Биологические концепции естествознания Предмет и структура биологии Современное естествознание предст
Работа добавлена на сайт samzan.net:
§ 14. Биологические концепции естествознания
Предмет и структура биологии
Современное естествознание представляет собой совокупность многих наук, которые тесно связаны между собой, т.к. они отражают единый мир. Но поскольку природный мир многообразен, то и каждая из естественных наук имеет свой предмет, изучает тот или иной вид материи. Одной из таких наук и является биология, изучающая живую материю.
Биология – это наука о живом, его строении, формах активности, природных сообществах живых организмов, их распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой.
Современная биологическая наука – результат длительного процесса развития. Интерес к познанию живого у человека возник очень давно. Он был связан с его важнейшими потребностями в пище, лекарствах, одежде, жилье и т.д.
Но только в древних цивилизованных обществах люди стали изучать живые организмы более тщательно, составлять перечни животных и растений, населяющих разные регионы, классифицировать их. одним из древних биологов древности был Аристотель.
В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Структуру его можно рассматривать с разных точек зрения:
- По объектам исследования биология подразделяется на:
- Вирусологию
- Бактериологию
- Ботанику
- Зоологию
- Антропологию
- По свойствам проявления живого в биологии выделяются:
- Генетика, исследующая законы наследственности и изменчивости.
- Молекулярная биология, изучающая микроструктуру живых тканей и клеток.
- Физиология – наука о функционировании организмов.
- Морфология – наука о строении живых организмов.
- Экология, рассматривающая образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой.
- По уровню организации исследуемых живых объектов выделяются:
- Цитология, исследующая строение живых клеток.
- Гистология, изучающая строение тканей.
- Анатомия, изучающая макроскопическое строение животных.
Эта многоплановость комплекса биологических наук обусловлена чрезвычайным многообразием живого мира. К настоящему времени биологами обнаружено и описано более 1 миллиона видов животных, около полумиллиона растений, несколько сот тысяч видов грибов, более 3 тысяч видов бактерий. Причем мир живой природы исследован далеко не полностью. Число не описанных видов оценивается, по меньшей мере, в 1 миллион.
В развитии биологии выделяются три основных этапа:
- Систематики (Карл Линней)
- Эволюции (Чарльз Дарвин)
- Биологи микромира (Г. Мендель)
Важнейшим инструментом дальнейшего познания этого мира служит категория «живого», являющаяся ключевой, исходной для всей системы биологических наук.
К числу свойств живого обычно относят следующие:
- Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах.
- Живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию.
- Живые организмы активно реагируют на окружающую среду.
Если толкнуть камень, то он пассивно сдвинется с места. Если толкнуть животное, оно отреагирует активно: убежит, нападет или изменит форму. Способность реагировать на внешние раздражения – универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных.
- Живые организмы не только изменяются, но и усложняются.
Так, у растения появляются новые ветви или у животных – органы, отличающиеся по своему химического составу от породивших их структур.
- Все живое размножается.
Эта способность к самовоспроизведению, пожалуй, самая поразительная способность живых организмов. Причем потомство и, похоже, и в то же время чем-то отличается от родителей. В этом проявляется действие механизмов наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы.
- Сходство потомства с родителями обусловлено еще одной особенностью живых организмов – передавать потомкам заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения.
Эта информация содержится в генах – единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Однако эта информация в процессе передачи несколько видоизменяется, искажается. В связи с этим, потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них.
- Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни.
Строение крота, рыбы, лягушки, дождевого червя полностью соответствует условиям, в которых они живут.
Обобщая и несколько упрощая сказанное о специфике живого, можно отметить, что все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются.
§ 15. Общая характеристика подходов о происхождении живого на Земле
Еще в глубокой древности люди задавали себе вопросы: откуда произошла живая природа? Как появилась жизнь? Где та грань, через которую природа перешагнула при переходе от неживого к живому? Почему живые системы для своего построения выбрали молекулы лишь с определенной пространственной организацией?
Многовековые исследования и попытки решения вопросов о происхождении природы и сущности жизни породили разные концепции возникновения жизни на Земле:
- Теория креационизма (теологическая, божественная теория)
- Биогенная теория (зарождения живого из живого, неоднократное возникновение жизни самопроизвольно)
- Теория стационарного состояния (жизнь существовала всегда)
- Теория панспермии (жизнь занесена на планету и вне)
- Абиогенная теория (жизнь возникла в результате биохимической эволюции)
Идея самопроизвольного происхождения жизни – одна из первых идей. Эмпедокл, например, считал, что все дышащее обязано своим существованием самозарождению отдельных органов – рук, ног, лап, голов, сердец, которые затем самопроизвольно, случайно комбинируясь, складывались в тела и достигали в конце концов вполне удачных комбинаций.
