Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 12
МЫШЛЕНИЕ ЖИВОТНЫХ. БИОСФЕРА
МЫШЛЕНИЕ ЖИВОТНЫХ
Дарвин о психике высших животных и человека
Наука конца ХХ века весомо доказала правоту предсказания Дарвина о том, что «разница между психикой высших животных и человека, как бы ни была она велика, это разница в степени, а не в качестве». И доказательства этому были получены разнообразными методами. Американские ученые в течение почти 30 лет обучают обезьян простым аналогам языка человека, и оказалось, что шимпанзе и гориллы общаются с человеком, а иногда и друг с другом, на уровне 2,5-летнего ребенка.
Понятие мышления
Мышление – это оперирование конкретно-чувственными и понятийными образами.
Одно из определений мышления дал советский психолог Александр Романович Лурия. Он говорил о том, что мышление возникает в ситуации, когда у субъекта нет готового решения, т.е. привычного, сформированного за счет обучения, или же инстинктивного.
Мышление животных
Существует целый ряд методов для исследования зачатков мышления у животных. Они чрезвычайно многочисленны, но можно разделить их на две основные группы. С одной стороны, разработаны тесты, позволяющие выяснить, в какой мере животные могут решать новые задачи в новых ситуациях. Другая группа тестов позволяет оценить способность животных к обобщению и абстрагированию, а у высших животных – к оперированию символами.
Оглядываясь на развитие исследований в XX веке, можно констатировать, что за исключением рыб и амфибий, у представителей трех других классов позвоночных – у рептилий, млекопитающих и птиц – в той или в иной степени обнаружены хотя бы самые примитивные, но все-таки зачатки мышления. У рыб и амфибий зачатки мышления искали, но не нашли.
Особенность мозга птиц
Мозг птиц – это особая структура, которая эволюционировала совершенно независимо от млекопитающих. Если шимпанзе – наши ближайшие родственники, а все остальные млекопитающие – более далекие, то птицы нам, в общем, совсем не родственники, потому что предки этих двух современных классов – млекопитающих и птиц – отделились от своих предков – рептилий в незапамятные времена, а дальше их развитие шло параллельно и независимо. И самый главный результат этого независимого развития – то, что мозг птиц устроен совершенно по-другому, чем у млекопитающих. У птиц нет новой коры, а с этой структурой связывают высшую психическую деятельность человека и высших млекопитающих. Некоторое время считалось, что поскольку у птиц нет новой коры, то нет и способностей к мышлению. И, тем не менее, с помощью физиологических методов к 60-ым годам ХХ века стало очевидным, что птицы обладают в принципе всеми необходимыми системами для приема, проведения и переработки информации, вплоть до самых сложных. В пределах класса птиц существуют разные градации развития мозга. И соответственно, есть смысл исследовать и у них зачатки мышления.
Исследование поведения животных
В 60-е годы в Московском университете была организована Лаборатория физиологии, генетики и поведения. Одним из первых объектов экспериментов оказались вороны. Было разработано несколько элементарных логических задач. Первая из них наиболее популярна, это так называемая задача на экстраполяцию направления движения раздражителя, который исчезает из поля зрения птицы. Голодные птицы просовывают головы через щель, видят перед собой две кормушки – одну с кормом и вторую – пустую. Затем кормушки разъезжаются и скрываются за непрозрачными преградами. Для животного возникает новая ситуация, которую надо разрешить при первом же предъявлении. Животное должно мысленно представить себе траекторию направления движения корма после исчезновения из поля зрения и решить, с какой стороны нужно обойти ширму, чтобы получить корм. С помощью предъявления этой задачи была получена широкая сравнительная характеристика способности элементарной рассудочной деятельности животных. Наибольших успехов достигают хищные млекопитающие и дельфины. А вот грызуны и кролики решают эту задачу слабовато. Неплохо ее решают черепахи и ящерицы. И прекрасно решают эту задачу некоторые птицы. По своим показателям они приближаются к хищным млекопитающим.
