- •Основы современного естествознания введение
- •Раздел 1. Тематический план дисциплины
- •Раздел 2.
- •Краткий курс лекций
- •Лекция 1.
- •Естествознание в мировой культуре
- •1. Предмет, задачи, структура курса «Основы современного естествознания».
- •2. Естествознание в системе форм общественного сознания.
- •3. Философия, математика, гуманитарные и естественные науки и их объекты
- •4. Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Специфика и взаимосвязь естественнонаучного и гуманитарного типов культур
- •5. Проблема постнеклассического межкультурного диалога естественных и гуманитарных наук
- •Лекция 2. Особенности физического описания реальности Современные представления о движении, пространстве и времени.
- •1. Идеальные образы объектов реального мира (твердое тело, материальная точка, частица, вакуум, среда, поле, вихрь, волна)
- •2. Физические характеристики идеальных объектов и представление о способах их описания ( масса; заряды и их действие на расстоянии; заряды как источники полей; «свободные» поля, суперпозиция полей)
- •3. Единицы физических величин
- •Лекция 3. Современные представления о движении, пространстве и времени
- •1. Движение и его виды. Относительность движения
- •2. Законы сохранения и их роль в формировании научной картины мира (законы сохранения энергии, импульса и момента импульса)
- •3. Пространство и время как основные свойства материи
- •Лекция 4. Понятие теплоты и термодинамический способ описания действительности
- •1. Термодинамические системы и их макроскопические храктеристики
- •2. Теплота и механическая работа (закон сохранения энергии)
- •3. Обратимые и необратимые процессы. Равновесное состояние и флуктуации. Закон возрастания энтропии
- •4. Неравновесные системы и их характеристики
- •Реакция Белоусова-Жаботинского
- •5. Бифуркации и аттракторы. Спонтанная самоорганизация в природе и обществе
- •Лекция 5. Квантовые представления о строении вещества и физическая Вселенная
- •1. Квантовые представления о строении вещества (фотоэффект и эффект Комптона, опыты по дифракции электронов и фотонов).
- •2. Современные представления о строении атома (волновые свойства атомов и молекул; лазерное излучение)
- •3. Соотношение неопределенностей и квантово-волновой дуализм
- •4. Представление об элементарных частицах и их взаимодействии. Ядерные взаимодействия. Атомная и термоядерная энергетика
- •5. Квантовая инженерия в наномире
- •Лекция 6. Элементарные частицы и физический эксперимент
- •1. Современные ускорители
- •2. Рождение и аннигиляция элементарных частиц
- •3. Виды взаимодействий элементарных частиц
- •4. Теория кварков
- •Лекция 7. Элементы современной космологии (физическая Вселенная)
- •1. Космические объекты и методы их исследования
- •2. Солнечная система в мире галактик
- •3. Модель Большого взрыва
- •4. Звезды и их эволюция
- •5. Земля в свете антропного принципа
- •Геохронологическая и стратиграфическая шкалы
- •Географическая оболочка Земли
- •Лекция 8. Система современного химического знания
- •1. Химия как наука, современная химическая картина мира (структурные уровни организации материи с точки зрения химии).
- •2. Основные понятия и законы химии (периодический закон и его значение)
- •3. Классификация химических веществ
- •§ 2. Теория строения органических соединений
- •§ 3. Классификация органических соединений
- •§ 4. Высокомолекулярные соединения (полимеры)
- •4. Теория химического строения вещества. Взаимосвязь между строением, свойствами и реакционной способностью вещества
- •Лекция 9. Растворы. Химическая идентификация
- •1. Растворы и их особенности
- •2. Химическая идентификация
- •3. Химические процессы (реакции)
- •4. Химия экстремальных состояний
- •Лекция 10. Современная химия: экономический и социальный аспекты
- •1. Масштабы современного химического производства
- •2. Проблемы сырьевых ресурсов и химия
- •Металлы и их коррозия
- •3. Химические процессы и материалы (традиционные материалы - дерево, стекло, керамика; применение металлов и сплавов, силикатных материалов, полимеров, биологически активных веществ)
- •6.11. Традиционные материалы с новыми свойствами
- •Синтетические материалы.
- •4. Материалы для создания носителей информации. Химия и нанотехнологии
- •5. Химико-энергетические процессы в природе и технике (альтернативные виды топлива, «зеленая химия»)
- •Аккумуляторы для сотовых телефонов. Эффект памяти
- •А теперь подведем итоги.