Лет за 100 до него Анаксимандр с поразительной для своего времени прозорливостью утверждал, что путь к высшим организмам природа начала с более примитивных, и, пожалуй, выдвинул идею эволюции природы. Но и он за исходный продукт брал сложную природную субстанцию – морской ил. По его мнению, живые существа зародились во влажном иле, который когда-то покрывал Землю. Когда Земля стала высыхать, влага скапливалась в углублениях, в результате чего образовались моря, а некоторые животные вышли на сушу. Среди них были разнообразные существа, в чреве которых развивались люди. Когда люди выросли, покрывавшая их чешуйчатая оболочка развалилась.
Эта идея самопроизвольного зарождения организмов, видимо, представлялась многим поколениям наших далеких предков очень убедительной, т.к. просуществовала, не меняясь, долгие века. Самопроизвольное зарождение лягушек, мышей, саламандр, ягнят и т.п. из различных материальных образований, в том числе гниющей земли, отбросов и иных объектов, рассматривалось многими выдающимися умами и мыслителями: Фалесом, Анаксагором, Аристотелем, Коперником, Декартом, Галилеем, Ламарком, Гегелем и именно благодаря этому идея имела столь широкое распространение и просуществовала так долго.
Опыты Пастера доказывали происхождение живого от живого.
В XVII веке опыты Реди показали, что без мух черви в гниющем мясе не появляются, а если прокипятить органические растворы, то микроорганизмы в них не смогут зарождаться (суждение, известное сейчас любой хозяйке, занимающейся консервированием продуктов). И только в 60 годы XIX века Пастер (1822 – 1895 гг.) в своих опытах продемонстрировал, что микроорганизмы появляются в органических растворах только потому, что туда раньше был внесен зародыш. Пастером фактически была открыта природа брожения. Он ввел методы асептики и антисептики, в 1888 году создал и возглавил институт микробиологии (впоследствии Пастеровский Институт).
Термин «пастеризация» произошел от фамилии этого ученого. Пастеризация означает способ уничтожения микробов в жидкостях и пищевых продуктах однократным нагреванием до температур ниже 100 (обычно 60 – 70 ) с различной выдержкой (чаще всего 15 – 30 минут). Способ этот был предложен Л. Пастером и применяется для консервирования молока, вина, пива.
Являясь основоположником современной микробиологии и иммунобиологии, Л. Пастер известен также своими работами по асимметрии молекул, которые легли в основу стереохимии – области науки, изучающей пространственное строение молекул и влияние его на физические свойства, а также на направление и скорость реакции. Молекулярная асимметрия, открытая Л. Пастером, явилась одним из доказательств земного происхождения жизни и имела огромное значение для понимания особенностей мирового эволюционного процесса.
Таким образом, опыты Пастера имели двоякое значение:
- Доказали несостоятельность концепции самопроизвольного зарождения жизни.
- Обосновали идею о том, что все современное живое происходит только от живого.
Практически одновременно с работами Пастера (1865 г.) на стыке космогонии и физики ученым Г. Рихтером разрабатывается гипотеза занесения живых существ на Землю из космоса – концепция панспермии. Согласно этой идее зародыши простых организмов могли попасть в земные условия вместе с метеоритами и космической пылью и дать начало эволюции живого, т.е. жизнь могла возникнуть в разное время в разных частях Галактики и была принесена на землю тем или иным способом. Подобные мыли разделяли крупнейшие ученые конца XIX – начала XX века: Либих, Кельвин, Гельмгольц, У. Томсон и др., что способствовало ее широкому распространению среди ученых. В 1908 году шведский физик Сванте Аррениус поддержал гипотезу происхождения жизни из космоса. Он описывал, как с населенных другими существами планет, уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Частицы жизни, носящиеся в бескрайних просторах космоса, переносились давлением света от звезд, оседали на планеты с подходящими условиями для жизни и начали новую жизнь на таких планетах. Эти идеи поддерживали выдающиеся русские ученые-академики: С.П. Костычев, Л.С. Берг, П.П. Лазарев.
Эта концепция называлась концепцией панспермии. Но она не получила научного образования, т.к. примитивные организмы или зародыши должны были погибнуть под действием ультрафиолетовых и космических лучей.
Гипотеза Опарина. В 1924 году вышла книга «Происхождение жизни» советского ученого А.И. Опарина, где он теоретически и экспериментально доказал, что органические вещества могут образовываться абиогенным путем при действии электрических зарядов, тепловой энергии, ультрафиолетовых лучей на газовые смеси, содержащие пары воды, аммиака, метана и др. Под влиянием различных факторов природы эволюция углеводородов привела к образованию аминокислот, нуклеотидов и их полимеров, которые по мере увеличения концентрации органических веществ в первичном бульоне гидросферы, способствовали образованию коллоидных систем, которые выделялись из окружающей среды и, имея неодинаковую структуру, по-разному реагировали на внешнюю среду. Превращению углеродистых соединений в химический период эволюции, способствовала атмосфера и ее восстановительные свойства, которая потом стала приобретать окислительные свойства, что свойственно атмосфере и в настоящее время.
Современные концепции происхождения жизни. Сегодня проблема происхождения жизни исследуется широким фронтом различных наук. В зависимости от того, какое наиболее фундаментальное свойство живого исследуется и преобладает в данном изучении (вещество, информация, энергия), все современные концепции можно условно разделить:
- Концепции субатомного происхождения жизни (ее придерживаются во главе с А.И. Опариным)
- Концепция энергетического происхождения (И. Пригожин, А. Волькенштейн)
- Концепция информационного происхождения (А.Н. Колмогоров, А.А. Ляпунов, Д.С. Чернавский)
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 гг.), имевшего труды по генетике, биохимии, применению математических методов в биологии.
Все концепции ставят целью определить тот неизменный 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. иная форма естественного отбора.
В 1969 году А.П. Руденко предположил химический аспект происхождения жизни. Используя предположение Ч. Дарвина о естественном отборе и принцип усложнения и прогрессивной направленности эволюции, он заложил теоретическую базу эволюционной жизни.
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 понимание возможно.
«Колба» Миллера и возможности абиогенного происхождения жизни. В 1953 году американский ученый Л.С. Миллер экспериментально доказал возможность абиогенного (не происходящего от живого организма) синтеза органических соединений из неорганических. Пропуская электрические разряды через смесь инертных газов H2; H2O (в виде пара); CH4 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 миллиардов 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. Но зато перечисленные газы: H2, H2O, CH4, NH3 – имелись в достаточном количестве для взаимодействий рассмотренных Миллером, и отделенных относительно спокойных областях планеты начала зарождаться жизнь. Это происходило сразу во многих местах. Наверное, часто аминокислоты гибли, но кое-где им удалось продержаться подольше, превратиться в белки и более сложные соединения.
§ 16. Химическая картина мира
Процесс зарождения химической науки был длительным, сложным и противоречивым. Истоки химических знаний лежат в глубокой древности и связаны с потребностью людей получать различные вещества. Происхождение термина «химия» не совсем ясно, но по одной из версий это означает «египетское искусство», по другой – «искусство получения соков из растений».
Историю химической науки можно разделить на несколько этапов:
- Период алхимии – с древности до XVI века.
Исторически алхимия сложилась как тайное, мистическое знание, направленное на поиски философского камня, превращающего металлы в золото и серебро, и эликсира долголетия. В течение своей многовековой истории алхимия решала многие практические задачи, связанные с получением веществ и заложила фундамент для создания научной химии.
Наивысшего развития алхимия достигла в трех основных типах:
- Греко-египетском
- Арабском
- Западноевропейском
Родиной алхимии был Египет. Еще в древности там были известны способы получения металлов, сплавов, применявшихся для производства монет, оружия, украшений. Эти знания держались в секрете и были достоянием ограниченного круга жрецов. Увеличивающийся спрос на золото подтолкнул металлургов к поиску способов превращения (трансмутации) неблагородных металлов (железа, свинца, меди и др.) в золото. Алхимический характер древней металлургии связывал ее с астрологией и магией. Каждый металл имел астрологическую связь с соответствующей планетой. Погоня за философским камнем позволила углубить и расширить знания о химических процессах. Получила развитие металлургия, были усовершенствованы процессы очистки золота и серебра.
Тем не менее, в период правления императора Диолектиана в Древнем Риме алхимия стала преследоваться. Возможность получения дешевого золота напугала императора и по его приказу были уничтожены все труды по алхимии. Значительную роль в запрете алхимии сыграло христианство, которое рассматривало ее как дьявольское ремесло.
После завоевания арабами Египта в VII в н.э. алхимия стала развиваться в арабских странах. Самым выдающимся алхимиком был Джабир ибн Хайям, известный в Европе как Гербер. Он описал нашатырный спирт, технологию приготовления свинцовых белил, способ перегонки уксуса для получения уксусной кислоты. Основополагающей идеей Джабира являлась теория образования всех, известных тогда, семи металлов из смеси ртути и серы как двух основных составляющих. Эта идея предвосхитила деление простых веществ на металлы и неметаллы.
Развитие арабской алхимии шло двумя параллельными путями. Одни алхимики занимались трансмутацией металлов в золото, другие искали эликсир жизни, дававший бессмертие.
Появление алхимии в странах Западной Европы стало возможным благодаря крестовым походам. Тогда европейцы позаимствовали у арабов научно-практические знания, среди которых была алхимия. Европейская алхимия попала под покровительство астрологии и поэтому приобрела характер тайной науки. Имя самого выдающегося средневекового западноевропейского алхимика осталось неизвестным, известно лишь, что он был испанцем и жил в XIV веке. Он первым описал серную кислоту, процесс образования азотной кислоты, царской водки. Несомненной заслугой европейской алхимии было изучение и получение минеральных кислот, солей, спирта, фосфора и т.д. Алхимиками была создана химическая аппаратура, разработаны различные химические операции: нагревание на прямом огне, водяной бане, прокаливание, перегонка, возгонка, выпаривание, фильтрование, кристаллизация и др. Таким образом, были подготовлены соответствующие условия для развития химической науки.
Период зарождения химической науки охватывает три столетия – с XVI по XIX вв. Условиями становления химии как науки были
- обновление европейской культуры;
- потребность в новых видах промышленного производства;
- открытие Нового света;
- расширение торговых отношений.
- Период зарождения научной химии – XVI – XVIII века.
Отделившись от старой алхимии, химия приобрела большую свободу исследования и утвердилась как единая независимая наука.
В XVI веке на смену алхимии пришло новое направление, которое занималось приготовлением лекарств. Это направление получило название ятрохимии. Основателем ятрохимии был швейцарский ученый Теофаст Бомбаст фон Гогенгейм, известный в науке под именем Парацельс. Ятрохимия стремилась соединить медицину с химией, используя препараты нового типа, приготовленные из минералов. Ятрохимия принесла значительную пользу химии, т.к. способствовала освобождению ее от влияния алхимии и заложила научно-практические основы фармакологи.
В XVII столетии, в век бурного развития механики, в связи с изобретением паровой машины, возник интерес химии к процессу горения. Итогом этих исследований стала теория флогистона, основоположником которой был немецкий химик и врач Георг Шталь. Теория флогистона основана на утверждении, что все горючие вещества богаты особым горючим веществом – флогистоном. Чем больше флогистона содержи вещество, тем более оно способно к горению. Металлы тоже содержат флогистон, но теряя его, превращаются в окалину. При нагревании окалины с углем, металл забирает от него флогистон и возрождается. Теория флогистона, несмотря на свою ошибочность, давала приемлемое объяснение процессу выплавки металлов из руд. Необъяснимым оставался вопрос, почему зола и сажа, оставшиеся от сгорания таких веществ, как дерево, бумага, жир, намного легче, чем исходное вещество.
В XVIII веке французский физик Антуан Лоран Лавуазье, нагревая различные вещества в закрытых сосудах, установил, что общая масса всех веществ, участвующих в реакции, остается без изменений. Лавуазье пришел к выводу, что масса веществ никогда не создается и не уничтожается, а лишь переходит от одного вещества к другому. Этот вывод, известный сегодня как закон сохранения массы, стал основой для всего процесса развития химии XIX века.
Продолжая исследования, Лавуазье установил, что воздух является не простым веществом, а смесью газов, пятую часть которого составляет кислород, а остальные 4/5 азот. В тоже время английский физик Генри Кавендиш выделил водород и, сжигая его, получил воду, доказав, что вода – это соединение водорода и кислорода.
