Содержание

1.9. Что изучает химия, каковы основные этапы ее развития? Дайте понятия структурной и эволюционной химии. 2

2.9. В чем сущность второго начала термодинамики? Приведите значения к.п.д. для тепловых станций. В чем состоит суть спора о «тепловой смерти Вселенной»? Какие приняты шкалы температур? Каков смысл абсолютного нуля температур. 4

3.9. Характеризуйте реакции, лежащие в основе энергии звезд. Укажите проблемы энергетики, связанные с термоядерными реакциями. 5

4.9. Опишите развития представлений о свете. Как и кем было показано, что свет есть электромагнитная волна? В чем проявляются волновые свойства света. 6

5.9. Поясните, что такое Вселенная, каковы ее размеры, какие объекты ее составляют и какие модели развития Вселенной Вам известны. Какие эмпирические подтверждения расширения Вселенной. 8

6.9. Дайте представление о фазовых переходах, приведите примеры переходов разных типов. Что за явление – сверхтекучесть и сверхпроводимость. 10

7.9. Какими методами удалось изучить состав живой клетки и ее молекулярное строение? Каковы основные положения и значения клеточной теории в развитии биологии. 11

8.9. Какие виды изменчивости вам известны, в чем их сходства и отличия? Какая форма изменчивости дает исходный материал для естественного отбора в природе? Докажите, что естественный отбор является направляющим фактором эволюции  12

9.9. Опишите основные этапы развития биосферы. Как представляет наука начало жизни на Земле? Каковы стадии происхождения жизни по концепции Опарина. 13

10.9. Почему жизнь пока обнаружена только на нашей планете? Каковы современные представления о происхождении жизни? Суть идей Эйгена. 15

Список литературы.. 17

1.9. Что изучает химия, каковы основные этапы ее развития? Дайте понятия структурной и эволюционной химии

Химия - наука, изучающая вещества и их превращения. Превращения веществ происходят в результате химических реакций.

Первые сведения о химических превращениях люди получили, занимаясь различными ремеслами, когда красили ткани, выплавляли металл, изготавливали стекло. Тогда появились определённые приёмы и рецепты, но химия ещё не была наукой.

Не стала предшественницей химии и средневековая алхимия. Целью алхимиков был поиск так называемого философского камня, с помощью которого любой металл можно было бы превратить в золото. Разумеются их усилия остались бесплодными. Но поскольку они проводили различные опыты, им удалось сделать несколько важных практических изобретений. Стали использоваться печи, реторы, колбы, аппараты для перегонки жидкостей. Алхимики приготовили важнейшие кислоты, соли и оксиды, описали способы разложения руд и минералов.

Возникновение науки химии обычно связывают с именем английского физика и химика 17 в Роберта Бойля. Он впервые определил центральный объект исследования химии: попытался дать определение химического элемента. Бойль считал, что элемент-это предел разложения вещества на составные части. Разлагая природные вещества на их составные, исследователи сделали много важных наблюдений, открыли новые элементы и соединения. Химию стали изучать, что из чего состоит. В начале 19 в. англичанин Дж. Дальтон ввёл понятие атомного веса. Каждый химический элемент получил свою важнейшую характеристику. Атомно-молекулярное учение стало основой теоретической химии. Благодаря этому учению Д.И.Менделеев открыл периодический закон, названный его именем, и составил периодическую таблицу элементов. В 19 в. чётко определились два основных раздела химии: органическая и неорганическая. В конце столетия в самостоятельную отрасль оформилась физическая химия. Результаты химических исследований всё шире стали использоваться в практике, а это повлекло за собой развитие химической технологии.[1]

Основная метаморфоза, которую претерпела химия в 20-м столетии, заключается в том, что из «экспериментальной науки о веществах и их превращениях» она превратилась в систему представлений, методов, знаний и теоретических концепций, направленных на изучение атомно-молекулярных систем (АМС). При этом основным средством описания, интерпретации, прогноза и использования АМС стала структура. Не будет большим преувеличением назвать всю современную химию структурной.

Разработана концепция эволюционного катализа, описывающая условия и закономерности существования, саморазвития, самоорганизации и прогрессивной эволюции элементарных открытых каталитических систем; обосновано выделение эволюционной химии как новой предметной области науки; предложена общая теория прогрессивной химической эволюции и биогенеза, описывающая на количественном уровне переход от высших проявлений химизма к жизни[2].

