Содержание

 

1. Чем отличается живая система от неживой? Как развивалась биология? В чем суть и значение дарвиновской теории в развитии биологии? Каковы структурные уровни познания живой материи?. 3

2. В чем суть концепции атомизма? Какие структуры материи Вам известны? С какими учеными связана данная концепция? Как развивалась концепция атомизма и как она связана с современными проблемами построения единой физической теории? Каковы  особенности использования этой модели для описания вещества как системы частиц?. 5

3. Как происходит процесс теплопередачи? Характеризуйте теплопроводность, конвекцию и излучение и приведите примеры. 7

4. Определите понятия теплоты и температуры. Как связаны эти величины, в каких единицах измеряются? Сколько времени нужно выполнять физические упражнения мощностью в 700 Вт, чтобы сбросить свой вес на 450 г (на расщепление 1 г жира расходуется около 40 к Дж, а 1 г углеводов – 20 кДж)?. 8

5. Поясните понятия энтропии и термодинамической вероятности. В чем состоит принцип Больцмана? Что общего между понятиями «энтропия» и «информация»? поясните понятие информация, укажите на ее связь с законом необходимого разнообразия кибернетики. 9

6. Что такое – фазовое равновесие, перегретая жидкость? Опишите физическую картину процесса кипения. Как зависит точка кипения от внешнего давления? Какое значение в природе имеют процессы сублимации и десублимации? Приведите примеры. 11

7. Поясните смысл понятия «фотон». Какие явления, и каким образом были объяснены с помощью квантовой теории света?. 13

8. Сопоставьте понятия «популяция» и «вид». Докажите, что популяция является единицей эволюции. Почему разные популяции одного вида отличаются по частоте генов?. 14

9.   Как происходит деление клеток, ядра и ДНК? Как реализуется система воспроизводства на молекулярном уровне? В чем особенности биотехнологий: генной и клеточной инженерии, каковы их возможности и перспективы?. 15

10. Что такое синергетика и каково ее значение для современной картины мира? Какие этапы можно выделить в развитии самоорганизующихся систем? Каково соотношение случайного и закономерного в концепции развития? Поясните понятия «хаоса», «бифуркации», «катастрофы». Опишите процессы самоорганизации материи в процессе эволюции галактик и звезд. 17

Список литературы.. 19

1. Чем отличается живая система от неживой? Как развивалась биология? В чем суть и значение дарвиновской теории в развитии биологии? Каковы структурные уровни познания живой материи?

Живые системы отличает от неживых (косных, по выражению В.И. Вернадского) множество признаков, которые перечисляются в любом учебнике школьной биологии. Но по отдельности каждый из этих признаков может быть обнаружен и в системах, которые живыми назвать никак нельзя. Но есть такие признаки, которые, особенно характерны для живых систем и тем не менее нечасто фигурируют в их самых общих описаниях. Развитие, спонтанное повышение степени гетерогенности (разнообразия частей) при укреплении взаимосвязей между ними – один из наиболее характерных признаков живого, будь то индивидуальный организм, популяция или биосфера.

В современном преставлении биология – совокупность наук о живой природе – об огромном многообразии вымерших и ныне на­селяющих Землю живых существ, их строении и функциях, проис­хождении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Биология устанавливает общие и частные закономерности, прису­щие жизни во всех ее проявлениях.

На начальном этапе развития биология носила описательный характер и позднее она была названа традиционной биологией. Объ­ект изучения ее – живая природа в ее естественном состоянии и це­лостности[1].

Карл Линней внес значительный вклад в традиционную био­логию, создав систему растительного и животного мира и построил наиболее удачную классификацию растений и животных, подробно описав около 1500 растений. Классификация производилась по оп­ределенным признакам, отражающим закономерности в живой при­роде.

Материал традиционной биологии накапливается в резуль­тате непосредственного наблюдения объекта изучения – живой при­роды, воспринимаемой как единое целое во всем многообразии ее форм и проявлений.  