- •Лекция 11. Роль химии в современном обществе
- •1. Экологические и социальные аспекты химии
- •2. Проблема переработки вторичных ресурсов
- •3. Химия и окружающая среда
- •4. Защита биосферы от химических загрязнений
- •5. Роль химии в решении проблем устойчивого развития цивилизации
- •Лекция 12. Особенности современного биологического знания и его эволюция
- •1. Биология как наука и особенности биологического познания мира
- •2. Фундаментальные и частные биологические теории
- •3. Традиционный, физико-химический, эволюционный и биоинженерный периоды развития биологии. Основные достижения биологии в эти периоды
- •4. Генетическая революция в биологии
- •5. Синергетическая теория эволюции (глобальная эволюция)
- •6. Этические проблемы современной биологии
- •Лекция 13. Современные концепции происхождения и сущности жизни
- •1. Феномен жизни и его исследование
- •2. Отличительные особенности живой и неживой материи
- •3. Основные концепции происхождения жизни
- •5. Идея трансформации биосферы в ноосферу и глобальный эволюционизм
- •Лекция 14. Концепция структурных уровней организации живой материи
- •1. Уровни организации живой природы: молекулярно-генетический, онтогенетический, надорганизменный (популяционно-видовой), популяционно-биоценотический (биогеоценотический)
- •2. Биосферный уровень организации живой материи
- •3. В.И. Вернадский о роли «живого вещества»
- •4. Материальные основы появления жизни на Земле
- •Концепция происхождения живого по гипотезе Опарина-Холдейна
- •5. Возникновение и роль многоклеточных организмов в формировании биосферы Земли Лекция 15. Человек, его место и роль в едином социоприродном комплексе
- •1. Человек как единство биологического, социального и духовного. Генезис человека
- •2. Факторы, закономерности и этапы антропосоциогенеза
- •3. Культура как фактор регуляции (агрессии) человека
- •4. Социобиология и проблема геннокультурной коэволюции
- •5. Биологические предпосылки возникновения социальности человека. Роль социальных факторов в становлении человека
- •4. Перспективы исследования космобиосоциальной сущности человека в современной биологии
- •Биокатализ
- •Генные технологии
- •8 8. Проблемы клонирования
- •2. Достижения и возможные негативные последствия биотехнологий
- •3. Поиск путей развития общества, сохраняющих целостность природы Глава 11 гармония трудовой деятельности людей и природы
- •11.1. Обновление энергосистем
- •11.2. Промышленность, автотранспорт и окружающая среда
- •11.3. Города и природа
- •11.4. Решение проблем утилизации
- •11.5. Перспективные материалы, технологии и окружающая среда
- •4. Ресурсы биосферы и демографические проблемы
- •Лекция 17. Социальное измерение современного естествознания
- •1. Роль научного знания на современном этапе развития общества
- •2. Нелинейное освоение культурой результатов научной деятельности
- •3. Наука и сми
- •5.4. Экологические проблемы сегодня
- •4. Естествознание как основа современных технологий
- •5. Проблема моделирования социокультурных явлений
- •Раздел 3.
- •Семинар 2 . Взаимодействие естественнонаучного и гуманитарного знания
- •Семинар 4. Концепции термодинамики
- •Семинар 5 . Квантовые представления о строении вещества и физическая Вселенная
- •Семинар 6 . Элементарные частицы и физический эксперимент
- •Семинар 7 . Элементы современной космологии (физическая вселенная)
- •Раздел 2. Химия в контексте устойчивого развития общества Семинар 8. Система современного химического знания
- •Семинар 9 . Растворы. Химическая идентификация
- •Семинар 10. Современная химия: экономический и социальный аспекты
- •Семинар 11. Роль химии в современном обществе
- •Раздел 3. Специфика, структура и проблемное поле современного биологического познания Семинар 12 . Особенности современного биологического знания и его эволюции
- •Семинар 13 . Современные концепции происхождения и сущности жизни
- •Семинар 14. Концепция структурных уровней организации живой материи
- •Семинар 15. Человек, его место и роль в едином социоприродном комплексе
- •Семинар 16 . Социальный аспект биологического познания
- •Заключение. Социальное измерение современного естествознания Семинар 17. Перспективы развития естествознания и гуманитарных наук в 21 веке
- •3.2. Перечень вопросов к экзамену (зачету)
- •3.3. Учебно-методические материалы по дисциплине
Лекция 13. Современные концепции происхождения и сущности жизни
Вопросы:
1. Феномен жизни и его исследование.
2. Отличительные особенности живой и неживой материи.
Структурные уровни организации живой материи.
3. Основные концепции происхождения жизн.
4. Современные трактовки эволюционной теории (концепции номогенеза, Геи-Земли, коэволюции природы и общества).
5. Идея трансформации биосферы в ноосферу и глобальный эволюционизм.
Базовые понятия: жизнь, живая материя, номогенез, коэволюция, Гея-Земля, биосфера, ноосфера.
1. Феномен жизни и его исследование
В широком плане под системой понимают (от греческого systema – целое, состоящее из частей) совокупность взаимосвязанных элементов. Различают живые и неживые системы. Живые системы относятся к биологическим и характеризуются рядом отличительных особенностей:
- обмен веществ;
- обмен энергией;
- обмен информацией.