Есть еще одна задача, более сложная, в которой животное должно представлять, что объемная приманка может быть спрятана только в объемную фигуру, а не в плоскую, и искать ее нужно только в объемной фигуре. Такую задачу решают только обезьяны, дельфины и медведи. Хищные млекопитающие с ней уже не справляются. А вот врановые птицы решают эту задачу достаточно хорошо, хотя и не все поголовно, а лишь половина особей.
Исследование способностей птиц
Голодная сойка в одной из американских лабораторий оторвала полоску от газеты, постеленной в клетку, согнула ее пополам с помощью клюва и через прутья подскребала к себе кусочки корма, которые валялись снаружи. Чем не обезьяна, которая палкой подкатывает лежащий далеко за решеткой банан! Этот и подобные факты очень важны, потому что одно из важнейших проявлений мышления животных – это способность к изготовлению и применению орудий, которая широко изучается на приматах.
Сейчас в Кембридже исследуют новокаледонскую ворону, вид эндемик, который в природе добывает пищу, регулярно изготовляя и применяя орудия разной формы. Двух птиц, выращенных в неволе, в изоляции от сородичей, привезли в лабораторию и предложили им решить новую для них задачу. Экспериментальная установка представляла собой прозрачный цилиндр, на дно которого помещали ведерко с кормом. Рядом выкладывали палочки, короткие и длинные, прямые и изогнутые. Птицы в достоверном большинстве случаев выбирали крючок, чтобы подцепить ведерко за ручку и достать из этого цилиндра.
И однажды возникла совершенно неожиданная ситуация, когда среди предложенных для выбора инструментов не оказалось крючка. И тогда одна из ворон схватила проволочку, заклинила ее в щели стола, загнула, сделала крючок и поддела это самое пресловутое ведерко.
Итак, одна из сторон мышления – способность к экстренному решению новых задач в новых ситуациях. У врановых птиц она представлена достаточно выразительно и, в общем, во многом не хуже, чем у обезьян.
Способность к обобщению
Но существует другая сторона мышления и, соответственно, другие эксперименты, которые изучают способности к обобщению и абстрагированию. Под обобщением понимается способность мысленно объединять различные предметы, стимулы, события по общим для них и наиболее существенным признакам. И эта способность лежит в основе человеческого абстрактного мышления и использования символов, т.е. в основе речи. Поэтому вполне очевидна роль изучения этой стороны мышления животных, когда речь идет о попытках найти биологические истоки мышления человека. Исследования такие весьма многообразны. Как всегда, все начиналось с приматов. Оказалось, что способность приматов, особенно человекообразных, к обобщению и к абстрагированию чрезвычайно высока и достигает так называемого уровня довербальных понятий. То есть животные, обобщив некие стимулы по общему для них существенному признаку, могут переносить выработанную реакцию на совершенно новые стимулы, применять это обобщение к стимулам другого класса. Например, животное научили выбирать по признаку сходства с образцом стимулы разного цвета: образец красный – выбирай красный, образец синий – выбирай синий. И так далее. Многие животные продолжают выбирать правильно, если им показать совершенно новые цвета. Это допонятийный уровень обобщения. Но когда им предлагают для выбора, допустим, стимулы с разной штриховкой, то в этой ситуации только высшие, наиболее продвинутые животные выбирают по сходству и эти ранее незнакомые им стимулы другой категории.
Способность к обобщению изучали у врановых птиц. Вороны могут обобщать признак «большее число элементов». В первой серии их обучали, используя разные пары карточек, где число стимулов было от 1 до 12, и давали приманку за выбор карточки, на которой число элементов больше. Вороны усвоили правило выбора довольно быстро, несмотря на то, что каждый раз им предлагали новую пару. А потом применили новые карточки: от 10 до 20, а потом и до 25. И во всех этих случаях вороны достоверно демонстрировали способность выбирать стимул, содержащий большее число элементов.