Эволюционная биология построена на концепции развития в биологии. Исследование эволюции начиналась с теории Ч. Дарвина. Эволюция, по Дарвину, осуществляется в результате, взаимодействия 3 основ­ных факторов: изменчивости, наследственности и естественного от­бора. Изменчивость служит основой образования новых признаков и особенностей в строении и функциях организмов. Наследственность закрепляет эти признаки. Под действием естественного отбора уст­раняются организмы, не приспособленные к условиям существова­ния. Благодаря наследственной изменчивости и непрерывному дей­ствию естественного отбора организмы в процессе эволюции накап­ливают все новые приспособительные функции, что в конечном счете ведет к образованию новых видов.

В современной науке широко используется структурный метод познания живой материи, при котором учитывается системность исследуемых объектов. При этом надо учитывать, что в науке распространен подход, объединяющий познания живой и неживой материи:

Уровни познания неживой материи	Уровни познания живой материи	Уровни познания общества
1.Субмикроэлементарный	Биологический макромолекулярный	Индивид
2.Микроэлементарный	Клеточный	Семья
3. Ядерный	Микроорганический	Коллективы
4.Атомарный	Органы и ткани	Большие социальные группы (классы, нации)
5. Молекулярный	Организм в целом	Государство (гражданское общество)
6. Макроуровень	Популяция	Системы государства
7. Мегауровень (планеты, звездопланетные системы, галактики)	Биоценоз	Человечество в целом
8. Метауровень (метагалактики)	Биосфера	Ноосфера

2. В чем суть концепции атомизма? Какие структуры материи Вам известны? С какими учеными связана данная концепция? Как развивалась концепция атомизма и как она связана с современными проблемами построения единой физической теории? Каковы  особенности использования этой модели для описания вещества как системы частиц?

Атомизм, атомное учение, атомистика, учение о прерывистом, дискретном (зернистом) строении материи. Атомизм утверждает, что материя состоит из отдельных чрезвычайно малых частиц; до конца 19 в. они считались неделимыми. Для современного атомизм характерно признание не только атомов, но и других частиц материи как более крупных, чем атомы (например, молекул), так и более мелких (атомные ядра, электроны и др.). С точки зрения современного атомизм, электроны суть "атомы" отрицательного электричества, фотоны  - "атомы" света и т. д. Атомизм распространяется и на биологические явления, в том числе на явления наследственности.

Самое крупное структурное деление материи: микро- и макроуровень. Эти структурные единицы, в свою очередь, также подразделяются на уровни молекулярный, атомарный, ядерный, элементарных частиц, а макроуровень можно разбить на уровни планетарный, солнечной системы, галактики, системы галактик и т.д.

Признание единства строения макро- и микрокосмоса открывало путь к перенесению на атомы таких механических, физических или химических свойств и отношений, которые обнаруживались у макротел. Исходя из теоретически предугаданных свойств атомов, можно было сделать заключение о поведении тел, образованных из атомов, а затем экспериментально проверить это теоретическое заключение на опыте.

Идея о полном подобии строения макро- и микрокосмоса, казалось бы, окончательно восторжествовала после создания в начале 20 в. планетарной модели атома, основу которой составляло положение, что атом построен подобно миниатюрной Солнечной системе, где роль Солнца выполняет ядро, а роль планет - электроны, вращающиеся вокруг него по строго определенным орбитам. Почти вплоть до 2-й четверти 20 в. идея единства строения макро- и микрокосмоса понималась слишком упрощённо, прямолинейно, как полное тождество законов и как полное сходство строения того и другого. Отсюда микрочастицы трактовались как миниатюрные копии макротел (как чрезвычайно малые шарики), двигающиеся по точным орбитам, которые совершенно аналогичны планетным орбитам, с той лишь разницей, что небесные тела связаны силами гравитационного взаимодействия, а микрочастицы - электрического. Такая форма атомизма названа классическим атомизмом.

