Митохондрии меняют свою форму и при разнообразных
воздействиях на клетку. Размеры митохондрий в большинстве исследованных клеток
так же варьируют, как и их форма. Число митохондрий находится в соответствии с
функциональной активностью клетки. Установлено, например, что в клетках грудной
мышцы хорошо летающих птиц митохондрий значительно больше, чем в клетках этой
же мышцы у птиц нелетающих.
Внутреннее пространство
митохондрии, в котором располагаются кристы, также заполнено гомогенным
веществом, носящим название матрикса. Вещество матрикса более плотной
консистенции, чем окружающая митохондрию цитоплазма. В последнее время в
матриксе митохондрий были обнаружены рибосомы. Число крист неодинаково в
митохондриях различных клеток. Так, в клетке сердечной мышцы, скелетной мышцы,
эпителия почки количество крист обычно большое, и они плотно располагаются по
отношению друг к другу. Детали строения митохондрий, и особенно число, форма и
расположение крист, могут варьировать, но основной план их строения остается
одинаковым в разнообразных клетках тканей и органов самых различных организмов.
Пластиды. Пластиды – особые органоиды растительных клеток, в которых
осуществляется синтез различных веществ, и в первую очередь фотосинтез.
В цитоплазме клеток
высших растений имеется три основных типа пластид: 1) зеленые пластиды –
хлоропласты; 2) окрашенные в красный, оранжевый и другие цвета хромопласты; 3)
бесцветные пластиды – лейкопласты. Все эти типы пластид могут переходить один в
другой. У низших растений, например у водорослей, известен один тип пластид –
хроматофоры. Процесс фотосинтеза у высших растений протекает в хлоропластах,
которые, как правило, развиваются только на свету.
Снаружи хлоропласты
ограничены двумя мембранами: наружной и внутренней. В состав хлоропластов высших
растений, по данным электронной микроскопии, входит большое количество гран,
расположенных группами. Каждая грана состоит из многочисленных круглых пластин,
имеющих форму плоских мешочков, образованных двойной мембраной и сложенных друг
с другом наподобие столбика монет. Граны соединяются между собой посредством
особых пластин или трубочек, расположенных в строме хлоропласта и образующих
единую систему. Зеленый пигмент хлоропластов содержат только граны; строма их
бесцветна.
Комплекс Гольджи. Комплекс Гольджи – это органоид клетки, получивший свое
название по имени ученого К. Гольджи, который впервые увидел его в цитоплазме
нейронов и назвал сетчатым аппаратом (1898). Во многих клетках этот органоид
действительно имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра. Иногда же
его сетевидная структура приобретает вид шапочки, расположенной над ядром, или
тяжа, опоясывающего ядро. В клетках многих беспозвоночных животных и растений
комплекс Гольджи представлен в виде отдельных элементов, обладающих формой округлых,
серповидных или палочковидных телец, носящих название диктиосом. Такая
рассеянная форма аппарата Гольджи свойственна и некоторым клеткам позвоночных
животных.
Исследование
многочисленных клеток животных и растений с помощью электронного микроскопа показало,
что, несмотря на многообразие формы и строения комплекса Гольджи, структура его
элементов однотипна в разных клетках. По данным электронномикроскопического
исследования, ультраструктура комплекса Гольджи включает три основных
компонента.
Система плоских цистерн,
ограниченных гладкими мембранами. Цистерны расположены пачками, по 5 – 8;
причем они плотно прилегают друг к другу. Количество цистерн, их величина и
расстояние между ними варьируют в разных клетках.
Система трубочек, которые
отходят от цистерн. Трубочки анастомозируют друг с другом и образуют довольно
сложную сеть, окружающую цистерны.
Крупные и мелкие
пузырьки, замыкающие концевые отделы трубочек.
Все три компонента
аппарата Гольджи взаимосвязаны друг с другом и могут возникать друг из друга.
Лизосомы. Лизосомы были открыты в 1955 году при исследовании клеток печени крысы
биохимическими методами. Открытие лизосом связано с работами Де-Дюва.
