Тема 4. Химические уровни организации материи.

Поиск

 

Найти

Закладки

Карта успехов

 

Тема 5. Особенности биологического уровня

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

Предмет биологии, её структура и этапы развития

Первые попытки познания живой природы сделаны в древней Греции врачами Гиппократом и Галеном.

На начальном этапе развития биология носила описательный характер, и позднее она была названа традиционной биологией.

Структура биологии:

1. По объектам исследования:

1. вирусология;

2. бактериология;

3. ботаника;

4. зоология;

5. антропология.

1. По свойствам проявления живого:

1. морфология – наука о строении живых организмов;

2. физиология – наука о функционировании организмов;

3. молекулярная биология – изучает микроструктуру живых тканей и клеток;

4. экология – рассматривает жизнь во взаимодействии с окружающей средой;

5. генетика – исследует законы наследственности и изменчивости.

1. По уровню организации исследуемых живых объектов:

1. анатомия – изучает макроскопическое строение животных;

2. гистология – изучает строение тканей;

3. цитология — исследует строение живых клеток.

В настоящее время биологией изучено:

1. 1 миллион животных;

2. 500 тысяч растений;

3. несколько сот тысяч грибов;

4. 3 тысячи видов бактерий.

Этапы развития биологии:

1. систематизации (К. Линней);

2. эволюции (Ч. Дарвин);

3. биологии микромира (Грегор Мендель).

Каждый этап связан с изменением представлений о мире живого.

Сущность живого, его основные признаки

Вопрос: «Что считать живым, а что мёртвым? »

Определение Ф. Энгельса: «жизнь — это способ существования белковых тел, с обязательным обменом веществом с окружающей природой». Пример мышь –свеча.

В настоящее время биологи описывают живое путём перечисления его основных характерных свойств:

1. сложная структура;

2. получает энергии из окружающего мира;

3. реагирует на внешние раздражители;

4. меняется и усложняется;

5. всё живое размножается;

6. передаёт заложенную в нём информацию для жизни потомству;

7. приспосабливается к среде обитания.

Живым считается только та материя, которая обладает всей совокупностью перечисленных свойств.

Все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются. Однако, отличительной чертой живых организмов от неживой природы является их наследственность и изменчивость

Жизнь есть форма существования сложных, открытых систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению.

Главный критерий жизни – способность живых организмов сохранять и передавать информацию.

Структурные уровни организации материи

Все объекты живой и не живой природы можно представить в виде определённых систем, обладающих конкретными свойствами, характеризующими их уровень организации.

Концепция структурных уровней организации материи впервые была предложена в двадцатых годах нашего столетия.

Структурные уровни различаются не только по классам сложности, но и по закономерностям функционирования. Концепция включает иерархию структурных уровней, в которой каждый последующий уровень входит в предыдущий, образуя единое целое.

Структурные уровни живой материи:

1. Биосфера – вся совокупность живых организмов Земли;

2. Биогеоценозы – участки Земли с определённым составом живых и неживых компонентов.

3. Единый природный комплекс – экосистема;

4. Виды – популяции. Это свободно скрещивающиеся особи одного вида;

5. Органы – ткани. Признаки особей, их строение, строение органов и тканей;

6. Клетки. Специализация клеток и внутриклеточные включения;

7. Молекулы. Предмет молекулярной биологии.

Данной структуре соответствуют следующие уровни:

1. Общество;

2. Племя;

3. Род;

4. Семейно-стадные группы;

5. Многоклеточные организмы;

6. Клетки как организмы;

7. Комплексы полимеров;

8. Молекулы;

9. Атомы.

Разделение живой материи на уровни является условным.

Клетка как: первоисточник живого, её строение и функционирование

Клетка является мельчайшей системой обладающей, всем комплексом свойств живого, в том числе и генетической информации.

Основное положение клеточной теории состоит в утверждении, что все растительные и живые организмы состоят из клеток, сходных по своему строению. Это подтверждает единство происхождения и развития всего живого.

Клетки могут существовать как одноклеточные организмы (амёбы), а также в составе многоклеточных организмов.

Размер клетки от одной тысячной сантиметра до 10 сантиметров.

Клетки образуют ткани (нервная, мышечная), а несколько типов тканей образуют органы (сердце, лёгкие). Группа органов, решающих общую задачу, образует системуорганизма.

Клетка имеет ядро и оболочку, через которую она обменивается с внешним миром веществом, энергией и информацией. Это свойство называют метаболизмом клеток.

Существуют клетки, у которых отсутствует ядро — прокариоты, а также бесклеточные организмы – вирусы.