Живые системы взаимодействуют со средой и являются в следствие этого открытыми системами.
Другой ряд особенностей связан с организацией живых систем:
- способность к самовоспроизводству;
- саморегуляция и самовосстановление;
- строгая пространственно-временная организация;
- единство структурно-функциональных связей между частями системы.
К живым системам относятся клетки, ткани, органы, системы органов, организмы, популяции организмов, экологические системы, биосфера в целом.
Проблема сущности жизни, ее особенностей как явления природы является ведущим вопросом биологии. История этого вопроса своими корнями уходит в античные времена. Определение жизни как феномена пытались дать ученые разных эпох и разных научных направлений. Все эти понятия были ограниченными из-за отсутствия необходимых научных данных.
Развитие молекулярной биологии в XX и начале XXI веков привело к пониманию сущности жизни на новом уровне. В этот период более четко определены свойства живой материи, дана классификация уровней организации жизни.
В настоящее время в понимании сущности жизни используется методологический подход, согласно которому жизнь – это процесс, конечным результатом которого является самообновление и самовоспроизведение. Все живое возникает только из живого, а любая организация присущая живому, возникает на основе другой подобной организации.
Таким образом, с очки зрения естествознания сущность жизни как феномена заключается в ее самовоспроизведении, которое основано на кооперации физических и химических явлений с использованием биологического (генетического) механизма передачи информации от поколения к поколению.
Жизнь – это качественно уникальная форма существования материи, связанная с самовоспроизведением. Жизнь одновременно является формой движения материи, обладающей высшим уровнем организации по сравнению с механической, физической, химической и другими формами его существования.
Живая материя состоит из тех же химических элементов, что и неживая. В основном это углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера, натрий, калий, кальций и некоторые другие. В основной структуре живой материи – клетке эти химические элементы представлены в виде сложных органических соединений.
Организация и формы существования живого имеют свои отличительные особенности. В качестве субстрата жизни современная биология рассматривает нуклеиновые кислоты двух типов (ДНК и РНК) и белки. Нуклеиновые кислоты – это сложные химические соединения, содержащие углерод, кислород, водород, азот и фосфор. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) является генетическим материалом клеток и определяет химическую специфичность генов. ДНК отвечает за синтез белка, в котором принимает участие рибонуклеиновая кислота (РНК).
Белки (протеины от греческого protos) – это сложные химические соединения, содержащие углерод, водород, азот и кислород. Белки являются макромолекулами и представляют собой линейные полимеры, мономерами в которых служат аминокислоты. Мономолекула аминокислоты содержит аминогруппу (NH2), карбоксильную группу (COOH), атома водорода и R– группы. Возникающие между аминокислотами связи называют пептидными, а несколько соединенных вместе аминокислот называют полипептидом или белком. Белок может состоять из одной или нескольких полипептидных цепей аминокислот. Полипептидные цепи имеют неразветвленную структуру, а молекула белка может быть представлена в виде длиной цепи аминокислот с определенной ассиметрией. С точки зрения ассиметричности различают L и D – аминокислоты. В состав клеточных белков входят только L- аминокислоты, которых известно 20. Предполагается, что L –аминокислоты существуют более 2 млрд. лет Пептиды в организме человека и животных встречаются не только в виде белков, но и в свободных соединениях, не связанных с белками. Такими соединениями являются некоторые гормоны, например, инсулин и глюкагон.
Молекулы белков могут иметь значительные размеры, что обусловлено способностью аминокислот объединяться в полипептидных цепях в различном порядке и количестве.
Каждая клетка живого организма содержит сотни различных белков, причем каждой определенного типа присущи белки специфической структуры.
Объединенные вместе нуклеиновые кислоты и белки образуют нуклеотиды, которые входят в состав ядер и цитоплазмы клетки животных т растений. Именно нуклеотиды можно назвать тонкими субстратами жизни. Нуклеотиды являются основой хроматина (хромосом) и рибосом. В настоящее время экспериментально нуклеотиды обнаружены в различных типах животных организмов от клетки человека до вируса.
Жизнь – это функция взаимодействия нуклеиновых кислот и белков. Живой называют материю, содержащую самовоспроизводящую молекулярную систему.
В отличие от живого понятие «мертвое» означает совокупность некогда существовавших организмов, утративших способность синтеза нуклеиновых кислот и беклов. Например, из остонков живших когда-то организмов могут образовываться известняк или нефть, которые можно называть мертвыми веществами.
Необходимо различать ту часть материального мира, которая имеет абиотическое происхождение и ничем не связана в своем образовании с живыми организмами. Живая материя способна поддерживать свою структурную организацию только за счет притока вещества и энергии извне. Неживая материя поддерживает свою структуру без потребления внешней энергии сколь угодно долго.