2.9. В чем сущность второго начала термодинамики? Приведите значения к.п.д. для тепловых станций. В чем состоит суть спора о «тепловой смерти Вселенной»? Какие приняты шкалы температур? Каков смысл абсолютного нуля температур

Второй закон термодинамики в формулировке немецкого физика Р. Клаузиуса звучит так: «Теплота не переходит самопроизвольно от холодного тела к более горячему». С учётом введённого в термодинамику понятия энтропии как меры беспорядка системы Клаузиус снова сформулировал второй закон: энтропия замкнутой системы, т.е. системы, которая не обменивается с окружающей средой ни энергией, ни веществом, постоянно возрастает. А это означает, что такие системы эволюционируют в сторону увеличения в них беспорядка, хаоса и дезорганизации, пока не достигнут точки термодинамического равновесия, в которой всякое производство работы становится невозможным.

Переходя ко второму началу термодинамики, Клаузиус рассматривает круговые обратимые процессы и указывает, что в простом круговом процессе типа цикла Карно совершаются два вида превращений: переход теплоты в работу и переход теплоты более высокой температуры в теплоту более низкой температуры. Второе начало «должно выражать отношение между этими двумя превращениями». Оба эти превращения — «явления одинаковой природы» и в обратимом процессе могут замещать друг друга. Клаузиус формулирует второе начало как принцип эквивалентности превращения следующим образом:

«Если мы назовем эквивалентными два превращения, которые могут замещать друг друга, не требуя для этого никакого другого длительного изменения, то возникновение из работы количества теплоты Q, имеющего температуру Т, обладает эквивалентом Q/ф, а переход количества теплоты Q от температуры T1, к температуре Т2 имеет эквивалент Q (1/ф 2-1/ф 1), где ф есть некоторая функция температуры, независимая от рода процесса, с помощью которого совершаются превращения». Клаузиус показывает, что для обратимого кругового процесса сумма эквивалента равна нулю:

Это, по Клаузиусу, является математическим выражением второго начала. «Стоящее под знаком интеграла выражение dQ/ф, — пишет Клаузиус, —является дифференциалом некоторой связанной с состоянием тела величины, которая полностью определена, если известно состояние тела в рассматриваемый момент, хотя бы ничего не было известно о пути, по которому тело в рассматриваемое состояние пришло».

Основоположники классической термодинамики – Кельвин и    Клазиус – считали, что оба начала годятся для любой изолированной системы, в том числе и для всей Вселенной. Отсюда они пришли к выводу об ограниченности времени существования мира и неизбежности его «тепловой смерти», т.е. такого состояния, когда все процессы прекратятся и мир перейдет в состояние термодинамического равновесия. Фактически они не находили процессов, в которых энергия могла повышать свое качество, считая, что все тепловые явления природы самопроизвольно происходят только в одном направлении: горячие тела охлаждаются, холодные – сами по себе не нагреваются, т.е. распределение энергии необратимо. Однако они сумели отделить это свойство мира от сохранения количества энергии при всех превращениях. Второе начало термодинамики указывает естественное направление изменения распределения энергии, не зависящее от ее количества.

Как известно, средний КПД тепловой электростанции составляет 45%, и 55% внутренней энергии топлива преобразуется в тепловую энергию, утилизация которой в системах КВТЭ повышает общий КПД энергоисточников до 80-90%.

Предельно низкая температура, при которой давление идеального газа обращается в нуль, называют абсолютным нулем температуры.

 При приближении температуры к абсолютному нулю энергия теплового движения молекул приближается к нулю.

Абсолютный нуль температуры - начало отсчета абсолютной температуры по термодинамической шкале (шкале Кельвина). Абсолютный нуль температуры расположен на 273,16 К ниже температуры тройной точки воды (на 273,15 С ниже нуля температуры по шкале Цельсия;

 При абсолютном нуле температуры прекращаются хаотические движения атомов, молекул, электронов, определяющие температуру системы, но остаются их регулярные движения, подчиняющиеся квантовой механике, например нулевые колебания атомов в решетке, с которыми связана нулевая температура[3].

