Концепции современного естествознания

     Луна также оказывает влияние на географическую оболочку Земли. В основном благодаря гравитационному притяжению воды к Луне происходят приливы и отливы. Луна воздействует и на астеносферу, вызывая приливы в ней на высоту до 0,5 м. Воздействие Луны на астеносферу было значительным в период образования Земли. Тогда Луна была ближе к Земле, и возникали сильные землетрясения и извержения вулканов.

     12.4. Условия, способствующие  возникновению жизни  на Земле.

     Наличие планетарной системы является необходимым условием жизни на Земле, также как и достаточное время устойчивого излучения Солнца. На поверхности звезды из-за высоких температур жизнь невозможна.

     Масса Земли достаточна для удержания вокруг себя с помощью гравитационных сил атмосферы состоящей из азота, кислорода, водорода, углерода и других газов и примесей. По газовому составу древняя атмосфера нашей Земли была совсем иной, чем в настоящее время, и мало отличалась от атмосферы Венеры или Марса, она содержала в основном углекислый газ и водород.

     После появления около 3 млрд. лет назад  первых водорослей и других растений углеводородная атмосфера земли была переработана путем фотосинтеза в современный тип атмосферы, содержащий 78% азота и 21% кислорода. Атмосфера Земли состоит из четырех слоев: тропосферы (0 – 20км), стратосферы (20 – 50 км), мезосферы (50 – 85 км) и термосферы (свыше 85 км). В тропосфере температура воздуха с высотой уменьшается до – 70 ⁰С, в стратосфере она сначала не меняется, а затем растет до 0 ⁰С, в мезосфере температура снова уменьшается до – 100 ⁰С, и, наконец, в термосфере начинается её рост, достигая на высоте 400 км уже 1000 ⁰С. Но так как, на больших высотах атмосфера становится крайне разреженной, поэтому никакой «жары» там нет. Более того, космонавты, выходящие на таких высотах в открытый космос, находятся в условиях «космического холода».

       Удаленность Земли от Солнца является оптимальной, чтобы с одной стороны избежать перегрева атмосферы в результате парникового эффекта (как на Венере), и с другой стороны не заморозить планету до твердого кристаллического состояния.

     Вода на земле является альтернативной формой существования кислорода в связанном виде по сравнению с углекислом газом, распространенном в атмосфере Венеры и Марса. Кроме того, вода является универсальным растворителем многих химических элементов. Она обладает замечательным свойством расширяться при замерзании, в результате в любом водоеме на поверхности Земли лед образуется, начиная с поверхности, а не со дна, что благоприятно сказалось и сказывается на жизни водоплавающих.

     Все это привело к тому, что планета  Земля представляет собой редчайший  случай природной сбалансированности огромного количества природных факторов, приведших в результате длительной эволюции к появлению жизни и разума в нашей части Галактики.

     13. Биосфера. Биологические  концепции

     13.1. Развитие биологических  концепций

     Биология  – совокупность наук о живой природе, об огромном многообразии вымерших и населяющих Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой.

     На  начальном этапе развития биология носила описательный характер и была названа традиционной биологией. Объект ее изучения – живая природа в  ее естественном состоянии и целостности. Значительный вклад в традиционную биологию внесли шведский естествоиспытатель Линней, французский ботаник Адамсон, которые предложили принципы классификации растительного и животного мира, а также другие ученые.

     Традиционная  биология продолжает развиваться и  в настоящее время. Для живой природы постоянное развитие – наиболее важное и характерное свойство. В связи с этим концепция ее развития представляет фундамент, на котором построена эволюционная биология.

     Эволюционная  биология как наука о развитии живой природы начиналась с материалистической теории эволюции, основанной на воззрениях английского естествоиспытателя Чарльза Дарвина. В процессе развития эволюционного учения возникли разные направления, которые базируются на последних достижениях смежных отраслей биологии и естествознания, в том числе и нейтралистская теория эволюции.

     13.2. Концепции происхождения  жизни

     В настоящее время распространены следующие концепции происхождения  жизни:

1. Жизнь создана высшими божественными силами.
2. Жизнь занесена на поверхность Земли из космоса.
3. Жизнь существовала всегда.
4. Жизнь на Земле возникла из неживых элементов путем длительной эволюции.

     Последнюю концепцию предложил академик Опарин, и на ее основе была разработана  теория эволюционного происхождения  жизни. Эта теория была подтверждена экспериментами американских ученых Миллера и Юри, они получили аминокислоты из набора химических элементов, которые были распространены в первичной атмосфере Земли. На космической станции «Мир» были проведены опыты, в результате которых под действием жесткого космического излучения проходило преобразование неорганических молекул в органические.

     13.3. Принципы развития, эволюции и воспроизводства  живых систем

     Отличительной особенностью биологических (живых) систем от физических (неживых) систем является их способность к развитию и самовоспроизведению.

     Способность к развитию – всеобщее свойство живой материи. Эволюция – это процесс непрерывного направленного развития в живой и неживой природе и социуме.

     В биологии эволюция определяется наследственностью, изменчивостью и естественным отбором организмов. Наследственность заключается в способности организмов передавать свои признаки, свойства и особенности развития из поколения в поколение. Она определяется стабильностью, т.е. постоянством строения молекул ДНК. Изменчивость -    способность организмов приобретать новые признаки и свойства, в основе которых лежат изменения биологических матриц. Эта способность обусловлена приспособлением особей к конкретным условиям существования в природных условиях. Под действием естественного отбора устраняются организмы, не приспособленные к условиям существования. Благодаря наследственности, изменчивости и естественному отбору организмы в процессе эволюции накапливают новые приспособительные функции, что в конечном результате ведет к образованию новых видов.