Современный атомизм, воплотившийся в квантовую механику, не отрицает единства природы в большом и малом, но раскрывает качественное различие микро- и макрообъектов: микрочастицы представляют единство противоположностей прерывности и непрерывности, корпускулярности и волнообразности. Это не шарики, как думали раньше, а сложные материальные образования, в которых дискретность (выраженная в свойствах корпускулы) определенным образом сочетается с непрерывностью (выраженной в волновых свойствах). Поэтому и движение таких частиц (например, электрона вокруг атомного ядра) совершается не по аналогии с движением планеты вокруг Солнца (т. е. не по строго определённой орбите), а скорее по аналогии с движением облака ("электронное облако"), имеющего как бы размытые края. Такая форма атомизма названа современным (квантово-механическим) атомизмом.

Неисчерпаемость электрона наглядно обнаружилась после неудачи попыток построить модель атома, исходя из представления об электронах-шариках (или даже точках), наделённых определенной массой и зарядом и двигающихся вокруг ядра по законам классической механики. Ядерная же физика показала, что электрон может рождаться из нейтрона, гиперонов и мезонов (с выделением нейтрино), может поглощаться и исчезать как частица в атомном ядре (при захвате), может сливаться с позитроном, словом, испытывать такие многообразные и сложные коренные превращения, которые неоспоримо свидетельствуют о его реальной неисчерпаемости.

3. Как происходит процесс теплопередачи? Характеризуйте теплопроводность, конвекцию и излучение и приведите примеры.

Процессы теплопередачи, как внутри одного тела, так и от одного тела к другому, находящимся с ним в прямом контакте, происходят по той причине, что кинетическая энергия атомов и молекул из участков, где она выше, под влиянием упругих соударений с соседними атомами переходит в области, где кинетическая энергия атомов и молекул меньше. В соответствии с этим, описание процессов теплопередачи должно осуществляться не на основе разности температур, как это делалось до сих пор, а на основе разности их внутренних энергий теплового движения – это основные характеристики теплопроводности как способа теплопередачи. При этом процесс переноса тепла (теплопередачи)  от тела с большей кинетической энергией к телу с меньшей кинетической энергией может происходить, даже если температура первого меньше температуры второго, т.е. тепло может переходить от более холодного тела к более горячему, что противоречит формулировке второго закона термодинамики. Его следует сформулировать более точно: тело с меньшей кинетической энергией теплового движения атомов (молекул) не может отдать тепло телу, атомы (молекулы) которого обладают большей кинетической энергией теплового движения.

Если привести в соприкосновение два разных металла или полупроводника с сильно отличающимися характеристическими температурами, то, кроме контактной разности температур, возникает и контактная разность потенциалов. Не исключено поэтому, что, составив замкнутую электрическую цепь, за счет контактной разности температур и потенциалов можно получить электродвижущую силу и создать, таким образом, новый прямой способ преобразования тепловой энергии окружающей среды в электрическую - один из способов, предложенных П.К. Ощепковым.

Теплоотдача путем конвекции - перемещение частиц газа или жидкости, смешивание их нагретых слоев с охлажденными. В воздушной среде даже в условиях покоя на теплоотдачу конвекцией приходится до 30% потерь тепла. Роль конвекции на ветру или при движении человека еще более возрастает.

Передача тепла излучением от нагретого тела к холодному совершается согласно закону Стефана-Больцмана и пропорциональна разности четвертых степеней температуры кожи (одежды) и поверхности окружающих предметов. Этим путем в условиях "комфорта" раздетый человек отдает до 45% тепловой энергии, но для тепло одетого человека особой роли теплопотери излучением не играют.

4. Определите понятия теплоты и температуры. Как связаны эти величины, в каких единицах измеряются? Сколько времени нужно выполнять физические упражнения мощностью в 700 Вт, чтобы сбросить свой вес на 450 г (на расщепление 1 г жира расходуется около 40 к Дж, а 1 г углеводов – 20 кДж)?