3.9. Характеризуйте реакции, лежащие в основе энергии звезд. Укажите проблемы энергетики, связанные с термоядерными реакциями

Реакции, лежащие в основе энергии звезд – термоядерные реакции.

Приставка “термо” определяет способ освобождения этой энергии. “Термос” по-гречески означает тепло. Термоядерная энергия — это энергия, получаемая при помощи тепла.

Если два ядра атомов легких элементов сблизить между собой вплотную, то между ними произойдет ядерная реакция. В результате этой реакции из двух легких ядер образуется более тяжелое ядро и выделяется энергия; причем этой энергии на единицу массы выделяется значительно больше, чем при делении тяжелых ядер. Такая ядерная реакция называется реакцией синтеза (т.е. слияния), а энергия — энергией синтеза ядер. Это и есть термоядерная энергия.

Чтобы реакция пошла достаточно интенсивно нужны десятки миллионов градусов, а достигнутые в технике температуры очень малы. Они не превышают пяти-шести тысяч градусов.[4]

Но неимоверные трудности стоят на пути осуществления контролируемой термоядерной реакции. Именно контролируемой, потому что неконтролируемая, взрывная термоядерная реакция происходит при взрыве водородной бомбы.

Проблема использования термоядерной энергии по праву считается проблемой №1 современной науки. Ее решение позволит навсегда избавить человечество от угрозы энергетического голода. Ведь моря и океаны содержат огромные запасы тех самых легких ядер, которые необходимы для термоядерной реакции. Каким же громадным и “неисчерпаемым” источником энергии располагает человек! Заставить служить эту энергию людям — что может быть благороднее и почетнее!

Основная проблема тепловых станций – увеличение К.П.Д. В настоящее время он находится в пределах 10-30%.

4.9. Опишите развития представлений о свете. Как и кем было показано, что свет есть электромагнитная волна? В чем проявляются волновые свойства света

Еще древние интересовались природой света и задавались вопросы, почему и как человек видит окружающий его мир. Пифагорейцы считали, что из глаза человека исходят невидимые истечения, которые ощупывают предмет и тем создают зрительное ощущение. Эмпедокл представлял, что такое излучение поступает не только из глаз, но и от светящихся тел. Платон, развивая эти представления, добавил, что «если флюиды подобны друг другу, то они крепко связываются» и создают ощущение увиденного. Демокрит считал, что светящиеся тела выделяют не флюиды, а мельчайшие атомы, которые могут попадать в глаз. Аристотель развивал взгляды атомистов, объясняя происхождение цветов смешиванием разных долей света и тьмы.

Свет обладает волновыми свойствами – дефракцией и интерференцией, которые корпускулярная теория могла объяснить только при огромном числе допущений и предположений. Для понимания явлений более сложных, чем рассматриваемые в геометрической оптике, создана физическая оптика. В ней не только рассматриваются волновые свойства света и его природа, но и устанавливаются границы применимости геометрической оптики как приближения к волновой[5].

Гипотеза о всеобщем дуализме частицы и волны, выдвинутая Луи де Бройлем, позволила построить теорию, охватывающую свойства материи и света в их единстве. Кванты света становились при этом особым моментом всеобщего строения микромира.

В конце XVII в. почти одновременно возникли две, казалось бы, взаимоисключающие теории света: И. Ньютон предложил теорию, согласно которой свет представляет собой поток световых частиц (корпускул), летящих от светящегося тела по прямолинейным траекториям; X. Гюйгенс (1629-1695) вдвинул волновую теорию, рассматривающую свет как упругую волну, распространяющуюся в мировом эфире.

В течение ста с лишним лет корпускулярная теория имела гораздо больше приверженцев, чем волновая.

Однако в начале XIX в. французскому физику О.Ж. Френелю (1788-1827) удалось на основе волновых представлений выявить все известные в то время оптические явления.

В результате волновая теория света получила всеобщее признание, а корпускулярная теория была забыта почти на столетие.

В конце XIX-начале XX вв. ряд новых опытов заставил вновь вернуться представлению об особых световых частицах - фотонах. Было установлено, что свет имеет двойственную природу, сочетая в себе как волновые свойства, так и свойства, присущие частицам.

