2. Электромагнитные силы могут быть как силами притяжения, так и силами отталкивания. А гравитационные – только притяжения.

3. Переносчиками электромагнитного взаимодействия являются фотоны. Они существуют реально. А переносчиком гравитационного взаимодействия является гипотетическая частица гравитон. Она до сих пор не открыта.

4. Оба поля дальнодействующие, но электромагнитное взаи­модействие проявляется в микро-, макро- и мегамире, а гравитационное в микромире практически не играет роли.

5.10. Как описывается состояние микрочастицы в квантовой физике? Каково отличие в описании состояния в классической и квантовой механике? При электрическом разряде в трубке, наполненной криптоном , излучаются световые кванты, соответствующие разности энергий двух состояний атомаE₂ - E₁ = 3,27810^-19 Дж. Найдите длину волны этого излучения, служащего эталоном единицы длины.

При одном описании или наблюдении за поведением микро­частицы удобнее представлять ее волной, а при другом — части­цей. Единая картина синтезирует эти описания. После доказатель­ства волновых свойств электрона и «полного успеха» корпускулярно-волнового дуализма вещества необходимо было подвести теорию к объяснению явлений. Идея о волновых свойствах эле­ктронов оказалась очень плодотворной. Для создания механики микрочастиц нужно было сформулировать ее основной закон (в классической науке таков закон динамики Ньютона). Для макро­объектов длина волны де Бройля, равная h/mv мала, и их движе­ния можно описать законами классической механики как волно­вые процессы, характеризующиеся волновой функцией т. Но когда длиной волны де Бройля нельзя пренебречь, закон движения микрообъектов должен быть аналогичен волновому уравнению в оптике: ∆Ψ + (ω)²/v²)Ψ = 0. Австрийский физик Э. Шредингер, опи­раясь на аналогию оптико-лучевого и оптико-волнового описа­ний, обобщил гипотезу де Бройля для случая, когда электрон движется не в свободном пространстве, а во внешнем поле. Анг­лийский математик У. Гамильтон, ранее выразивший идею об оп­тико-механической аналогии, показал, что задачу классической механики можно формально записать как задачу геометрической оптики. Тогда в приведенном выше уравнении для фазы вместо о) надо поставить циклическую частоту волн де Бройля (2πE/h), a вместо скорости v — скорость распространения поверхности рав­ного действия Е/[2m(Е- U)]^1/2. Тогда уравнение для частицы при­мет вид: ∆Ψ + (8π²m² /h²)(Е - U)Ψ = 0.

Здесь введен ∆Ψ = ∂²Ψ\∂х² + ∂²Ψ\∂y² + ∂²Ψ\∂z² — оператор Лап­ласа; (Е - U) — функция координат и времени, которая характе­ризует силовое поле, в котором движется микрочастица.

Верную трактовку смысла волновой функции дал М.Борн в 1926 г. Обратившись к работам Эйнштейна по теории фотонов и проанализировав задачу о рассеянии частиц, он подошел к созда­нию формализма квантовой механики с позиции статистических методов. Он показал, что интенсивность f-волн есть мера вероят­ности положения частицы в определенном месте.

Квадрат модуля Ψ-функции определяет вероятность dW-того, что частица будет обнаружена в объеме dV: dW = │Ψ₁│²dV = Ψ₁^*Ψ₁dV, при этом полная вероятность обнаружения частицы во всем объеме, определяемая интегралом по объему, должна рав­няться (как достоверного события) единице: ∫_vdW = 1. Значит, квантовая механика носит статистический характер. Она позволяет най­ти лишь вероятность того, что координаты лежат внутри опреде­ленного интервала, Ψ -функция позволяет только предсказать веро­ятность обнаружения частицы в различных точках пространства.

Итак, микропроцессам свойственны не динамические, а ста­тистические закономерности, тем самым в области микромира причинность реализуется через многообразие случайностей и харак­тер причинной связи в микромире отличается от детерминизма классической науки. Классическая наука, стремясь к объективно­сти законов, фактически игнорировала случайность. В ней фигу­рировали только средние данные, но в реальных процессах всегда происходят случайные флуктуации (отклонения от средних), ко­торыми можно пренебречь лишь в некоторых ситуациях. Динами­ческие теории не могут описывать явления с большими флуктуациями, связь со случайностью сглажена, огрублена. Поэтому ста­тистические законы глубже, чем динамические, а вероятностная причинность оказывается глубже, чем динамическая.