Температура – характеристика степени нагретости тела. Теплота кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит[2]. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты, которым обладает тело при данной температуре, зависит от его массы; например, при одной и той же температуре в большой чашке с водой заключается больше теплоты, чем в маленькой, а в ведре с холодной водой его может быть больше, чем в чашке с горячей водой (хотя температура воды в ведре и ниже).

Количество тепловой энергии в веществе нельзя определить, наблюдая за движением каждой его молекулы по отдельности. Напротив, только изучая макроскопические свойства вещества, можно найти усредненные за некий период времени характеристики микроскопического движения многих молекул. Температура вещества – это средний показатель интенсивности движения молекул, энергия которого и есть тепловая энергия вещества.

Тепловое равновесие. Очевидно, что если два тела A и B плотно прижать друг к другу, то, потрогав их спустя достаточно долгое время, мы заметим, что температура их одинакова. В этом случае говорят, что тела A и B находятся в тепловом равновесии друг с другом. Однако тела, вообще говоря, не обязательно должны соприкасаться, чтобы между ними существовало тепловое равновесие, – достаточно, чтобы их температуры были одинаковыми. В этом можно убедиться с помощью третьего тела C, приведя его сначала в тепловое равновесие с телом A, а затем сравнив температуры тел C и B. Тело C здесь играет роль термометра. В строгой формулировке этот принцип называется нулевым началом термодинамики: если тела A и B находятся в тепловом равновесии с третьим телом C, то эти тела находятся также в тепловом равновесии друг с другом. Этот закон лежит в основе всех способов измерения температуры.

Теплота представляет собой одну из форм энергии, а поэтому должна измеряться в единицах энергии. В международной системе СИ единицей энергии является джоуль (Дж). Допускается также применение внесистемных единиц количества теплоты – калорий: международная калория равна 4,1868 Дж, термохимическая калория – 4,1840 Дж. В зарубежных лабораториях результаты исследований часто выражают с помощью т.н. 15-градусной калории, равной 4,1855 Дж. Выходит из употребления внесистемная британская тепловая единица (БТЕ): БТЕсредн = 1,055 Дж.

5. Поясните понятия энтропии и термодинамической вероятности. В чем состоит принцип Больцмана? Что общего между понятиями «энтропия» и «информация»? поясните понятие информация, укажите на ее связь с законом необходимого разнообразия кибернетики.

Энтропия – степень хаоса или беспорядка в системе. Второе начало термодинамики определяет важную тенденцию в эволюции физического мира — с течением времени в замкнутой изолированной системе энт­ропия должна возрастать. В результате энергии распределяются по рангам так, что высший занимают те, которые способны превратиться в большее число видов энергии. Тогда низший ранг останется теплоте, превращения которой ограничены принципом Карно. Из энергий, встречающихся в физике и химии, высший ранг име­ют механическая и электрическая энергии, промежуточный — химическая энергия (из-за тепловых явлений, сопровождающих химические реакции). Психологически удобно, поскольку наш ум привык негативно воспринимать потерю чего-либо, пользоваться величиной, равной энтропии, но с обратным знаком, которую предложил ввести Шредингер. Один из творцов теории информации французский физик Бриллюэн (1889—1969) назвал ее негэнтропией: N = -S. Негэнтропия представляет качество энергии, а принцип Карно выражает закон оценивания энергии, ее деградации. Система, способная производить механическую работу (сжатая пружина, заряженная батарея, поднятый над Землей груз), может рассматриваться как источник негэнтропии, и, совершая работу, она теря­ет ее запас[3].

Во второй половине нашего столетия проблема информации стала одной из са­мых актуальных научных проблем, обсуждаемой в разных аспектах и на разных уровнях. Так, специалист в области передачи информации уделил бы основное внимание, например, количественным характеристикам, кодированию, влиянию шумов, помех, специалист по информатике интересуется поиском и хранением ин­формации, информационным обеспечением науки и т. п.