В одних явлениях, таких как интереренция, дифракция и поляризация, свет ведет себя, как волна, в других фотоэффект, эффект Комптона) - как поток частиц (фотонов). По современным представлениям свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу (в связи с этим принято говорить о корпускулярно-волновам дуализме): в одних случаях он ведет себя как электромагнитная волна, в других - как поток особых частиц или корпускул (фотонов). Согласно современным представлениям электромагнитная природа света - это лишь одна разновидность проявления света. Другая разновидность характеризуется его квантовой природой.

Экспериментальное подтверждение идеи де Бройля об универсальности корпускулярно-волнового дуа­лизма, ограниченность применения классической ме­ханики к микрообъектам, диктуемая принципами дополнительности и неопределенности, а также проти­воречие целого ряда экспериментов применяемым в начале XX в. теориям привели к новому этапу разви­тия физических представлений окружающего мира, ив особенности микромира— созданию квантовой механики, описывающей свойства микрочастиц с уче­том их волновых особенностей. Ее создание и разви­тие охватывают периоде 1900 г. (формулировка Планком квантовой гипотезы) до 20-х годов XX в. и связано прежде всего с работами австрийского физика Э. Шредингера, немецкого физика В. Гейзенберга и английского физика П. Дирака.

Необходимость вероятностного подхода к описанию микрочастиц — важная отличительная особен­ность квантовой теории. Можно ли волны де Бройля истолковывать как волны вероятности, т. е. считать, что вероятность обнаружить микрочастицы в различ­ных точках пространства меняется по волновому за­кону? Такое толкование волн де Бройля неверно уже хотя бы потому, что тогда вероятность обнаружить частицу в некоторых точках пространства может быть отрицательной, что не имеет смысла.[6]

Чтобы устранить эти трудности, немецкий физик М. Борн (1882—1970) в 1926 г. предположил, что по волновому закону меняется не сама вероятность, а ам­плитуда вероятности, названная волновой функцией. Описание состояния микрообъекта с помощью волно­вой функции имеет статистический, вероятностный характер: квадрат модуля волновой функции (квадрат модуля амплитуды волн де Бройля) определяет веро­ятность нахождения частицы в данный момент вре­мени в определенном ограниченном объеме.

Итак, в квантовой механике состояние микрочастиц описывается принципиально по-новому — с помо­щью волновой функции, которая является основным носителем информации об их корпускулярных и вол­новых свойствах.

5.9. Поясните, что такое Вселенная, каковы ее размеры, какие объекты ее составляют и какие модели развития Вселенной Вам известны. Какие эмпирические подтверждения расширения Вселенной

Слово «вселенная» возникло как калька греческого термина «ойкумена», т. е. заселенная земля. Уже здесь видна его первоначальная равнозначность выражению «весь свет» или «мир». Но такое понимание вселенной давно устарело.

Размеры Вселенной:

Масса – 5,976*10²⁴ кг;

диаметр – 12756 км;

плотность – 5,518 г/см³;

объем – 1,083*10¹² км²;

площадь поверхности – 510,2 млн. км².

Модель раздувающейся Вселенной точно совпадает с общепринятым описанием наблюдаемого мира начиная с 10^-30 с после начала расширения. Только в эти микроскопические доли секунды отличие моделей. Как и модель Большого взрыва, модель инфляционной Вселенной полагает, что Начало было 10-15 млрд. лет назад из сингулярного (сверхорячего и чверхплотного) состояния и продолжается сейчас. Эти модели объяснили и реликтивное излучение, и красное смещение в спектрах далеких галактик, и первоначальное содержание легких элементов[7].

Вселенная как целое является предметом особой астрономически» науки - космологии, имеющей древнюю историю. Современная космология - это сложная, комплексная и быстро развивающаяся система естественно-научных (астрономия, физика, химия и др.) и философских знаний о Вселенной в целом, основанная как на наблюдательных данных, так и на теоретических выводах, относящихся к охваченной астрономическими наблюдениями части Вселенной.

Существует две основные группы теорий эволюции Вселенной:

1.    Теория стационарного состояния Вселенной

2.    Теория нестационарного состояния Вселенной

Поскольку именно тяготение определяет взаимодействие масс на больших расстояниях, а значит, динамику космической материи в масштабах Вселенной, то теоретическим ядром космологии выступает теория тяготения, а современной космологии - релятивистская теория тяготения. Поэтому современную космологию называют релятивистской.

Вселенная Эйнштейна пространственно конечна; она имеет конечные размеры, но не имеет границ! В этой модели пространственный объем Вселенной с равномерно распределенными в нем галактиками конечен; но границ у этого пространства нет. Оно не распространено бесконечно во все стороны, а замыкается само на себя. Как и на поверхности сферы, в нем можно совершать «кругосветные» путешествия: обитатель такой вселенной мог бы, послав в каком-либо направлении (световой или радио) сигнал, со временем обнаружить, что этот сигнал вернулся к нему с противоположной стороны, обойдя всю Вселенную.

Теория расширяющейся Вселенной основана на истолковании экспериментально зафиксированного красного смещения 85-спектральных линий галактик как следствия эффекта Допплера, объясняющего красное смещение разбеганием галактик. Однако такое истолкование не единственное, за последние десятилетия все больше накапливается сомнений в реальности расширения Вселенной. Эволюция космических систем несомненна, но следует различать объективные законы эволюции и теоретические выражения их с помощью различных моделей. В частности, явление красного смещения линий спектра может быть объяснено как следствие уменьшения энергии и собственной частоты фотонов в результате взаимодействия с гравитационными полями при движении света в течение многих миллионов лет в межгалактическом пространстве. В соответствии с наиболее распространенным представлением возраст Вселенной составляет 15 млрд лет.

В основе современных представлений об эволюции Вселенной лежит модель горячей Вселенной, или «Большого Взрыва», основы которой были заложены в трудах американского физика русского происхождения Дж. Гамова и его сотрудников в конце 40-х гг. XX в.  В соответствии с этой концепцией Вселенная на ранних стадиях расширения характеризовалась не только высокой плотностью вещества, но и его высокой температурой.

В простейшем варианте теории горячей Вселенной предполагается, что Вселенная возникла спонтанно в результате взрыва из состояния с очень большой плотностью и энергией (состояние сингулярности). По мере расширения Вселенной температура падала (сначала быстро, а затем все медленнее) от очень большой до довольно низкой, обеспечивавшей возникновение условий, благоприятных для образования звезд и галактик. На протяжении около 1 млн лет температура превышала несколько тысяч градусов, что препятствовало образованию атомов, и, следовательно, космическое вещество имело вид разогретой плазмы, состоящей из ионизированных водорода и гелия. Лишь когда температура Вселенной понизилась приблизительно до температуры поверхности Солнца, возникли первые атомы. Таким образом, атомы - это реликты эпохи, наступившей через 1 млн лет после Большого Взрыва.

6.9. Дайте представление о фазовых переходах, приведите примеры переходов разных типов. Что за явление – сверхтекучесть и сверхпроводимость

Существуют четыре агрегатных состояния вещества. При переходы из одного состояния в другое могут наблюдаться фазовые переходы двух видов.

Фазовые переходы первого (I) рода – когда в узком интервале температур скачком изменяется давление, плотность или объем.

Фазовый переход второго (II) рода – это изменение порядка расположения атомов и молекул в кристаллических решетках. При таком переходе резко изменяется плотность. Например, превращение белого олова в серое при -14°С, и кристаллическая решетка из тетраэдров становится кубами.

Четвертое состояние вещества – плазма. Плазма – это ионизированный квазинейтральный газ, занимающий настолько большой объем, что в нем не происходит сколько-нибудь заметного нарушения нейтральности.

Явление о сверхтекучести, открытое Капицей наблюдали и раньше, отмечая странное поведения гелия при температуре около 2К, но только он подробно исследовал и описал его.

Атомы сверхтекучего гелия ведут себя согласованно, как единое целое, беспорядка в этой системе нет, энтропия равна нулю. Невозможно сообщить какой-то части сверхтекучего гелия тепло – все его атомы одинаковы подтверждены воздействию. Невозможен и обмен энергией между атомами – все они в наинизшем состоянии, и вязкость среды равна нулю.

Исследования в области низких температур, первоначально имевшие чисто практическую направленность, привели к многим крупным открытиям. В 1911 г. Камерлинг-Оннес обнаружил, что при температуре 7,2К сопротивление свинцового проводника внезапно снизилось в миллионы раз и практически исчезло. Это странное явление получило название сверхпроводимости. В одном из экспериментов в сделанном из чистого свинца кольце был наведен ток в несколько сотен ампер. Через год оказалось, что ток все еще продолжает идти в кольце, и величина его не изменилась, т.е. сопротивление винца было равно нулю[8].

7.9. Какими методами удалось изучить состав живой клетки и ее молекулярное строение? Каковы основные положения и значения клеточной теории в развитии биологии

Клетка - элементарная единица строения, функционирования и развития живых организмов. Существуют неклеточные формы жизни - вирусы, однако они проявляют свои свойства только в клетках живых организмов. Клеточные формы делятся на прокариот и эукариот.

Открытие клетки принадлежит английскому ученому Р. Гуку, который, просматривая под микроскопом тонкий срез пробки, увидел структуры, похожие на пчелиные соты, и назвал их клетками. Позже одноклеточные организмы исследовал голландский ученый Антони ван Левенгук. Клеточную теорию сформулировали немецкие ученые М. Шлейден и Т. Шванн в 1839 г. Современная клеточная теория существенно дополнена Р. Биржевым и др.

Основные положения современной клеточной теории:

Клетка - основная единица строения, функционирования и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого, способная к самовоспроизведению, саморегуляции и самообновлению;

Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологиины) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ;

Размножение клеток происходит путем их деления, каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки;

В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервной и гуморальной регуляциям.

Эти положения доказывают единство происхождения всех живых организмов, единство всего органического мира. Благодаря клеточной теории стало понятно, что клетка - это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Клетка - самая мелкая единица организма, граница его делимости, наделенная жизнью и всеми основными признаками организма. Как элементарная живая система, она лежит в основе строения и развития всех живых организмов. На уровне клетки проявляются такие свойства жизни, как способность к обмену веществ и энергии, авторегуляция, размножение, рост и развитие, раздражимость.[9]

В 1665 г. Гук издал книгу «Микрография, или некоторые физиологические описания мельчайших тел посредством увеличительных стекол», где сообщил об открытии им  клеточного строения живого вещества (тогда же он впервые употребил термин «клетка»). Фактически же Гук увидел только клеточные стенки, отличающиеся размерами и толщиной. После Гука клетки, вернее, их оболочки, так как микроскопы были несовершенны, обнаруживали у разных растений и в тканях животных.

Клеточная теория, или цитология сложилась в течение ХIХ в. в результате микроскопических исследований, когда появились более совершенные микроскопы (в последнее время их все чаще называли биологией клетки).

Ботаник Маттис Шлейден (1804-1881), изучая растительные ткани, установил, что они имеют клеточную природу. Используя его обобщения, немецкий биолог Теодор Шванн (1810-1882), исследовавший животные ткани, в своем классическом труде «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений» (1839) впервые сформулировал основные положения о клеточном строении всех организмов и образовании всех организмов и образовании клеток.

Было подробно изучено и клеточное деление. Вирхов дополнил клеточную теорию Шлейдена и Шванна утверждением: все клетки образуются в результате деления других клеток (1855). Затем установили, что хранение и передача наследственных признаков осуществляется с помощью клеточного ядра (Вирхов, Геккель). При большом увеличении микроскопов в клетках открыли постоянные специализированные структуры (органоиды, или органеллы) – пластиды и митохондрии.

В начале ХХ в. многие биологи повторяли опыты австрийского естествоиспытателя Иоганна Менделя (1822-1884), открывшего еще 1865 г. существование индивидуальных наследственных факторов (генов). Все это способствовало развитию цитогенетики. Современная клеточная теории исходит из единства расчлененности многоклеточного организма на клетки и его целостности, основанной на взаимодействии клеток

8.9. Какие виды изменчивости вам известны, в чем их сходства и отличия? Какая форма изменчивости дает исходный материал для естественного отбора в природе? Докажите, что естественный отбор является направляющим фактором эволюции

Определенные виды изменчивости являются периодическими. Они-то и есть «вибрации», которые определяют уровни бытия в их иерархии. Во Вселенной все суть живое, не считая «периферии» - нижнего края шкалы «водородов». Соответственно, и все по-своему разумно. Степень «разумности» определяется частотой «вибраций».