Способность к символизации
Для исследования способности животных к символизации, в нашем случае, серых ворон, использовалась парадигма выбора по образцу. В этой задаче птице на специальном подносе предъявляют две кормушки. Кормушки накрыты крышками – карточками (стимулами для выбора). В процессе обучения птица узнает, что корм находится только в одной из двух кормушек, и старается найти этих червей. О том, в какой из кормушек лежит подкрепление, животное может узнать, сопоставив изображение на карточке-образце, которая находится между кормушками, с изображениями на карточках для выбора. Правилом успешного решения данной задачи является выбор карточки, соответствующей образцу. То есть, если птица видит на карточке-образце множество из четырех элементов и скидывает карточку, накрывающую кормушку, на которой также изображено четыре элемента, она найдет искомого червяка. Это задача называется «выбор по соответствию с образцом». Таким образом, она дает возможность корректно спросить у животного, что оно считает сходным, а что оно считает различным. Именно эта парадигма была использована для исследования способности ворон к символизации.
Была приведена серия, в которой птицам предоставлялась возможность свободно выбрать между двумя кормушками, накрытыми карточками с изображениями цифр. Птица могла выбрать любую карточку и получала при этом то количество червей, которое соответствовало изображенному на карточке символу или комбинации символов. Животные в такой ситуации находили кормушку с кормом случайно – на уровне 50%, и, кроме того, проявляли откровенное недовольство, нервозность и нежелание работать в такой ситуации.
Итак, способность к символизации, по крайней мере, ее зачатки, присутствуют у такой специфической группы позвоночных, как птицы.
Исследование способностей попугаев
Постепенно копится материал наблюдений, которые говорят о том, что говорящие попугаи, живущие в семьях, в ряде ситуаций употребляют ранее заученные слова вполне осмысленно. Но это пока – область наблюдений.
Американская исследовательница Ирен Пепперберг с 1978-го года работает с попугаем по кличке Алекс. Она обучает его специфическим методом «модель-соперник». Алекс выучивает слова, соревнуясь и подражая второму экспериментатору, который получает поощрение, если произносит нужное слово и отвечает на вопросы лучше, чем Алекс. Попугай усвоил небольшой лексикон и с его помощью активно отвечает на вопросы. С помощью этого диалога Ирен пытается охарактеризовать суть познавательных способностей попугая. То есть те вопросы, которые экспериментаторы задают птицам с помощью карточек и каких-то еще стимулов, Ирен задает Алексу впрямую. Она, например, показывает ему какое-то количество предметов и спрашивает: сколько их здесь? Он отвечает – 5. И может пояснить: «Два зеленых и три красных, один круглый и четыре кубика» и т.д. Это исследование очень многоплановое. Ирен Пепперберг применила целую серию тестов, так что спектр познавательных способностей попугаев в ее работе реализован очень хорошо. И это очень ценная работа. Она совпадает с данными российских ученых о способности птиц к обобщению и абстрагированию.
БИОСФЕРА
Все живые существа планеты взаимодействуют с внешней средой и изменяют ее – такие представления возникли давно на основе наблюдений природных явлений. Французский ученый Ж. Б. Ламарк, в частности, в работе «Гидрология» (1802) отмечал, что все живые организмы, бесконечно разнообразные и многочисленные, с непрерывно сменяющимися поколениями, в результате своей жизнедеятельности принимают активное участие в формировании поверхности Земли. Работы Ж. Б. Ламарка положили начало представлениям о существовании на нашей планете особого пространства, заселенного живыми организмами и преобразуемого ими.
В 1826 г. немецкий ученый Гумбольдт ввел понятие «жизненная среда», понимая под этим оболочку Земли, куда включал атмосферные, морские и континентальные процессы и весь органический мир. Так в науке формировалось понятие пространства, охватываемого жизнью и ей же создаваемого.
Термин «биосфера» (греч. bios – жизнь, sphaira – оболочка) был впервые введен в 1875 г. австрийский геологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914) в книге «Лик Земли» для описания совокупности живых организмов на нашей планете. Однако он не разработал представлений о биосфере и не дал введенному термину точного определения.
Впоследствии понятие биосферы разрабатывалось разными исследователями. Русский геохимик Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945), основоположник науки биогеохимии, в книге «Биосфера» (1926) расширил это понятие, включив в него не только сами живые организмы, но и среду их обитания.