Развитие науки о системах управления и кибернетики выдвинуло задачу исследования природы и сущности информационных процессов, без которых немыслима работа ЭВМ и систем управления. Исследования генетиков привели к выво­ду, что в основе биологической наследственности также лежит информация, бла­годаря которой живое воспроизводит себя в потомстве. В нейрофизиологии представление об информации позволило сформулировать закон о пропорциональнос­ти ощущения логарифму возбуждения, поскольку нервные волокна, передающие сигнал от акцепторов к мозгу, действуют по принципу идеального канала связи. Специалист по семантике смотрит на информацию как на систему знаков.

В обыденном сознании, по мнению академика В. М. Глушкова, понятие инфор­мации охватывает как те сведения, которыми располагают и обмениваются люди, так и те, что существуют независимо от них. Объем этой информации растет, так что можно говорить об информационном буме.

Прогресс кибернетики связан и с совершенствованием средств оценки изме­рений информации. Винер, один из создателей этой науки, не дал определения ин­формации, но отметил, что "это не материя, и не энергия", это просто "информа­ция". В 1927 г. Р. В. Хартли предложил исходить из того, что количество информа­ции, заключенной в любом сообщении, связано с количеством возможностей, ис­ключающихся этим сообщением.

6. Что такое – фазовое равновесие, перегретая жидкость? Опишите физическую картину процесса кипения. Как зависит точка кипения от внешнего давления? Какое значение в природе имеют процессы сублимации и десублимации? Приведите примеры.

Нальем в сосуд водопроводной воды и поместим над горелкой. Вскоре на дне и стенках сосуда мы заметим многочисленные пузырьки. Они содержат водяной пар и воздух, который всегда растворен в воде за счет явления диффузии.

Рассмотрим пузырек, возникающий около горячего дна. Увеличиваясь в объеме, пузырек увеличивает площадь своего соприкосновения с еще недостаточно прогревшейся водой. В результате воздух и пар внутри пузырька охлаждаются, их давление уменьшается, и тяжесть слоя воды "захлопывает" пузырек. В этот момент закипающая вода издает характерный шум. Он возникает из-за ударов воды о дно сосуда там, где захлопываются пузырьки. Постепенно вода прогревается, и давление пара внутри пузырьков уже не уменьшается. Пузырьки перестают схлопываться и начинают расти. С этого момента шум становится тише. По мере увеличения объема пузырьков возрастает архимедова сила, и они начинают всплывать.

Итак, кипением называется интенсивное (бурное) парообразование, происходящее по всему объему жидкости внутрь возникающих и всплывающих на поверхность многочисленных пузырей пара.

Опыты показывают, что во время кипения температура жидкости и пара над ее поверхностью одинакова и остается постоянной до полного выкипания жидкости. Поэтому температура кипения - одна из характеристик вещества.

По мере кипения масса жидкости уменьшается (говорят, что она "выкипает"). Пар, покидающий сосуд, уносит с собой часть внутренней энергии. Поэтому для поддержания кипения жидкости необходимо постоянно передавать ей теплоту. Измерив массу выкипевшей жидкости, легко подсчитать количество теплоты, затраченное на образование пара. Для этого служит формула Q=rm, изучение которой предусмотрено на факультативных занятиях.

Кипение не при атмосферном давлении. Оказывается, что слова "кипяток" и "горячий" – не синонимы, то есть имеют разный смысл. Чтобы уяснить эту разницу, рассмотрим опыт. Возьмем колбу и вскипятим в ней воду. Немного подождем, чтобы вода чуть-чуть остыла, а затем закроем колбу пробкой с трубкой, присоединенной к насосу. Откачав из колбы воздух, мы заставим воду кипеть вновь!