Задача

При электрическом разряде в трубке, наполненной криптоном , излучаются световые кванты, соответствующие разности энергий двух состояний атомаE₂ - E₁ = 3,27810^-19 Дж. Найдите длину волны этого излучения, служащего эталоном единицы длины.

Энергия кванта пропорциональна частоте колебаний:

Е = h·ν,

h= 6,626·10^-34 Дж·с — постоянная Планка;

с = 3·10⁸м/с.

В нашем случае Е = E₂-E₁.

Длина волны для световых квантов определяется:

λ = с/ν.

Преобразуем формулу для энергии и выразим λ:

λ = h·с/Е = 6,626·10^-34·3·10⁸/3,27810^-19= 6,064·10^-7м.

6.10. Чем отличается живое от неживого? Оцените значение открытий Пастера. В чем сходства и различия растений и животных? Каковы методы генной инженерии и чем отличаются ее возможности от возможностей классической селекции?

Первые живые существа появились на нашей планете около 3 млрд. лет назад. От этих ранних форм возникло бесчисленное множество видов живых организмов, которые, появившись, процветали в течение более или менее продолжительного времени, а затем вымирали.

Интуитивно мы все понимаем, что есть  живое   и  что – мертвое. Однако при попытке определить сущность  живого  возникают трудности. Так, один из авторов предложил следующее «глубокомысленное» определение:  живой  организм – это тело, слагаемое из  живых  объектов;  неживое  тело – слагаемое из  неживых  объектов. Но кроме подобных, явно бессодержательных определений, представляющих собой, по сути, тавтологию, имеют  и  другие, более содержательные. Однако и они на поверку оказываются неполными и потому уязвимыми.

Широко известно, например, определение, данное Ф.Энгельсом, что жизнь – это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. И все же  живая  мышь и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае – в результате дыхания, а в другом – в процессе горения. Этот простой пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и мертвые объекты. Таким образом, обмен веществ является хотя и необходимым, но недостаточным критерием определения жизни, впрочем, как и наличие белков.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что дать точное определение жизни весьма непросто.  

К важным свойствам живых систем относятся: __

1. Компактность. В 5 • 10^-15 г ДНК, содержащейся в оплодотворен­ной яйцеклетке кита, заключена информация для подавляющего боль­шинства признаков животного, которое весит 5 • 10⁷ г (масса возраста­ет на 22 порядка).

2. Способность создавать порядок из хаотического теплового дви­жения молекул и тем самым противодействовать возрастанию энтро­пии. Живое потребляет отрицательную энтропию и работает против теплового равновесия, увеличивая, однако, энтропию окружающей среды. Чем более сложно устроено живое вещество, тем более в нем скрытой энергии и энтропии.

3. Обмен с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Живое способно ассимилировать полученные извне вещества, т.е. перестраивать их, уподобляя собственным материальным структурам и за счет этого многократно воспроизводить их.

4. В метаболических функциях большую роль играют петли обрат­ной связи, образующиеся при автокаталитических реакциях. «В то вре­мя как в неорганическом мире обратная связь между «следствиями» (конечными продуктами) нелинейных реакций и породившими их «причинами» встречается сравнительно редко, в живых системах обратная связь (как установлено молекулярной биологией), напротив, является скорее правилом, чем исключением» (Пригожий И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. М., 1986. С. 209). Автокатализ, кросскатализ и автоингибиция (процесс, противоположный катализу, — если присут­ствует данное вещество, оно не образуется в ходе реакции) существу­ют в живых системах. Для создания новых структур нужна положи­тельная обратная связь, для устойчивого существования — отрицательная обратная связь.