Суть учения Вернадского
По В. И. Вернадскому, биосфера – оболочка Земли, состав, структура и характеристики которой обусловлены прошлой и современной деятельностью живых организмов.
Биосфера – это целостная организованная система живого вещества. Все явления в ней – часть ее единого механизма. Живое вещество – это то звено, которое соединяет историю химических элементов с эволюцией организмов и человека и с эволюцией всей биосферы. Биосфера сыграла определяющую роль в возникновении атмосферы, гидросферы и литосферы.
Биосфера – сфера единства живого и косного (неживого) вещества. «Живое вещество биосферы есть совокупность живых организмов, в ней живущих» (определение Вернадского). Помимо живых и косных природных тел в биосфере существуют биокосные природные тела: почва, поверхностные воды и т.п.
Вернадский отмечал, что между живым и косным веществом «есть, однако, непрерывная, непрекращающаяся связь, которая может быть выражена как непрерывный биогенный ток атомов в косное вещество биосферы, и обратно».
В своих трудах Вернадский подчеркивал, что, несмотря на то, что живого вещества в биосфере немного, но «геологически оно является самой большой силой в биосфере и определяет все идущие в ней процессы».
При изучении механизма эволюции биосферы Вернадский отмечал, что живое вещество определяет все основные особенности ее эволюции. Образно говоря, живое вещество можно сравнить с тонкой пленкой на поверхности планеты, которая существует за счет энергии Солнца. Живое вещество ускоряет все планетарные процессы. Вернадский считал, что жизнь на Земле появилась вместе или практически вместе с Землей как космическим телом. Жизнь – ровесница началу геологической истории Земли.
Живое вещество непрерывно эволюционирует. И в этой эволюции четко прослеживается процесс постепенного развития и усложнения центральной нервной системы. Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние – в ноосферу.
Наблюдаемая перестройка биосферы – природный геологический процесс, и Человечество должно осознать это и вести себя таким образом, чтобы не противоречить идущему геологическому процессу.
Анализируя возможности все возрастающей мощи цивилизации, Вернадский приходит к выводу о том, что Человечеству как части живого вещества придется взять на себя ответственность за будущее развитие биосферы и общества. Биосфера должна будет измениться. Измениться должно будет все ‒ и геохимические циклы биосферы, и ее способности обеспечивать потребности Человечества в сочетании с изменением природы, общества, а может быть, и природы самого человека. Все это должно сделаться объектом целенаправленной деятельности.
Границы биосферы
Границы биосферы – это границы существования жизни. Верхняя граница проходит на высоте около 20 км. Она обусловлена, в первую очередь, существованием озонового слоя, который поглощает губительное для жизни ультрафиолетовое излучение Солнца. Нижняя граница в литосфере определяется проникновением влаги и доходит до 3 км (в нефтяных месторождениях были найдены бактерии на глубине до 3 км).
В гидросфере жизнь существует на всех глубинах Мирового океана, и поэтому простирается до 10 – 11 км. Таким образом, биосфера Земли включает в себя гидросферу, нижнюю часть атмосферы и верхние слои литосферы.
В настоящее время наша планета рассматривается как единая самоорганизующаяся система, состоящая из внутренних и внешних сфер: ядра, мантии, земной коры, гидросферы, атмосферы, биосферы.
Жизнь распространена по земной поверхности крайне неравномерно и в различных природных условиях принимает вид относительно независимых комплексов – биогеоценозов, или экосистем. Живая часть биогеоценоза носит название биоценоза. Разнообразные процессы и явления, протекающие в биосфере, являются объектом исследований различных наук. Особое место при этом отводится экологии (греч. ойкос – дом, жилище, логос – наука). Впервые этот термин применил Эрнст Геккель. Экология – наука, изучающая сложные взаимоотношения в природе. Человеческое общество с его производством и созданной им искусственной средой – техносферой – также является частью биосферы.
Компоненты биосферы
В биосфере можно выделить несколько составляющих компонент.
1. Живое вещество, под которым Вернадский подразумевал всю совокупность организмов на планете (растения, животные, микроорганизмы). По некоторым оценкам, общая биомасса живых организмов в биосфере составляет около 2,2·1012 т.