Итак, опытным путем мы установили, что при уменьшении давления жидкость начинает кипеть при меньшей температуре. Будет верным и обратное утверждение: увеличение давления на поверхность жидкости приведет к возрастанию температуры ее кипения. Объясним этот факт.

Сублимация - это переход состояние через фазу - т.е. из твердого в газообразное. Десублимация – переход агрегатного состояния через  фазу в обратном направлении – из газообразного в твердое. Переход вещества из твердого состояние непосредственно в газообразное можно наблюдать, например, в оболочках кометных хвостов. Когда комета находится далеко от Солнца, почти вся ее масса сосредоточена в ядре. Ядро окружено небольшой оболочкой газа. При сближении кометы с Солнцем ядро и оболочка кометы начинают нагреваться, вероятность сублимации растет , а десублимации – уменьшается.

7. Поясните смысл понятия «фотон». Какие явления, и каким образом были объяснены с помощью квантовой теории света?

В современной физике фотон рассматривается как одна из элементарных частиц, которая обладает следующими свойствами[4]:

1.   Фотон является электрически нейтральной частицей, т. е. его заряд равен нулю (q = 0).

2.   Во всех системах отсчета скорость фотона равна скорости света в вакууме (м = с).

3.   Энергия фотона пропорциональна частоте электромагнитного излучения, квантом которого он является (Е = hv).

4.   Импульс фотона равен отношению его энергии к скорости и обратно пропорционален длине волны

Рассмотрение электромагнитного поля даже в рамках классической теории позволяет приписать ему "традиционные" для частиц характеристики: энергию и импульс. Квантованный характер обмена энергией между веществом и полем и открытые законы фотоэффекта делали весьма соблазнительной идею рассмотрения поля как совокупности частиц фотонов, рождающихся и гибнущих при излучении и поглощении света соответственно. Поскольку скорость распространения электромагнитного поля в вакууме совпадает с предельным значением с, фотон является ультрарелятивистской частицей с равной нулю массой покоя: в противном случае импульс фотона был бы бесконечно большим, и процедура загорания на пляже не доставляла бы нам ни малейшего удовольствия:

Концепция фотонов привела к большим трудностям при интерпретации экспериментов по интерференции и дифракции, доказывающих волновую природу света.

 Идея квантования является одной из величайших физических идей. Оказалось, что многие величины считавшиеся непрерывными, имеют дискретный ряд значений. На базе этой идеи возникла квантовая механика, описывающая законы поведения микрочастиц.

Гипотеза Планка получила дальнейшее развитие в работах Эйнштейна. Электромагнитная волна не только излучается, но и поглощается и распространяется в виде потока квантов. Итак, электромагнитное излучение ( в том числе и свет) представляет собой поток фотонов.  Фотон - мельчайшая частица электромагнитного излучения, имеющая энергию в один квант. Световые частицы (фотоны) одновременно обладают и волновыми и корпускулярными свойствами. Фотоны, как любые частицы, имеют массу. В частности, наличие импульса у фотона экспериментально подтверждается открытием давления света.

 

8. Сопоставьте понятия «популяция» и «вид». Докажите, что популяция является единицей эволюции. Почему разные популяции одного вида отличаются по частоте генов?

Популяция - структурная единица вида. По другому определению, популяция - совокупность особей одного вида, занимающих определенный ареал, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющих общее происхождение, генетическую основу и в той или иной степени изолированных от других популяций данного вида.

Важный признак вида — расселение его группами, популяциями в пределах ареала. Популяция — совокупность свободно скрещивающихся особей вида, которые длительное время существуют относительно обособленно от других популяций на определенной части ареала.

Факторы, способствующие объединению особей в популяции, - свободное скрещивание (взаимоотношения полов), выращивание потомства (генетические связи), совместная защита от врагов, типы взаимоотношений организмов разных видов: хищник—жертва, хозяин—паразит, симбиоз, конкуренция[5].