5. Жизнь качественно превосходит другие формы существования материи в плане многообразия и сложности химических компонентов и динамики протекающих в живом превращений. Живые системы харак­теризуются более высоким уровнем упорядоченности и асимметрии в пространстве и во времени. Структурная компактность и энергетичес­кая экономичность живого — результат высочайшей упорядоченности на молекулярном уровне.

6. В самоорганизации неживых систем молекулы просты, а меха­низмы реакций сложны; в самоорганизации живых систем, напротив, схемы реакций просты, а молекулы сложны.

7. У живых систем есть прошлое. У неживых его нет.

8. Жизнь организма зависит от двух факторов — наследственнос­ти, определяемой генетическим аппаратом, и изменчивости, зависящей от условий окружающей среды и реакции на них индивида. Интерес­но, что сейчас жизнь на Земле не могла бы возникнуть из-за кислород­ной атмосферы и противодействия других организмов. Раз зародив­шись, жизнь находится в процессе постоянной эволюции.

9. Способность к избыточному самовоспроизводству. «Прогрессия размножения столь высокая, что она ведет к борьбе за жизнь и ее по­следствию — естественному отбору» (Дарвин Ч. Соч. М.; Л., 1939. Т. 3. С. 666).

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, не размножаются. [3]

Луи Пастер кипятил в колбе с s-образным гор­лышком питательную среду, в кото­рой могли развиваться микроорга­низмы. Открытое горлышко не мешало доступу в колбу мифической «жизненной силе», однако благодаря изгибам горлышка споры микроорга­низмов оседали в нем и не могли проникнуть в питательную среду. Раствор в колбе долгое время оста­вался стерильным. Лишь когда гор­лышко сломали, хлынувшие внутрь микробы вызвали помутнение раство­ра. Своим гениально простым экспериментом Л. Пастер нанес сокрушительный удар вита­лизму и поддержал теорию биогенеза, согласно которой все живое происхо­дит только от живого.

Наиболее распро­страненным методом генной инжене­рии является метод получения рекомбинантных, т. е. содержащих чу­жеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двух­цепочечные молекулы ДНК, состоя­щие из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Каждая бактерия помимо основной, не покидающей клетку молекулы ДНК (5·10⁶ пар нуклеотидов), может содержать несколько различных плазмид, которыми она обменивается с другими бактериями. Плазмиды являются автономными генетическими элементами, реплицирующимися (т. е. размножающими­ся) в бактериальной клетке не в то же время, что основная молекула ДНК. Хотя на долю плазмид приходится лишь небольшая часть клеточной ДНК, именно они несут такие жизнен­но важные для, бактерии гены, как гены лекарственной устойчивости. Разные плазмиды содержат разные гены устойчивости к антибактериаль­ным препаратам.

Большая часть таких препаратов - антибиотиков используется в качестве лекарств при лечении ряда заболеваний человека и домашних животных. Бактерия, имеющая раз­ные плазмиды, приобретает устойчи­вость к различным антибиотикам, к солям тяжелых металлов. При действии определенного антибиотика на бактериальные клетки плазмиды, придающие устойчивость к нему, быстро распространяются среди бак­терий, сохраняя им жизнь. Простота устройства плазмид и легкость, с ко­торой они «входят и выходят» из бактерий, используются генными ин­женерами для введения в клетки бактерий генов высших организмов. [6]

Мощным инструментом генной инженерии являются открытые в 1974 г. ферменты—рестрикционные эндонуклеазы, или рестриктазы. Ре­стрикция буквально означает «огра­ничение». Бактериальные клетки вы­рабатывают рестриктазы для разру­шения инородной, в первую очередь фаговой ДНК, что необходимо для ограничения вирусной инфекции. Ре­стриктазы узнают определенные по­следовательности нуклеотидов (так называемые сайты — участки узнава­ния) и вносят симметричные, расположенные наискось друг от друга, разрывы в цепях ДНК на равны расстояниях от центра сайта узнава­ния. В результате на концах каждого фрагмента рестриктированной ДНК образуются короткие одноцепочеч­ные «хвосты», называемые липкими концами. Из разных видов бактерий выде­лено около 200 различных рестриктаз, для которых описаны сайты рестрик­ции. [5]