     Основным  принципом воспроизводимости живых  организмов является дискретность, т.е. на любом уровне организации живых  организмов материя представлена элементарными  структурными единицами. Для клетки – это жизненно важные структуры – органоиды. Целостность клетки определяется воспроизведением новых органоидов вместо износившихся. Развитие и существование организмов обуславливается размножением  клеток. Каждая особь данного вида смертна и ее существование поддерживается размножением организмов. Таким образом, дискретность жизни предполагает ее воспроизводство и размножение.

     Соматические  клетки растут и размножаются путем  деления на две дочерние клетки. При делении дочерней клетке передается полный набор хромосом, несущих генетическую информацию. Поэтому перед делением число хромосом в клетке удваивается и каждая дочерняя клетка получает по одному их набору. Такой процесс деления клеток, обеспечивающий тождественное распределение генетического материала между дочерними клетками называется митозом.

     13.4. Биосфера и ее  свойства

     Биосфера – активная оболочка Земли, в которой живые организма, в том числе и человек, и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. В биосферу входят нижние слои атмосферы, гидросфера и верхняя часть литосферы, органически связанные с живым веществом. По Вернадскому живым организмам отводится роль главной преобразующей силы.

     Биосфера  Земли образовалась в результате того, что около 3–3,5 млрд. лет назад вследствие благоприятных условий и закономерной эволюции материи на Земле возникла жизнь. Совокупность всех населяющих планету живых организмов, так называемое, живое вещество Земли, оказало значительное влияние на состав атмосферы, гидросферы и верхней части литосферы.

     Биосфера  – это открытая система. Ее существование  невозможно без поступления энергии  извне. Она обладает способностью поддерживать свои параметры и функции в  определенном диапазоне. Это свойство называется гомеостазом. Важное свойство биосферы – круговорот веществ между живыми организмами.

     13.5. Биологические уровни  организации материи

1. Молекулярный. Любая биосистема, как бы сложно она не была организована, проявляется на уровне функционирования биологических макромолекул – белков, нуклеиновых кислот, аминокислот и др.
2. Клеточный. Клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов, обитающих на Земле. Основными частями клетки зукариот являются мембрана, цитоплазма и  ядро. Мембрана – это специальная оболочка, проницаемая для строго определенных веществ и не пропускающая большинство соединений, создающихся в цитоплазме. Мембрана имеет тонкий наружный слой – гликокаликс, на котором располагаются рецепторы, обуславливающие взаимодействие клеток в тканях и в организме в целом. Благодаря этому обеспечивается защитная функция клетки. Эта функция нарушается при резких колебаниях параметров внешней среды и при стрессах.

     Цитоплазма  управляет процессами обмена веществ  и метаболизмом, синтезом белков и  т.д. В цитоплазме располагаются  разнообразные органеллы – внутриклеточные элементы, окруженными своими мембранами. К органеллам, в частности, относятся митохондрии – мешковидные образования с дыхательными ферментами. В них осуществляется функция энергообразования. В цитоплазме есть и небольшие тельца – рибосомы, состоящие из белка и нуклеиновой кислоты с помощью которых осуществляется синтез белка. Внутриклеточная среда достаточна вязкая, хотя 65 – 85% массы клетки составляет вода.

     Во  всех жизнеспособных клетках, за исключением  бактерий, содержится ядро, а в нем  – хромосомы – длинные нитевидные тельца, состоящие из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и присоединенного к ней белка. Ядро выполняет две главные функции: хранение и воспроизводство генетической информации и регуляция процессов обмена веществ, протекающих в клетках.

3. Тканевой. Ткань представляет собой совокупность одинаковых по строению клеток, объединенных выполняемой общей функцией, например, мышечная ткань.
4. Органный. Орган – это функциональное объединение нескольких типов тканей. например, кожа человека как орган, выполняющий целый ряд функций, основная из которых защита внутренней среды человека от воздействия окружающей среды.
5. Организменный. Многоклеточный организм – это целостная система органов и систем, специализированных на выполнение различных функций. Организм человека содержит 10¹⁵ самых разнообразных клеток.

     В зависимости от типа клеток все организмы делятся на две группы: прокариоты и зукариоты. К прокариотам относятся бактерии, а к зукариотам – все остальные организмы: простейшие, грибы, растения и животные. Зукариоты могут быть одноклеточными и многоклеточными.

6. Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенных общим местом обитания, создает популяцию.
7. Биогеоценотический. Биогеоценоз – совокупность организмов различных видов со всеми факторами среды их обитания.
8. Биосферный. Биосфера – это совокупность всех биогеоценозов; система высшего порядка, охватывающая все явления жизни на Земле.

     13.6. Генетика и эволюция

     Генетика – это наука о наследственности, изменчивости организмов и методах управления ими. Обычно наследственность определяется, как способность родителей передавать свои признаки и особенности развития следующему поколению. Возможности их развития в значительной степени зависит от условий окружающей среды.

     Информация  о наследственности содержится в  гене, который представляет собой участок цепи (ДНК), используемой для кодирования белка определенного вида. Ген отвечает за формирование, какого-либо признака, способен к воспроизведению и расположен в определенном участке хромосомы.

     Совокупность  всех генов одного организма –  генотип. Изменчивость заключается в изменении наследственных зачатков – генов и в изменении их проявления в процессе развития организма.

     Совокупность  всех признаков организма –  фенотип. В ходе процесса эволюции, длящегося миллионы лет, появилось поразительное многообразие форм живого.