Естественный отбор – направляющий фактор эволюции. Естественный отбор – это дифференциальное выживание и размножение особей, которые отличаются друг от друга генетически детерминированными признаками. Более приспособленные к данным условиям среды особи оставляют больше потомков, чем менее приспособленные. Мы можем измерить относительную приспособленность особи долей ее потомков среди особей следующего поколения и, следовательно, частотой ее аллелей, которые вошли в генофонд следующего поколения.

Эффективность естественного отбора зависит от его интенсивности и запаса наследственной изменчивости, накопленного в популяции. Интенсивность отбора определяется тем, какая доля особей доживает до половой зрелости и участвует в размножении. Чем меньше эта доля, тем больше интенсивность отбора. Если, например, из 10 000 особей в каждом поколении выживают и размножаются только 100 самых крупных, то средний размер особей в этой популяции растет гораздо быстрее, чем в случае более мягкого отбора, когда, например, половина всех особей в популяции участвует в размножении.

9.9. Опишите основные этапы развития биосферы. Как представляет наука начало жизни на Земле? Каковы стадии происхождения жизни по концепции Опарина

В зависимости от того, какое наиболее фундаментальное свойство живого исследуется и преобладает в данном изучении (вещество, информация, энергия), все современные концепции происхождения жизни можно условно разделить:

1. Концепция субстратного происхождения жизни (ее придерживаются биохимики во главе с А. Опариным)

2. Концепция энергетического происхождения (И. Пригожин, А. Волькенштейн).

3. Концепция информационного происхождения (ее развивали А.Н. Колмогоров, А.А. Ляпунов, Д.С. Чернавский и др.).

Из конкретных концепций, получивших сегодня признание, кроме гипотезы Опарина о путях эволюции обмена веществ можно выделить концепцию о передаче наследственной информации английского ученого Д. Холдейна (1892—1964), имевшего труды по генетике, биохимии, применению математических методов в биологии.

Все концепции ставят целью определить тот низший порог, с которого начинает действовать естественный отбор на биологическом уровне, а значит, начинают функционировать биологические законы. Однако ниже этой границы действуют другие законы — закономерности эволюционной химии, т е. совсем иная форма естественного отбора.

Современные биологи доказывают, что универсальной формулы жизни (т.е. такой, которая исчерпывающе отображала бы ее сущность) нет, и не может быть. Такое понимание предполагает исторический подход к биологическому познанию как постижению сущности жизни, в ходе чего менялись и сами концепции происхождения жизни и представления о тех формах, в которых такое познание возможно.

В 1953 г. американский ученый Л.С. Миллер экспериментально доказал возможность абиогенного (не происходящего от живого организма) синтеза органических соединений из неорганических. Пропуская электрические разряды через смесь нагретых газов Н₂, Н₂О (в виде пара), СН4 и NH3, он получил набор нескольких аминокислот и органические кислоты. Оказалось, что таким путем можно синтезировать очень многие органические соединения, входящие в состав биологических полимеров — белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов. Более 4 млрд. лет назад «колбой» Миллера был весь земной шар. Извергались вулканы, с которых стекали потоки раскаленной лавы, клубы пара окутывали Землю, атмосфера была насыщена электричеством. По мере остывания планеты водяные пары атмосферы выпадали ливнями. В этих условиях и возникли предпосылки для длительного равновесия основных параметров, при которых могла зародиться жизнь. Здесь важно подчеркнуть, что процессы в земных оболочках планеты были неравновесными. Одним из наиболее сложных вопросов, связанных с происхождением жизни, является характеристика особенностей доклеточного предка. Хорошо известен факт, что для саморепродукции нуклеиновых кислот (основы генетического кода) необходимы ферментные белки, а для синтеза белков - нуклеиновые кислоты. Отсюда следуют два вопроса:

1) что было первичным - белки или нуклеиновые кислоты?

2) если предположить, что эти классы полимеров возникли не одновременно, то как и когда произошло их объединение в единую систему передачи генетической информации?