Мигрирующие генетические элементы обнаруживают значи­тельное сходство с вирусами. Открытие явления трансдукции генов, т.е. переноса генетической информации в клетки расте­ний и животных с помощью вирусов, включающих в себя часть генов исходной клетки хозяина, дает основание предполагать, что вирусы и сходные с ними биохимические образования зани­мают особое место в эволюции. Некоторые ученые высказывают мнение, что мигрирующие биохимические соединения способ­ны вызвать даже более серьезные изменения в геномах клеток, чем мутации. Если это предположение окажется верным, то придется существенно пересмотреть нынешние представления о механизмах эволюции. Сейчас выдвигаются гипотезы о значи­тельной роли вирусов в смешении генетической информации различных популяций, возникновении скачков эволюционного процесса, одним словом, речь идет о важнейшей роли вирусов в эволюционном процессе.

Термин «клон» происходит от греческого klon — ветка, побег. Клонирование — это точное (на генетическом уровне) воспроизведение живого объекта в n-ом количестве копий. При клонировании гены до­норской особи сохраняются и в полном объеме передаются рож­дающемуся потомству. В этом случае гены доноров-родителей и клонов-детей не просто схожи, как в случае полового размноже­ния, а полностью идентичны. [3]

7.10. Охарактеризуйте проблему поиска «первичных объектов» и концепцию атомизма. В чем единство дискретности и непрерывности? Поясните понятие элементарной частицы. Как классифицируются элементарные частицы, и как они исследуются? Что такое «античастицы»? В чем состоит гипотеза кварков?

В классической физике поле и вещество противопоставляются друг другу как два вида материи, у первого из которых структура диск­ретная, а у второго — непрерывная. Квантовая физика внесла идею о двойственной корпускулярно-волновой природе любого микрообъ­екта. Однако классическое волновое описание, в основе которого ле­жит деление материи на поле и вещество, является мощным инстру­ментом познания окружающего мира.

Полное число параметров, оп­ределяющих свойства частиц, до­вольно велико. Важнейшими из них являются масса частицы, ее электрический заряд, спин и вре­мя жизни. Спи­ном называется величина, даю­щая количественную характерис­тику вращательного движения частицы. Спин частицы (механи­ческий момент) у различных час­тиц может иметь различные зна­чения, но все частицы одного типа имеют абсолютно одинако­вые спины.

Разделение элементарных час­тиц на группы определяется не только различием в массах, но и рядом других существенных свойств. Лептоны и барионы име­ют спин, равный — 1\2, спины мезо­нов равны нулю, а фотон обла­дает спином, равным 1. Особенно следует отметить су­ществование четырех типов взаи­модействия между элементарны­ми частицами — гравитационно­го, электромагнитного, сильного и слабого. Наиболее хорошо изу­ченными являются гравитацион­ные силы, действующие между любыми частицами, и электро­магнитные силы, действующие между заряженными частицами. Примером сильного взаимодейст­вия могут служить ядерные силы, связывающие в атомных ядрах протоны и нейтроны. Слабое взаимодействие обнаруживается в про­цессах, связанных с испусканием или поглощением нейтрино.

Английский фи­зик Поль Дирак в 1928 г. создал теорию, из которой следо­вало, что в природе должна су­ществовать частица с массой, рав­ной массе электрона, но заряжен­ная положительно. Такая части­ца — позитрон — была обнаруже­на экспериментально в 1932 г. После открытия первой анти­частицы — позитрона — естест­венно возник вопрос о существо­вании античастиц и у других частиц. К настоящему времени уста­новлено, что античастица имеется у каждой элементарной частицы. Масса любой античастицы в точ­ности равна массе соответствую­щей частицы, а электрический заряд (для заряженных частиц) равен по абсолютному значению заряду частицы и противополо­жен ему по знаку. Частица и античастица у таких незаряжен­ных частиц, как фотон и пи-нуль-мезон, по физическим свойствам совершенно неразличимы и поэ­тому считаются одной и той же частицей.