Проблема изучения химического состава веществ была главной в развитии химии вплоть до 30 – 40 годов XIX века. Английский химик Джон Дальтон открыл закон кратных отношений и создал основы атомной теории. Он установил, что два элемента могут соединяться между собой в разных соотношениях, при этом каждая комбинация представляет собой новое соединение. Дальтон исходил из положения древних атомистов о корпускулярном строении материи, но основываясь на понятии химического элемента, сформулированном Лавуазье, полагал, что все атомы отдельного элемента одинаковы и характеризуются своим атомным весом. Этот вес относителен, т.к. абсолютный атомный вес атомов определить невозможно. Дальтон составил первую таблицу атомных весов на основе водородной единицы.
Поворотный этап в развитии химической атомистики был связан с именем шведского химика Иенса Якоба Берцелиуса, который изучая состав химических соединений, открыл и доказал закон постоянства состава. Это позволило объединить атомистику Дальтона с молекулярной теорией, которая предполагала существование частиц (молекул), образованных из двух или более атомов и способных перестраиваться при химических реакциях. Заслугой Берцелиуса является введение химической символики, позволяющей обозначать не только элементы, но и химические реакции. Символ элемента обозначался первой буквой его латинского или греческого названия. В случаях, когда названия двух или более элементов начинаются с одной буквы, к ним добавляется вторая буква названия. Эта химическая символика была признана международной и используется в науке до настоящего времени. Берцелиусу также принадлежит идея разделения всех веществ на неорганические и органические.
До середины XIX века развитие химии происходило беспорядочно и хаотически: открывались и описывались новые химические элементы, химические реакции, благодаря чему накопился огромный эмпирический материал, который требовал систематизации. Логическим завершением всего многовекового процесса развития химии стал первый международный химический конгресс, состоявшийся в сентябре 1860 года в немецком городе Карсруэ. На нем были сформулированы и приняты основополагающие принципы, теории и законы химии, которые заявили о химии как о самостоятельно развитой науке. Этот форум, внеся ясность в понятия атомных и молекулярных весов, подготовил условия для открытия периодической системы элементов.
- Период открытия основных законов химии – первые 60 лет XIX века.
Изучая химические элементы, расположенные в порядке увеличения их атомных весов, Менделеев обратил внимание на периодичность изменения их валентностей. Основываясь на увеличении и уменьшении валентности элементов в соответствии с их атомным весом Менделеев разделил элементы на периоды. Первый период включает только водород, а затем следуют два периода по семь элементов, затем периоды, где более семи элементов. Такая форма таблицы была удобной и наглядной, что сделало ее признанной мировым сообществом ученых.
Настоящим триумфом периодической системы стало предсказание свойств еще не открытых химических элементов, под которые в таблице были оставлены пустые клетки. Открытие периодического закона Д.И. Менделеева стало выдающимся событием в химии, приведя ее в состояние стройной систематизированной науки.
Следующим важным этапом в развитии химии явилось создание теории химического строения органических соединений А.М. Бутлеровым, которая утверждала, что свойства веществ зависят от порядка расположения атомов в молекулах и от их взаимного влияния.
- Современный период – с 60-х годов XIX века до настоящего времени.
На основе системы химических наук складывалась химическая картина мира, т.е. взгляд на природу с точки зрения химии. Ее содержанием являются:
- Учение о химической организации объектов живой и неживой природы.
- Представление о происхождении всех основных типов природных объектов, их естественной эволюции.
- Зависимость химических свойств природных объектов от их структуры.
- Закономерности природных процессов как процессов химического движения.
- Знание о специфических свойствах искусственно синтезируемых объектов.
2. НЭ МИиМНЭ МИиМНЭ Макроэконом
3. Разработка факультатива Оптимальный портфель ценных бумаг
4. Моряна. Главные размерения- Длина между перпендикулярами
5. Взрывные вещества и взрывные устройства применяемые при совершении террористических акций
6. Воспитание ученика творчески активной и социально - зрелой личностью
7. Прекращение трудового договора
8. эластического типа в виде очагового отложения в интиме липидов и белков и реактивного разрастания соедините.
9. Исследовать функцию и построить её график- уcosxcos2x
10. Напоминая о решительном желание государствучастников Конвенции о защите прав человека и основных свобод
11. а Он устанавливается самими организациями в коллективном договоре либо в правилах внутреннего трудового ра
12. Продукты жизнедеятельности медоносной пчелы
13. функции и ее свойства
14. Физико-химия поверхностных явлений в функционировании живых систем
15. тематика в школе. 1 В
16. справедливости
17. НП ГОРБАЧЕВА НАЧЕРТАТЕЛЬНАЯ ГЕОМЕТРИЯ
18. тема образования в России 1
19. Специфика ценообразования
20. В состав предприятия как имущественного комплекса ст