Лизосомы представляют собой небольшие округлые
частицы, располагающиеся в цитоплазме. Каждая лизосома ограничена плотной
мембраной, внутри которой заключено свыше 12 гидролитических ферментов, имеющих
наибольшую активность в кислой среде. Мембрана лизосомы имеет типичное
трехслойное строение. Ферменты, содержащиеся в лизосомах, способны расщеплять
важные в биологическом отношении соединения, т. е. белки, нуклеиновые кислоты,
полисахариды. Эти вещества поступают в клетку в качестве пищи путем фагоцитоза
и пиноцитоза, и лизосомы принимают активное участие в их расщеплении, или
лизисе. Отсюда происходит и название самого органоида (греч. lysis –
растворение и soma – тело). Совокупность лизосом можно назвать
"пищеварительной системой" клетки, так как они участвуют в переваривании
всех веществ, поступающих в клетку.
Клеточный центр. Клеточный центр – органоид, обнаруженный во всех клетках
многоклеточных животных, простейших и в клетках некоторых растений. В состав
клеточного центра входит 1 – 2 или иногда большее количество мелких гранул,
называемых центриолями. Центриоли либо непосредственно расположены в цитоплазме,
либо лежат в центре сферического слоя цитоплазмы, который называется
центросомой или центросферой.
Органоиды движения. Многие клетки одноклеточных и многоклеточных организмов
обладают способностью к движению. Под этим понимается движение клетки в пространстве
и внутриклеточное движение ее органоидов. В жидкой среде перемещение клеток
осуществляется движением жгутиков и ресничек; так передвигаются многие
одноклеточные. Некоторые другие простейшие организмы, а также
специализированные клетки многоклеточных передвигаются с помощью выростов,
образующихся на поверхности клеток. Клетка находится в постоянном движении.
Клеточное движение обеспечивается цитоскелетом, состоящем из микротрубочек,
микронитей и клеточного центра. Микротрубочки - это длинные полые цилиндры,
стенки которых состоят из белков. Микронити - очень тонкие структуры, состоящие
из тысяч молекул белка, соединенных друг с другом.
Ядро. Ядро – обязательная часть всякой полноценной, способной делиться клетки
высших животных и растений. От цитоплазмы ядра обычно отделяются четкой
границей. На неокрашенных препаратах и при наблюдениях живых клеток ядро
зачастую выглядит как гомогенный пузырек. Иногда видна более грубая или мелкая
зернистая структура. Во всех случаях отчетливо выделяется имеющее округлую
форму ядрышко, которое по показателю преломления света отличается от остальной
части ядра. Бактерии и некоторые низшие водоросли (сине-зеленые) не имеют
сформированного ядра: их ядра лишены ядрышка и не отделены от цитоплазмы
отчетливо выраженной ядерной мембраной. Однако основной компонент ядра –
носители наследственной информации клетки, хромосомы, присутствуют во всех без
исключения ядрах. Форма ядер довольно разнообразна и в ряде случаев
соответствует форме клетки. Количество ядер также может варьировать: типична
одноядерная клетка, но встречаются клетки двуядерные (некоторые клетки печени и
хрящевые клетки) и многоядерные (например, волокна поперечнополосатой мышцы и
клетки сифонных водорослей содержат несколько сот ядер). Отношение объема ядра
к объему цитоплазмы (ядерно-плазменное отношение) в клетках определенного типа
в строго стандартных условиях в известной мере постоянно.[3]
3.
Учение Вернадского о биосфере
В
настоящее время в связи с усилившимися негативными последствиями
воздействия научно-технического прогресса на природную среду, обострением планетарной экологической ситуации, что
ставит под угрозу дальнейшее существование всего живого на земле, обостряется
научный и общественный интерес к учению
В.И. Вернадского о биосфере, к его фундаментальным
трудам.
Как
определял Вернадский, биосфера – это область существования на земле «живого вещества», т.е. совокупности всех живых организмов. Она
включает в себя нижнюю (тропосферную) часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы.
Впервые
термин «биосфера» ввел в научный обиход великий натуралист и мыслитель Жан
Батист Ламара (1744 – 1829).
В
1875 г.
Э. Зюсс ввел это понятие в науку повторно. «Биосферу» понимал как особую
оболочку земной коры, охваченную жизнью. Советский ученый, академик Владимир
Иванович Вернадский (1863 – 1945) заложил основы учения о биосфере. В
результате его работ учение о биосфере оформилось как новое научное
направление. До появления работ В.И. Вернадского роль живых организмов на Земле
представлялась ученым очень скромной. Действительно, казалось бы, какое может
быть сравнение последствий их жизнедеятельности с мощью внутренних сил планеты,
вздымающих высочайшие горы, разверзающих
океанские пучины, перемещающие целые континенты.
В.И.
Вернадский доказал, что как бы слаб ни был каждый организм в отдельности, все
они, вместе взятые, на протяжении длительного отрезка времени выступают как
мощный геологический фактор, играющий существенную роль в жизни планеты.
Геологическая деятельность живых организмов проявляется как следствие следующих
их особенностей: они теснейшим образом связаны с окружающей средой и
взаимодействуют с ней в процессе обмена веществом и энергией; обмен веществ
организмов со средой осуществляется в
процессе биологического круговорота; суммарный эффект результатов деятельности организмов
проявляется на протяжении очень длительных (сотен миллионов лет) отрезков
времени.[4]
Биосфера – это очень
сложно устроенная внешняя оболочка
Земли, населенная живыми организмами. Она качественно отличается от других ее
оболочек.
В пределах биосферы
проявляется тесная взаимосвязь и геологическая деятельность всех живых существ:
растений, животных, микроорганизмов, а на последнем историческом этапе
становления Земли – и человека.
Научно-философские изыскания
В.И. Вернадского также были направлены на выявление механизмов взаимодействия
«живого вещества» с окружающей неживой природой, биогеохимическим и
геохимическими циклами элементов в
биосфере, выявление геохимических полей «устойчивости жизни» или «пределов
жизни».
Нарушение «пределов жизни», которые могут повлечь за
собой гибель живых организмов, вызываются как естественными природными (избыток
или недостаток химических элементов, геомагнитные поля, радиоактивные излучения,
вулканические извержения и др.) так и искусственными антропогенными
воздействиями (вредные газовые выбросы, пестициды, удобрения, тяжелые металлы,
сточные воды предприятий, твердые отходы, мусор и др.). Так, недостаток
некоторых элементов питания в почве, особенно микроэлементов, приводит к
резкому снижению продуктивности сельскохозяйственных культур и устойчивости к
неблагоприятным абиотическим и
биотическим факторам.
К естественным факторам
глобальных воздействий на биосферу следует отнести геофизические и космические
факторы (геомагнитные поля, космические излучения).
Учение В.И. Вернадского о
биосфере, ее эволюционном развитии, а также переходе биосферы в ноосферу (сферу
разума) является современной философией естествознания на прочной
диалектической основе. В ноосфере действуют
сложные разносторонние взаимодействия человека, общества с природой, и ход научной, социальной мысли, практических
действий должны быть направлены на устранение или уменьшение влияния
неблагоприятных для будущих поколений человечества последствий технического
прогресса, на сохранение динамичного равновесия биосферы и приумножение ее
природных богатств.
Формирование и гармоничное
совершенствование ноосферы является одной из приоритетных задач человечества на
современном этапе цивилизации. Как
отмечал В.И. Вернадский, в ноосфере человек впервые становится крупнейшей
геологической силой.
«Он может и должен
перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным
образом по сравнению с тем, что было ранее. Перед ним открываются все более и
более широкие творческие возможности »
«Человек впервые реально
понял, что он житель планеты и может – должен мыслить и действовать в новом аспекте, не только в
аспекте отдельной личности, семьи, рода, государств или их союзов, но и в
планетном аспекте. Он, как все живое, может мыслить и действовать в планетном
аспекте только в области жизни - биосфере, в определенной земной оболочке, с
которой он неразрывно закономерно связан, и уйти из которой он не может. Его
существование есть ее функция. Он несет ее с собой всюду. И он ее неизбежно,
закономерно, непрерывно меняет»
По определениям ученых,
возраст Земли равен приблизительно 5 млрд. лет. Наиболее древние следы живых
организмов найдены в Южной Африке (Восточный Трансвааль), в толще горных пород,
возраст которых равен 3,2 млрд. лет. Эти организмы напоминали современных
нитчатых бактерий.
Ученые даже дали им
название – эобактериум изолятум. Таким образом, можно считать, что биосфера
Земли возникла около трех миллиардов лет назад.
Наземные организмы появились
около 400 млн. лет назад. Это были первые примитивные растения. С появлением на
суше живых организмов и возникновением растений начинается важнейший этап в
истории развития биосферы. С этого периода началось их быстрое распространение
по планете, и в настоящее время Землю населяет огромное количество
разнообразнейших растительных и животных организмов.
В.И. Вернадский, изучая
историю минералов, законы миграции химических элементов в земной коре, обратил
внимание на огромную роль живого вещества в геохимических процессах,
происходящих в Земле.
Живые организмы в процессе
жизнедеятельности берут из окружающей среды необходимые вещества и выделяют
продукты уже иного состава. Таким образом, они активно воздействуют на среду
обитания. Они воздействуют также и на водную оболочку планеты. Часть воды,
попавшая на растения, разлагается на кислород и водород; водород используется
для синтеза органических веществ, а кислород выбрасывает как ненужный продукт.
Признаки влияния жизни
заметны в масштабах всей планеты, начиная с верхней границы тропосферы (на
высоте 8-16 км)
и до нижней границы осадочных отложений в литосфере: (до глубины 2-3 км) и на дне самых глубоких
впадин океана.
Это и есть собственно
биосфера. Основная масса организмов сконцентрирована в самом нижнем слое
тропосферы и в самом верхнем слое земной коры. Здесь происходит наиболее
активное взаимодействия организмов с горными породами, водами и воздухом. В
морях и океанах тоже наиболее плотно заселен
самый верхний слой воды, примерно до глубины 200 м. Таким образом, область
концентрации жизни представляет собой по сравнению с размером Земли очень
тонкую пленку на ее поверхности. Здесь совершаются сложнейшие процессы
взаимодействия живой и неживой материи. Этот тонкий, наиболее деятельный слой
биосферы называют ландшафтной сферой.
Через биосферу постоянно
протекает энергия. Только непрерывное поступление энергии Солнца на Землю
обеспечивает нормальное функционирование биосферы. Растения улавливают энергию
Солнца в форме видимых лучей и приводят ее в результате фотосинтетических процессов в энергию химических связей, затем
она переходит в теплоту и излучается через поверхность тела животных в мировое
пространство в форме инфракрасных лучей. Получается поток энергии через
биосферу.
Между Землей и космосом происходит
непрерывающийся обмен энергией. Однако веществом Земля и космос не
обмениваются.
Кислород, углерод, азот и
вода в пределах Земли совершают круговорот. Практически чуть ли не все элементы
таблицы Менделеева принимают участие в круговороте веществ.
Биосфера представляет
собой не однородную тонкую пленку на поверхности Земли, она имеет мозаичное
строение.
Это «экосистемы».
Участки земной
поверхности, относительно однородные по составу растительности, животного
населения, микроорганизмов, строению почвенного покрова, горных пород, лежащих
непосредственно под почвенным покровом, климатических условий и влажности,
составляют экосистему.
Экосистемы Земли-
-
холодных Арктических пустынь и тундр
-
лесной зоны умеренных широт
-
степей и прерий
-
пустынь
-
саванн и редколесий
-
влажно-тропических лесов
-
океанов и морей
взаимосвязаны и находятся
во взаимодействии, т.е. вся биосфера представляет собой единое целое - одну
экосистему.[5]
Список
литературы
1.
Ващекин Н.П. Концепции современного естествознания. -
М.: МГУК, 2004.
2.
Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания.
– Новосибирск, ЮКЕА, 2003.
3.
Потеев М.И. Концепции современного естествознания. –
СПб: Питер, 2004.
4.
Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания:
Учебник для вузов: - М.: ЮНИТИ, 2003
5.
Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания.
– Ростов-на-Дону: Феникс, 2004.
[1] Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания.
– Новосибирск, ЮКЕА, 2003. – С. 49
[2] Ващекин Н.П. Концепции современного естествознания. -
М.: МГУК, 2004. – С. 310
[3] Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания:
Учебник для вузов: - М.: ЮНИТИ, 2003. – С. 279
[4] Потеев М.И. Концепции современного естествознания. –
СПб: Питер, 2004. – С. 191
[5] Хорошавина С.Г. Концепции современного
естествознания. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2004. – С. 127