Идею кварков выдвинули в 1964 году (Г. Цвейг и независимо от него М. Гелл-Ман, США) из тео­ретических соображений. Кварки трактовались как гипотетические прачастицы, из которых об­разовались адроны. Позже обнаружилось, что многие следствия из гипотезы кварков хороню под­тверждаются экспериментально. Согласно этой теории адроны образованы из квар­ков подобно тому, как ядра атомов образованы из протонов и нейтронов. Предполагается, что мезоны об­разованы как связанное состояние кварка и антиквар­ка, а барионы - как связанное состояние трех кварков. Поскольку кваркам приписываются дробные значе­ния электрического заряда и спина, то образование адронов подчиняется простому правилу алгебраического сложения квантовых характеристик кварков.

8.10. Докажите, что популяция является единицей эволюции. Почему разные популяции одного вида отличаются по частоте генов? Поясните, как происходит эволюция видов с точки зрения генетики. Какова роль мутаций и окружающей среды в эволюции живого? Продолжается ли в настоящее время эволюция человека как вида? Что дала человечеству работа по программе «Геном человека»?

В генетическом смысле популяция — это пространственно-временная группа скрещива­ющихся между собой особей одного вида. Связи родителей с потомками обеспечивают непрерывность популя­ции во времени, а скрещивания особей из разных частей популяции обеспечивают ей пространственное единство. Численность популяции может меняться в результате измене­ния условий среды обитания, колеба­ний смертности и рождаемости, а так­же притока или оттока особей из других популяций. Наконец, популя­ции могут объединяться или разде­ляться, возникать и вымирать. Важно при этом, что популяции постоянно изменяются и эти изменения пред­ставляют собой элементарные эволюционные процессы.

Наиболее су­щественной характеристикой вида является то, что он представляет собой генетически единую систему. Особи разных популяций одного вида могут скрещиваться и давать плодовитое потомство. Вследствие этого гены могут распространяться из одной популяции вида в другую, образовы­вать новые комбинации. Но они не могут перейти из одного вида в дру­гой из-за обособленности видов друг от друга специальными барьерами. Виды, несомненно, представляют собой реально существующие зам­кнутые репродуктивные сообщества. Вид так же реален, как индивидуум, однако это далеко не всегда очевидно. Вследствие этого практическое вы­явление принадлежности особи к определенному виду часто оказыва­ется затруднительным. [6]

Мутации — фактор случайный, подчиняющийся статисти­ческим законам. Поэтому они, как и перестрой­ки генов и волны численности популяции, не могут быть решающим фактором эволюции. Причиной мутаций могут быть внешние жесткие излучения, хими­ческие воздействия и прочие мутагены. Опас­ные мутагены — вирусы. Большая часть мута­ций рецессивна и не проявляется у гетерозигот. Рекомбинации при половом размножении так­же порождают множественные мутации, кото­рые приводят к комбинативной изменчивости, создающей материал для естественного отбора, но новых видов при этом не образуется. При из­менении внешних условий некоторые ранее вредные рецессивные мутации могут оказаться полезными и их носители могут получить преи­мущество при естественном отборе.

Четвериков утверждал, что из-за по­стоянных мутаций во всех популяциях создается существенная наследственная гетерогенность. Его генетика популяций показала, что отбору подвергаются не отдельные особи и виды, а ге­нотип популяции: Мутации — основа эволю­ции, они перерабатываются естественным от­бором. Исследования, проведенные в конце 20-х гг. ХХ века, подтвердили, что большую роль в эво­люции играют не только новые мутации, но и изменение частоты встречаемости существу­ющих аллелей (гена) из-за случайных процес­сов — колебания численности популяций и пр. (Р. А. Фишер, Н. П. Дубинин, Д. Д. Ромашов, С. Райт и др.). При резком снижении численно­сти популяций (в связи (ростом близкородст­венных скрещиваний) снижается наследствен­ная изменчивость. По Райту, это «дрейф ге­нов», а по Дубинину — генетика - автоматиче­ский процесс. Другими проявлениями «волн жизни» являются изменение концентрации раз­личных мутаций и уменьшение разнообразия ге­нотипов популяции. Они могут привести к из­менениям направленности и интенсивности действия отбора.

Эволюция всего живого продолжается, в т.ч. и человека тоже.