Популяция — структурная единица вида, характеризуется определенной численностью особей, ее изменениями, общностью занимаемой территории, определенным соотношением возрастного и полового состава. Изменение численности популяций в определенных пределах, сокращение ее ниже допустимого предела — причина возможной гибели популяции.

Изменение численности популяций по сезонам и годам (массовое размножение в отдельные годы насекомых, грызунов). Устойчивость численности популяций, особи которых имеют большую продолжительность жизни и низкую плодовитость.

Разные популяции одного вида могут отличаться по частоте генов. Важнейшим свойством генов является сочетание их высокой устойчивости в ряду поколений со способностью к наследуемым изменениям (мутациям), служащим основой изменчивости организмов, дающей материал для естественного отбора. Так же число генов, зависит от особенностей окружающей среду, где обитает популяция, поэтому в разных  условиях окружающей среды число генов может меняться.

9.   Как происходит деление клеток, ядра и ДНК? Как реализуется система воспроизводства на молекулярном уровне? В чем особенности биотехнологий: генной и клеточной инженерии, каковы их возможности и перспективы?

Деление клеток — основа роста и размножения организмов, передачи наследственной информации от материнского организма (клетки) к дочернему, что обеспечивает их сходство. Деление клеток образовательной ткани — причина роста корня и побега верхушками.

Ядро и расположенные в них хромосомы с генами — носители наследственной информации о признаках клетки и организма. Число, форма и размеры хромосом, набор хромосом — генетический критерий вида. Роль деления клетки в обеспечении постоянства числа, формы и размера хромосом. Наличие в клетках тела диплоидного (46 у человека), а в половых — гаплоидного (23) набора хромосом. Состав хромосомы — комплекс одной молекулы ДНЯ с белками. 3. Жизненный цикл клетки: интерфаза (период подготовки клетки к делению) и митоз (деление).

1) Интерфаза — хромосомы деспирализованы (раскручены). В интерфазе происходит синтез белков, липидов, углеводов, АТФ, самоудвоение молекул ДНК и образование в каждой хромосоме двух хроматид;

2) фазы митоза (профаза, метафаза, анафаза, телофаза) — ряд последовательных изменений в клетке: а) спирализация хромосом, растворение ядерной оболочки и ядрышка; б) формирование веретена деления, расположение хромосом в центре клетки, присоединение к ним нитей веретена деления; в) расхождение хроматид к противоположным полюсам клетки (они становятся хромосомами); г) формирование клеточной перегородки, деление цитоплазмы и ее органоидов, образование ядерной оболочки, появление двух клеток из одной с одинаковым набором хромосом (по 46 в материнской и дочерних клетках человека).

Репликация ДНК происходит следующим образом. Двойная спираль раскручивается по разрывающимся водородным связям. Определенные ферменты строят новые цепи, связывая между собой нуклеотиды, комплиментарные нуклеотидам каждой из двух исходных цепей спирали ДНК[6].

Значение митоза — образование из материнской двух дочерних клеток с таким же набором хромосом, равномерное распределение между дочерними клетками генетической информации.

Современный уровень знаний в области биохимии позволяет не только понять и проследить тонкие процессы происходящие на генном уровне, но и использовать их в своих целях. Разрабатываются методы генной и клеточной инженерии, позволяющие внедрить в клетку желаемую генетическую информацию. Появилась возможность изучать распределение нуклеотидов в определенном гене или получать нужный белок. Для этого создается рекомбинатная ДНК, которая возникает, когда ДНК одного организма внедряется в клетку другого. Так, в 80-е годы были разработаны интерфероны – белки, способные подавлять размножение вирусов.

10. Что такое синергетика и каково ее значение для современной картины мира? Какие этапы можно выделить в развитии самоорганизующихся систем? Каково соотношение случайного и закономерного в концепции развития? Поясните понятия «хаоса», «бифуркации», «катастрофы». Опишите процессы самоорганизации материи в процессе эволюции галактик и звезд.