Концепция А. И. Опарина относится к группе голобиоза, поскольку исходит из идеи первичности структур типа клеточной, наделенной способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма. Нуклеиновые кислоты при таком механизме появляются на завершающем этапе.

10.9. Почему жизнь пока обнаружена только на нашей планете? Каковы современные представления о происхождении жизни? Суть идей Эйгена

К Солнцу магнитным полем были притянуты огромные массы железа и азота. Сутки были заметно короче, но с увеличением массы вращение замедляется. В самой Земле из-за вращения шло распределение химических элементов: более тяжёлые – в мантии и ядре, более легкие – в земной коре, а самые лёгкие образовали гидросферу и атмосферу. По исследованиям грунта радиолокационными методами возраст земли составляет 4,55 миллиардов лет (4550±50 млн. лет). Земля стала разогреваться за счет вулканической деятельности, первопричиной которой является естественная радиоактивность. Процесс радиоактивного разогрева. За год Земля теряет 7,94·10²⁰ Дж энергии, но это намного меньше тепла, выделяющегося при радиоактивном распаде в недрах Земли. Первичная атмосфера Земли образовалась из-за вулканической деятельности и была восстановительной: CO₂, NH, HCN, CH₄, H₂O. Резкое качественное изменение атмосферы Земли произошло около 2 миллиардов лет назад – появился кислород, так как произошло зарождение жизни: микроорганизмы стали, фотосинтезируя, производить его. За последние 200 миллионов лет состав атмосферы практически не изменился. [10]

Сухой воздух:

N₂≈78%

O₂≈21%

Инертные газы ≈ 0,98% (Ar≈0,9%)

CO₂≈0,032%

По одной из теорий, Земля на определенной стадии захватила очень много льда, в частности, из хвостов комет и, возможно, Нептун, Плутон и Уран, закручиваясь, выбрасывали огромные глыбы льда. Это так называемая теория космического происхождения воды на Земле. Спектральный анализ химического состава Солнца, планет солнечной системы, метеоритов и астероидов, показал, что все они имеют единое происхождение.

Все тела солнечной системы построены в основном из небольшого числа химических элементов. После 28-го элемента таблицы Менделеева распространенность резко падает. Особенно распространены элементы с чётным массовым числом. Из них наиболее устойчивы те, что имеют магические числа, когда N_p=N_n.

М.Эйгеном на основе неравновесной термодинамики и теории информации разработана концепция самоорганизации материи. Эйген ограничивается моделированием добиологической эволюции макромолекул, но развитые им идеи и методы имеют более общее принципиальное значение. Так же как и работы школы Пригожина, работы Эйгена вышли за рамки частных наук и имеют общенаучное методологическое значение.

Согласно теории Эйгена, самоорганизация не является очевидным свойством материи, которое обязательно проявляется при любых обстоятельствах. Должны быть выполнены определенные внутренние и внешние условия, прежде чем такой процесс станет неизбежным. Самоорганизация начинается с флуктуации. Для возникновения процесса самоорганизации необходимы инструктивные свойства системы на микроуровне[11].

Список литературы

1.     Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Академический проект, 2001. – 639 с.

2.     Кибец  И. Н., Кибец В.И. Физика. Справочник. - Харьков: Фолио ; Ростов н/Д : Феникс, 2003.-566с.

3.     Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М.: Высшая школа,1999. – 350 с.

4.     Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. М.: Культура и спорт, 2003.-722с.

5.     Торосян В. Г.  Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 2002. – 208 с.

---

[1] Кибец  И. Н., Кибец В.И. Физика. Справочник. - Харьков: Фолио ; Ростов н/Д : Феникс, 2003.-196с.

[2] Эйген М., Винклер Р. Игра жизни. – М.: Наука, 1979. С.22.

[3] Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2000. С. 195-202.

[4] Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. М.: Культура и спорт, 2003.-326с.

[5] Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2000. С. 306-309.

[6] Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Академический проект, 2001. –356с.

[7] Бернс Дж. О. Гигантские структуры Вселенной // В мире науки, 1986, № 1. С. 15.

[8] Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2000. С. 359-363.

[9] Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. М.: Высшая школа,1999. –226с.

[10] Торосян В. Г.  Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 2002. –198с.

[11] Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. М.: ЮНИТИ, 1998. С. 300-302.