9.10. Дайте понятия о простых, сложных, устойчивых, неустойчивых, изолированных и открытых системах, об обратимых и необратимых процессах. «Если на систему оказать воздействие, то в ней разовьются процессы, направленные на ослабление этого воздействия». К каким системам это высказывание может относиться – к живым? Или - к неживым неупорядоченным системам?

Простая система – та, которая описывается несколькими параметрами. Сложная же система состоит из большого числа переменных и большого числа связей между ними.

Отличия неравновесной структуры от равновесной заключа­ется в следующем:

1. Система реагирует на внешние условия (гравитационное по­ле и т. п.).

2. Поведение случайно и не зависит от начальных условий, но зависит от предыстории.

3. Приток энергии создает в системе порядок, и стало быть эн­тропия ее уменьшается.

4. Наличие бифуркации — переломной точки в развитии си­стемы.

5. Когерентность: система ведет себя как единое целое и как ес­ли бы она была вместилищем дальнодействующих сил (такая гипо­теза присутствует в физике). Несмотря на то, что силы молекуляр­ного взаимодействия являются, система структурируется так, как если бы каждая молекула была «информирована» о состоянии системы в целом.

Различают также области равновесности и неравновесности, в которых может пребывать система. [3]

В закрытых системах, которые рассматривались класси­ческой физикой в качестве естественных, не происходит обмена энергией и веществом с внешним миром. В замкнутых системах вектор протекания процессов направлен от упорядоченности через равновесие к хаосу. Такие системы стремятся к состоянию макси­мальной неупорядоченности. Основными характеристиками процессов в замкнутых системах являются равновесность и линейность. Открытые системы, напротив, обмениваются энергией, веществом и информацией с внешним миром. В таких системах при определенных условиях могут самопроизвольно воз­никать новые упорядоченные структуры, повышающие степень самоорганизации системы. Ключ к пониманию процессов са­моорганизации был найден в представлении о взаимодействии системы с окружающей средой. Основными характеристиками процессов в открытых системах являются неравновесность и нелинейность. [1, 5]

Под влиянием внешних воздействий система может переходить из одного равновесного состояния в другое, проходя через некоторые переходные состояния, не являющиеся равновесными. Такой переход будет обрати­мым, если его можно совершить в обратном направлении и при этом в окружающей среде не останется никаких изменений. В противном случае мы будем иметь дело с необратимым процессом. Обратимые и необратимые процессы различаются фундаментальным образом.

Высказывание относится к живым системам.

10.10. Опишите основные этапы развития биосферы. Какую роль играют живые организмы в формировании облика нашей планеты? Составьте хронологическую таблицу геологических периодов и впишите в нее основные ароморфозы, относящиеся к каждому периоду. Как представляет наука начало жизни на Земле?

Эволюцию биосферы изучает раздел экологии, который называет­ся эволюционной экологией. Следует отличать эволюционную эколо­гию от экодинамики (динамической экологии). Последняя имеет дело с короткими интервалами развития биосферы и экосистем, в то время как первая рассматривает развитие биосферы на более длительном отрезке времени. Так, изучение биогеохимических круговоротов и сук­цессии — задача экодинамики, а принципиальные изменения в меха­низмах круговорота веществ и в ходе сукцессии — задача эволюцион­ной экологии.

Одним из важнейших направлений в изучении эволюции является изучение форм жизни. Здесь можно отметить несколько этапов.

1. Клетки без ядра, но имеющие нити ДНК, напоминают нынешние бактерии и синезеленые водоросли. Возраст таких самых древних орга­низмов более 3 млрд. лет. Их свойства: 1) подвижность; 2) питание и способность запасать пищу и энергию; 3) защита от нежелательных воздействий; 4) размножение; 5) раздражимость; 6) приспособление к изменяющимся внешним условиям; 7) способность к росту.