Около 50 лет назад в результате развития термодинамики возникла новая дисциплина – синергетика. Являясь наукой о самоорганизации самых различных систем - физических, химических, биологических и социальных - синергетика показывает возможность хотя бы частичного снятия междисциплинных барьеров не только внутри естественно научной отросли знания, но так же и между естественно научной и гуманитарной культурами. Слово “синергетика” и означает “совместное действие”, подчеркивая согласованность функционирования частей, отражающихся в поведении системы как целого. То есть предлагаются базовые модели, новые понятия и методы, которые могут быть применены в данной ситуации, которые могут стать основой построения новой нелинейной познавательной парадигмы, а могут остаться находками в различных дисциплинах.

Путь развития сложной самоорганизующейся системы всегда неединственный. Можно вмешаться в нужный момент в ход событий и изменить его. Таким образом будущее также, оказывается, имеет неединственный вариант. В данном случае ответ синергетики состоит в том, что во множестве случаев происходит самоорганизация, связанная с выделением так называемых параметров порядка.

 Синергетика занимается изучением систем, состоящих из многих подсистем самой различной природы, таких, как электроны, атомы, молекулы, клетки, нейтроны, механические элементы, фотоны, органы, животные и даже люди. При выборе математического аппарата необходимо иметь в виду, что он должен быть применим к проблемам, с которыми сталкиваются физик, химик, биолог, электротехник и инженер механик. Не менее безотказно он должен действовать и в области экономики, экологии и социологии. Во всех этих случаях нам придется рассматривать системы, состоящие из очень большого числа подсистем, относительно которых мы можем не располагать всей полной информацией. Для описания таких систем не редко используют подходы, основанные на термодинамики и теории информации.

Соотношение случайного и закономерного в концепции развития проиллюстрируем путем описания понятий хаоса, бифуркации и катастрофы.

Хаос – неупорядоченно, неструктурированное состояние системы. Катастрофа – резкое разрушение системы в результате роста энтропии и хаоса. Бифуркация в широком понимании - приобретении нового качества движениями динамической системы при малом изменении ее параметров (возникновение при некотором критическом значении параметра нового решения уравнений). Отметим, что при бифуркации выбор следующего состояния носит сугубо случайный характер, так что переход от одного необходимого устойчивого состояния к другому необходимому устойчивому состоянию проходит через случайное (диалектика необходимого и случайного). Любое описание системы, претерпевающей бифуркацию, включает как детерминистический, так и вероятностный элементы, от бифуркации до бифуркации поведении системы детерминировано, а в окрестности точек бифуркации выбор последующего пути случаен. Бифуркация в некотором смысле вводит в физику и химию элемент историзма - анализ состояния, например, подразумевает знание истории системы, прошедшей бифуркацию. Катастрофой называют скачкообразное изменение, которое может возниктуть в ответ на плавное изменение внешних условий. Для системы это означает потерю устойчивости.[7]

Список литературы

1.     Пахустов Б.К. Концепции современного естествознания: УМК. – Новосибирск: СибАГС, 2001.

2.     Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. – Новосибирск: ЮКЭА, 1997.

3.     Дубнищева Т.Я. Концепции Современного естествознания. Основной курс в вопросах и ответах – Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2003.

---

[1] Пахустов Б.К. Концепции современного естествознания: УМК. – Новосибирск: СибАГС, 2001. – с. 178.

[2] Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. – Новосибирск: ЮКЭА, 1997. – с. 172-173.

[3] Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. – Новосибирск: ЮКЭА, 1997. – с. 639.

[4] Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. – Новосибирск: ЮКЭА, 1997. – с. 384 – 387.

[5] Пахустов Б.К. Концепции современного естествознания: УМК. – Новосибирск: СибАГС, 2001. – с. 115.

[6] Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. – Новосибирск: ЮКЭА, 1997. – с. 681.

[7] Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. – Новосибирск: ЮКЭА, 1997. – с. 691 – 695.