Управление внутриклеточным обменом находится в особых структурах, в ядре клетки, в длинных цепях молекул нуклеиновых кислот ДНК и РНК, исходной структурой которых является ген.

Ген обеспечивает метаболические и наследственные функции клетки и всего организма в целом. Открытие генов позволило вмешиваться в свойства живой клетки, управлять механизмом наследственности и практически решать задачи клонирования.

Концепции эволюционной биологии

Для живой природы постоянное развитие является важным и характерным свойством. На этом фундаменте и построенаэволюционная биология.

Эволюционная биология как наука о развитии живой природы начиналась с теории эволюции органического мира Земли, основанной Ч. Дарвином.

Эволюция, по Дарвину, осуществляется в результате, взаимодействия трёх основных факторов:

1. Изменчивости;

2. Наследственности;

1. Естественного отбора.

Изменчивость служит для образования новых признаков и особенностей организмов.

Наследственность – закрепляет эти признаки.

Естественный отбор устраняет организмы, не приспособленные к условиям существования.

Эти факторы подтверждаются в следующих наблюдениях:

1. В любой популяции животных наблюдается изменчивость её особей.

2. Некоторые из этих изменений имеют генетическую основу, то есть, получены при рождении от родителей, а другие являются результатом приспособления к окружающей среде и приобретены в течение жизни.

3. Рождается значительно большее число организмов, чем доживает до размножения. Выживают организмы, обладающие сочетанием генов, повышающих вероятность их выживания.

Благодаря наследственной изменчивости и непрерывному действию естественного отбора организмы в процессе эволюции накапливают новые приспособительные функции, что ведёт к образованию новых видов.

Дарвин установил движущие силы эволюции органического мира, объяснил процесс развития и становления биологических видов.

В эволюционной биологии принцип естественного отбора остаётся основополагающим и в настоящее время.

Предмет генетика

Генетика – это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методов управления ими.

Генетика является научной основой для разработки практических методов селекции, то есть создания новых пород животных, видов растений, культур микроорганизмов с нужными человеку признаками.

Ген – это элементарная единица наследственности.

По своему уровню ген – внутриклеточная молекулярная структура.

По химическому составу ген – это нуклеиновые кислоты, в основе которых азот и фосфор.

Гены, как правило, располагаются в ядрах клеток.

В основу генетики легли закономерности наследственности, обнаруженные Грегором Менделем.

Направления исследования генетики:

1. изучение молекул нуклеиновых кислот;

2. исследование механизмов и закономерностей передачи генетической информацией от поколения к поколению;

3. изучение механизмов реализации генетической информации в
конкретные признаки и свойства организма;

4. выяснение причин и механизмов изменения генетической информации.

Гены способны изменяться мутировать в результате воздействия окружающей среды. В результате может появиться организм нового вида – мутант.

Одним из наиболее опасных видов мутагенов являютсявирусы. Они проникают в живую клетку и используют её органические вещества и энергию. Сами вирусы не могут синтезировать белок.

У человека вирусы вызывают различные заболевания, включая СПИД. В настоящее время задача по очистке клетки от чужеродной вирусной информации не решена.

Биоэтика

Под биологической этикой понимается применение понятий и норм общечеловеческой морали, в которых осмысливаются проблемы добра и зла, совести и долга, к сфере экспериментальной и теоретической & #0; ехтельности в биологии.

В процессе развития биологии возникли проблемы, требующие этического осмысления. Это угроза уничтожения всего живого на Земле, проблема использования человеком «права на смерть», проблема клонирования.

Основные принципы биоэтики:

1. принцип единства жизни и этики;

2. принцип «благоговения перед жизнью», то есть признание жизни в качестве высшей этической ценности;

3. принцип гармонизации системы «человек – биосфера», то есть налаживания взаимоотношений между человеком и природой.

На основе этих принципов в будущем будут созданы нормы биоэтики.

Биохимическая эволюция

Сведениями о распространении жизни во вселенной и о возможных её формах наука не располагает.

Может ли жизнь на Земле быть для Вселенной случайным событием? Современная наука считает, что нет по двум причинам:

1. Высочайшая степень упорядоченности и саморегулирования жизни не могли возникнуть из-за случайных стечений обстоятельств.

2. Признаётся, что развитие природы носит направленный характер, выражающийся в нарастании со временем сложности упорядоченности вещества и его структур во Вселенной.

Жизнь – самая высокая форма упорядоченности вещества, которая может возникнуть только по достижении Вселенной определённой стадии эволюции.

В.И. Вернадский утверждал, что переход на Земле от «неживого» вещества к простейшей жизни произошёл на ранней стадии её развития и занял около 200 миллионов лет.