2. На следующем этапе (приблизительно 2 млрд лет тому назад) в клетке появляется ядро. Одноклеточные организмы с ядром называ­ются простейшими. Их 25—30 тыс. видов. Самые простые их них — амебы. Инфузории имеют еще и реснички. Ядро простейших окруже­но двухмембранной оболочкой с порами и содержит хромосомы и нуклеоли. Ископаемые простейшие — радиолярии и фораминиферы — основные части осадочных горных пород. Многие простейшие обла­дают сложным двигательным аппаратом,

3. Примерно 1 млрд. лет тому назад появились многоклеточные орга­низмы. В результате растительной деятельности — фотосинтеза — из углекислоты и воды при использовании солнечной энергии, улавливаемой хлорофиллом, создавалось органическое вещество. Возникновение и распространение растительности привело к коренному изменению состава атмосферы, первоначально имевшей очень мало свободного кислорода. Растения, ассимилирующие углерод из углекислого газа, создали атмосферу, содержащую свободный кислород, который не только активный химический агент, но и источник озона, преградив­шего путь коротким ультрафиолетовым лучам к поверхности Земли.

Л. Пастером выделены следующие две важные точки в эволюции биосферы: 1) момент, когда уровень содержания кислорода в атмосфе­ре Земли достиг примерно 1% от современного. С этого времени стала возможной аэробная жизнь. Геохронологически это архей. Предпола­гается, что накопление кислорода шло скачкообразно и заняло не бо­лее 20 тыс. лет; 2) достижение содержания кислорода в атмосфере около 10% от современного. Это привело к возникновению предпосылок формирования озоносферы. В результате жизнь стала возможной на мелководье, а затем и на суше.

Палеонтология, которая занимается изучением ископаемых остат­ков, подтверждает факт возрастания сложности организмов. В самых древних породах встречаются организмы немногих типов, имеющих простое строение. Постепенно разнообразие и сложность растут. Мно­гие виды, появляющиеся на каком-либо стратиграфическом уровне, затем исчезают. Это истолковывают как возникновение и вымирание видов.

В соответствии с данными палеонтологии можно считать, что в протерозойскую геологическую эру (700 млн. лет назад) появлялись бактерии, водоросли, примитивные беспозвоночные; в палеозойскую (365 млн. лет назад) — наземные растения, амфибии; в мезозойскую (185 млн. лет назад) — млекопитающие, птицы, хвойные растения;, в кайнозойскую (70 млн. лет назад) — современные группы. Конечно, следует иметь в виду, что палеонтологическая летопись неполна.

Веками накапливавшиеся остатки растений образовали в земной коре грандиозные энергетические запасы органических соединений (уголь, торф), а развитие жизни в Мировом океане привело к созда­нию осадочных горных пород, состоящих из скелетов и других остат­ков морских организмов.

Плодотворной оказалась гипоте­за советского биохимика А. И. Опарина. Суть ее в том, что появле­нию жизни на Земле обязательно должно было предшествовать абиогенное образование органичес­ких соединений. Высказанная в 1924 г. гипотеза завоевала много­численных сторонников. В 1928 г. анг­лийский биолог Дж.Холдейн, не­зависимо от А. И. Опарина пришед­ший к сходным выводам, высказал предположение, что источником энер­гии для образования органических соединений на Земле служило ультра­фиолетовое излучение Солнца. Ами­нокислоты, сахара и другие соедине­ния накапливались в первичных океа­нах до тех пор, пока не приобретали консистенцию «теплого разжиженно­го бульона». Именно в таком «первичном бульоне», вероятно, и возникла жизнь.

Современная теория возникнове­ния жизни на Земле, называемая теорией биопоэза, была сформулиро­вана в 1947 г. английским уче­ным Дж. Берналом. Он выделил три стадии биопоэза: абиогенное возникновение биологических мономеров; образование биологических полимеров; формирование мемб­ранных структур и первичных орга­низмов (пробионтов).

Используемая литература

1. Бабушкин А.Н. Концепции современного естествознания. – СПБ., 2008.

2. Воронцов-Вельяминов Б.А. Астрономия. – М., 2003.

3. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. - М., 2007.

4. Кабардин О. Физика - М., 2006.

5. Мотылева А.С. и др. Концепции современного естествознания. – СПБ., 2007.

6. Общая биология (ред. А. Рувинского). - М., 2008.

7. Стрельник О.Н. Концепции современного естествознания. – М., 2003.