2. Биогенное вещество, представляющее собой не сами организмы, а продукты их жизнедеятельности, в частности, нефть, известняки и т.д.
3. Косное вещество, образование которого не связано с жизнедеятельностью организмов (результат процессов, проходящих в недрах планеты, метеориты). Косное вещество в биосфере в десять тысяч раз превосходит по объему живое вещество.
4. Биокосное вещество, которое является совместным результатом процессов в живой неживой природе (почвы).
Согласно учению Вернадского, живое вещество является наиболее важной составной частью биосферы, поскольку в результате своей жизнедеятельности живые организмы активно преобразуют окружающую среду.
Иерархия живой материи
Иерархия живой материи включает в себя несколько уровней организации.
1. Молекулярный уровень. Он представлен биологическими молекулами, самыми важными из которых являются белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы. На этом уровне реализуются наследственность и изменчивость организмов, обмен веществами и энергией и другие важнейшие свойства живых организмов.
2. Клеточный уровень. Вместе с тем, отдельно взятые органические молекулы еще не являются живыми. Жизнь начинается со следующего уровня – клеточного. Клетка является структурной и функциональной единицей живых организмов, поскольку она способна к росту и размножению. Она может входить в состав живого многоклеточного организма или быть самостоятельным одноклеточным организмом.
3. Тканевый уровень. В ткань объединяются сходные по строению клетки, выполняющие одну функцию. Например, нервная ткань образована нервными клетками – нейронами.
4. Óрганный уровень. В свою очередь функциональное объединение нескольких типов тканей формирует органы, и соответствующий уровень называется органным. Он характерен для животных организмов. В частности, органами животных является кожа, сердце, легкие и т.д. Органы могут объединяться в системы органов, например, система органов кровообращения.
5. Организменный уровень. Он включает в себя целостные организмы, как одноклеточные, так и многоклеточные.
6. Популяционно-видовой уровень. Организмы одного вида, принадлежащие к одному ареалу обитания, объединяются в популяции. Начиная с этого уровня могут протекать элементарные эволюционные процессы.
7. Биогеоценотический уровень. Он включает в себя организмы разных видов вместе со средой их обитания.
8. Биосферный уровень. Он представлен всей биосферой в целом.
Экологические системы
Экологическая система, или биогеоценоз является элементарной единицей биосферы. Каждая экосистема включает в себя живые организмы и среду их обитания. Примерами экосистем могут служить болота, луга, лесные массивы. Каждый биогеоценоз является системой, в которую поступает солнечный свет, почвенные вещества, атмосферные газы, вода и происходит выделение теплоты, кислорода, углекислого газа и продуктов жизнедеятельности.
Биотическая, т.е. живая часть экосистемы образуется совокупностью живых организмов. Организмы-производители, – это автотрофы, производящие органические вещества в процессе фотосинтеза. К ним относятся растения, а также сине-зеленые водоросли и некоторые виды бактерий. Организмы-потребители, – гетеротрофы, которые потребляют готовые органические вещества. Причем потребители первого порядка питаются веществами растительного происхождения (травоядные животные), а потребители высших порядков используют в качестве пищи вещества животного происхождения (плотоядные животные). Организмы-разрушители тоже являются гетеротрофами. Они разлагают остатки мертвых организмов до простых органических и неорганических соединений. К ним относятся бактерии и грибы.
Обмен веществ в биосфере
Биосфера является открытой системой. Это означает, что она обменивается со своим окружением веществом и энергией. Но энергетический обмен является существенно преобладающим, поэтому в хорошем приближении можно пренебречь обменом веществ и считать биосферу закрытой системой.
Жизнь биосферы идет необратимо, за счет поступления солнечной энергии. При этом в глобальный биологический круговорот вовлекаются неорганические вещества, а выводится материя в виде органических и неорганических остатков. Этот круговорот обусловлен непрерывной циркуляцией веществ между атмосферой, гидросферой, литосферой и всеми живыми организмами.
Трофические цепи – цепи питания
Биосфера выполняет свои функции благодаря многосторонним трофико-метаболическим (т.е. обменным) связям. Все живые организмы связаны между собой энергетическими отношениями, поскольку являются объектами питания других организмов.
Все виды организмов связаны в экосистеме цепями питания, которые показывают поток энергии от одних организмов к другим. Каждое звено в такой цепи называется трофическим уровнем. Можно сказать, что каждый живой организм годится в пищу кому-то еще. В этом проявляется единство живой природы. Например:
Сок розового куста тля божья коровка паук насекомоядная птица хищная птица
Энергия и питательные вещества поступают в цепь в результате фотосинтеза, когда растения синтезируют сложные органические вещества из более простых. На каждом трофическом уровне происходит потеря части энергии, и, следовательно, понижается продукция вещества. Продуктивность каждого последующего уровня составляет не более 20% от предыдущего. Поэтому пищевые цепи чаще всего содержат не более 5 уровней. Потери энергии связаны затратами на поддержание жизнедеятельности организмов на каждом трофическом уровне, поэтому каждому последующему звену цепи энергии остается все меньше и меньше. Например, 10 000 кг водорослей обеспечивают накопления 1 000 кг вещества членистоногих, которые, в свою очередь, дают 100 кг мелкой рыбы, затем 10 кг хищной рыбы и, наконец, 1 кг человека. Таким образом, возникает пирамида, которая показывает снижение продукции вещества на каждом трофическом уровне.
Поскольку растения не нуждаются в других живых посредниках для строительства своего организма, их называют автотрофами – самопитающимися. Поскольку они, используя энергию солнечного света, создают органическое вещество из неорганического, их называют производителями. Организмы, которые не могут строить собственное вещество из минеральных компонентов, вынуждены использовать созданное автотрофами, употребляя их в пищу. Их называют поэтому гетеротрофами, что означает «питаемый другими», или потребителями. Таким образом, создаются пищевые цепи из производителей и потребителей. И производители, и потребители на разных этапах своего жизненного цикла смыкаются с разрушителями – микроорганизмами, бактериями, грибами. Разрушители разлагают выделения животных, микроорганизмов, мертвые организмы и минерализуют их до воды, СО2 и минеральных удобрений. Таким образом, в сообществе живых организмов от звена к звену циркулируют питательные вещества и энергия.
Нарушение связей между трофическими уровнями может привести к самым тяжелым последствиям. Известен случай, когда для борьбы с малярией в Индонезии использовали ДДТ, который уничтожил комаров. Но одновременно ДДТ попал в организмы тараканов, и они стали активнее истребляться ящерицами. ДДТ вызвал у ящериц ослабление рефлексов, и они чаще оказывались жертвами кошек. Так как одновременно эти ящерицы питались гусеницами, разрушающими тростниковые хижины, то гусеницы стали неограниченно размножаться и разрушать жилища. Кошки также отравились ДДТ и стали гибнуть, что привело к распространению крыс, зараженных чумой. Этот пример показывает также, что в реальных системах связи между организмами могут быть очень сложными. Чаще всего животные питаются разнообразной пищей и в свою очередь, могут служить пищей для многих других. Поэтому вместо пищевых цепей часто изображают пищевые сети.
Антропогенный фактор и глобальные экологические проблемы
Человек появился в ходе эволюции биосферы. Он – ее элемент. Появление разума, по-видимому, – закономерный этап в развитии живой материи, коренной перелом в ее эволюции, ибо она получила способность мыслить и познавать себя. Все необходимое для жизни человек получает из биосферы. Туда же он сбрасывает бытовые и промышленные отходы. Долгое время Природа справлялась с теми нарушениями, которые человек вносил в ее деятельность и сохраняла равновесие. В настоящее время деятельность человека стала соизмеримой с силами Природы, и она уже не способна выдерживать напор преобразующей деятельности человека. Это приводит к формированию глобального экологического кризиса, сопровождающегося обострением так называемых глобальных экологических проблем, к которым относятся проблема народонаселения («демографический взрыв»), изменение состава атмосферы и климата, изменение состояния водных систем, истощение природных ресурсов.