Возраст Земли 4, 6 миллиарда лет. Первые водоёмы появились 3, 8 миллиарда лет назад, их температура была не более 58 градусов. Следы обнаруженных древнейших организмов имеют возраст 3, 2 миллиарда лет. Это минерализовавшиеся ниточные и округлые микроорганизмы. Они напоминают простейшие бактерии и микроводоросли. Организмы имели внутренние структуры, в них присутствовали химические элементы, соединения которых способны осуществлять фотосинтез.

Эти организмы бесконечно сложны по сравнению с самыми сложными из органических соединений неживого (абиогенного) происхождения. Очевидно, что это не самые ранние формы жизни.

Истоки жизни уходят в первый миллиард лет существования Земли как планеты, который не оставил следов в геологической истории. Именно тогда на Земле имели место условия для возникновения биосферы. С тех пор живое вещество порождается только живым.

Одним из предполагаемых условий для возникновения жизни была восстановительная атмосфера Земли. Кислород в ней практически отсутствовал. Зародившаяся жизнь постепенно насыщала атмосферу кислородом, выделявшемся в процессе фотосинтеза.

Критерием перехода атмосферы от восстановительной к окислительной считается достижение в ней концентрации кислорода на уровне 0, 01 от современного значения (22%). Это точка Пастера, когда организмы могут перейти от процессов брожения к процессам дыхания. Земля перешла этот рубеж 2, 5 миллиарда лет назад. Затем за 200 миллионов лет концентрация & #0; еслорода в атмосфере достигла современного значения.

В настоящее время наука ещё далека от решения загадки зарождения жизни. Сегодня продолжаются споры о материальной сущности жизни:

является ли она просто упорядоченным состоянием химических элементов или существуют пока неоткрытые элементарные «частицы жизни», переводящие на определённом уровне концентрации химическое вещество из неживого в живое состояние?

Доказательств того или иного не существует, выбор позиции определяется внутренними убеждениями каждого человека.

Особенность познания нового состоит в том, что при столкновении с необычным явлением, у исследователя возникает соблазн пойти по лёгкому пути объяснения. Непонятное объяснить новым непонятным, введя новую сущность (принцип Оккама). На время создаётся иллюзия, что всё понятно, но это бесперспективный путь.

В настоящее время, возможности объяснить сложность и устойчивость живой материи на базе физико-химических представлений, не исчерпаны.

Этапы предположительного перехода от «неживого» к «живому»:

этап синтеза исходных органических соединений из неорганических веществ в условиях первичной атмосферы Земли;

этап формирования в водоёмах Земли биополимеров и углеводородов из органических соединений;

самоорганизация сложных органических соединений, эволюционное совершенствование процессов обмена веществом и воспроизводства органических структур, завершающееся образованием клетки.

Свойства живого вещества:

всеобщность – способность быстро занимать все свободное пространство;

активноcть – способность двигаться против действия внешних сил;

самодостаточность – устойчивое существование при жизни;

редуцентность – быстрое разложение после смерти;

адаптируемость – высокая степень адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды;

реактивность – высокая скорость протекания химических реакций;

обновляемость – высокая скорость обновления живого вещества.

Функции живого вещества:

энергетическая – энерговыделение и потребление

газовая – газовыделение и потребление

окислительно-восстановительная – окисление-восстановление веществ

концентрационная – концентрация веществ

деструктивная – разложение сложных веществ

транспортная – перенос веществ

средообразующая – образование веществ окружающей среды

рассеивающая – рассеивание веществ

информационная – прием, сохранение, переработка, передача информации

Гипотезы о происхождении жизни на Земле можно разделить на 2 группы: абиогенные и биогенные гипотезы. Сторонники абиогенных гипотез, например, Аристотель, допускают возникновение живых организмов из неорганического вещества. По мнению этих ученых для этого необходимы лишь особые условия, при которых происходят качественные преобразования неживой природы в живую. Также в пользу сторонников абиогенных гипотез свидетельствует то что по составу живое и неживое вещество состоит из одних и тех же химических элементов; кроме того в неживой природе известны случаи самоорганизации элементов систем, также впечатляют успехи органической химии при решении проблем синтеза полимеров. Однако экспериментальных доказательств реальных условий возникновения живого вещества из неорганических веществ в настоящее время не существует.

Другая группа ученых, например Александр Иванович Опарин, являясь сторонниками биогенных гипотез происхождения жизни на Земле, полагают, что уже первичный «бульон», в котором зародилась жизнь, содержал органические соединения как питательную среду для дальнейшего развития.

Сторонники биогенных гипотез исповедуют принцип флорентийского врача Ф. Реди, который был известен еще в ХУII веке и означает, что « все живое возникает из живого ».

Тема 6. Биосфера и ноосфера

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: