Билет 10.1 вопрос Биогеохимические функции биосферы многообразны, но они содержат в себе единую сущность, в своем глобальном космическом проявлении выступая как гигантский аккумулятор и трансформатор лучистой энергии солнца.

Благодаря биосфере осуществляется активная связь Земли и космоса, если бы на Земле не было бы жизни, то не было бы биосферы, работа солнечного луча сводилась бы к перемещению жидких, газообразных и твердых тел по поверхности планеты и их временному нагреву, нигде не задерживаясь и не улавливаясь. Благодаря зеленым растениям осуществляющим процесс фотосинтеза открытого Тимирязевым улавливается и преобразуется солнечная энергия в другие виды энергии известные на земном шаре.

Лишь Верн. смог показать, что благодаря фотосинтезу меняется весь облик Земли, благодаря космической энергии и зеленым растениям она превращается в свободную земную (химическую, механическую, тепловую) энергию, этим самым живое вещество постоянно нарушает относительное химическое спокойствие (инертность), которое присуще многим элементам поверхности Земли.

Схватывание солнечного луча осуществляется исключительно растительным миром, в дальнейшем в его удержании и преобразовании принимает участие все живое вещество планеты. Перехвачивание зелеными растениями энергии колоссального масштаба = 1,7 *10 ккал энергии, совершаемая работа живыми веществами выражается 1875 биллионов т/км. В то же время живое вещество планеты составляет самую ничтожную часть по весу 0,15% веса земной коры, масса биосферы 0,05%, а ее объем включая атмосферу 0,4%.

Закон биогенной миграции атомов В.И. Вернадского гласит - «миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».

Закон биогенной миграции атомов утверждает: биогенное происхождение всей земной поверхности свидетельствует о том, что жизнь - созидающая сила на планете. Серьезные нарушения этой силы, в том числе уничтожение видов, могут привести к непредсказуемым последствиям.

Миграция атомов резко по скорости различна для микробов и одноклеточных организмов, с одной стороны, и многоклеточных - с другой. Мы должны различать в связи с этим при явлениях размножения и роста две различные биогенные миграции атомов:

1. Биогенную миграцию атомов первого рода для микроскопических одноклеточных и микробов огромной интенсивности, связанную с малым их объёмом и весом.

2. Биогенную миграцию атомов 2 рода для многоклеточных организмов.

Низшие организмы - не какой-то случайный пережиток прошлого, они - необходимая составная часть целостной системы органического мира, основа его существования и развития, без которой невозможен внутренний обмен между членами этой системы. Органический мир представляется в виде сети взаимодействующих видов, охватывающей практически весь земной шар.

Высшие организмы выделяются как сгустки живого вещества, концентраторы продуктов синтеза низших форм. Многоклеточные становятся как бы «кладовыми органического синтеза», в силу чего они приобретают функцию своеобразных инициаторов новых форм биохимической активности низших организмов (поставляя всё новые и новые субстраты). Они создают предпосылки для проникновения одноклеточных в биотопы, ранее ими не освоенные.

Все биогенные миграции могут быть обобщены как первый биогеохимический принцип. Этот принцип гласит:

1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Всё живое вещество планеты, взятое в целом, таким образом, является источником действенной свободной энергии, может производить работу.

2. Вторая биогеохимическая функция связана с разрушением тела живых организмов после их умирания, связана с химическим превращением живого вещества после его умирания в косное. Этот переход в косное тело совершается не сразу. Промежуточным является биокосное тело в течение какого-то геологического времени, так как первая переработка совершается биогенным путём микробами, бактериями и грибами. А в конце наступают реакции, в которых микробы отсутствуют или играют второстепенную роль. Второй принцип указывает, что эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идёт в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы.

Формирование естественнонаучной картины мира (исторический аспект)

2Вопрос

Естественнонаучная картина мира динамично соответствует уровню развития естественных наук, основным концепциям и парадигмам, принятым в отдельных областях познания.

Уровень культуры, включающей совокупность современных знаний о мире, определяет систему мировоззренческих взглядов, принятую обществом и распространяющуюся на каждого человека. В зависимости от уровня развития, на котором находится конкретный человек, можно говорить о том, как он представляет гуманитарную или естественнонаучную картину мира.

Мировоззрение - система взглядов на объективный мир и место человека в нем, на отношение человека к окружающей его действительности и к себе, а также обусловленные этими взглядами основные жизненные позиции людей, их убеждения, идеалы, принципы познания и деятельности.

Исторически первой научной картиной мира была сущностная, предложенная античными мыслителями и включающая в себя:

• следы мифологического культурного наследия, например, то, что центральным объектом познания выступает космос;

• космологическую модель, объясняющую единую основу мироздания, множественность мира и богов, его единство. В модели одним из центральных вопросов рассмотрения является вопрос о происхождении или творении мира, его сущности и устройстве. Модель подразумевает существование закономерностей как основы гармонии космоса;

• геоцентрическую астрономическую систему, составленную Клавдием Птолемеем на основании культурного наследия древних;

• результаты исследований античной натурфилософии с эмпирико-чувственным и с логико-формальным численным подходами к познанию, вершиной которой явилось создание атомистики - теории о дискретном строении материи и энциклопедическое описание Аристотелем живой и неживой природы;

• метафизику (философское учение о сущности мира) с ее умозрительным конструированием модели бытия, с сомнениями относительно адекватности философского видения мира самому реальному миру;

Вселенная - весь существующий материальный мир, безграничный во времени и в пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.

Эти представления сменила механистическая картина мира (XVII -XVIII века). Естественнонаучные достижения, особенно в механике, породили уверенность в том, что любые процессы в мире могут быть управляемы или рассчитаны так же просто, как рассчитываются или предсказываются траектории движения небесных тел. Унаследовав многое из античной натурфилософии, механистическая картина мира сводила представления о Вселенной к заводным часам, для которых любое событие однозначно определяется начальными условиями, и эти условия можно задавать практически точно. В такой Вселенной возможно не только предсказать будущее, но и восстановить прошлое. Подобный детерминизм (философское учение о причинной определяемости всех происходящих в мире процессов) в первую очередь имел религиозную основу: если Бог создал мир в своей основе рациональным, то тогда человек, созданный по образу и подобию божьему, способен познать этот мир.

Механистическая картина мира XVII-XVIII веков основывалась на следующих концепциях:

• Бог - создатель Вселенной, следовательно, в мире все определено и предопределено Создателем;

• главное в познании - факты, а не причины их появления;

• теория и практика неразделимы, эксперимент реальный и мысленный - основа познания;

• мир может быть описан математически (как работа часов);

• система мира - гелиоцентрическая;

Система понятий в механистической картине мира была неподвижной, негибкой и любое открытие в естествознании, например, появление термо- и электродинамики в физике, теории эволюции Ж.Ламарка и Ч.Дарвина в биологии, Ч.Лайеля в геологии, разрушало ее, так как не находило своего места в ней.

Постепенно усиливался интерес к античной философии, к вопросам понимания в научном познании. В основу познания была положена объективная универсальность Вселенной. Стало ясно, что движение, присущее единой Вселенной - универсуму {лат. universum - мир как целое), порождает все бесконечное многообразие мира, сложность объектов в мире. Наше мышление потому и способно познавать мир, что оно как часть универсума обладает точно такой же способностью к саморазвитию, к самодвижению мысли, какой обладает весь универсум.

В начале XX века химия, благодаря своим успехам, дополнила физику в базовых построениях картины мира. Молекулярные исследования в биологии и медицине приблизили естествознание к познанию человека как части природы. Оказалось, что выделение гуманитарного знания из общего знания и рассмотрение отдельно взятого естественнонаучного знания противоречит логике устройства единого мира.

В настоящее время интенсивно формируется новая картина мира. Ее основу составляют концепции, более адекватные идее единой Природы, такие как:

•концепция стирания граней между естественнонаучными и гуманитарными науками, целостность естествознания, самоинтеграция любых научных знаний;

• концепция всеобщей эволюции, включающей эволюцию фундаментальных наук в направлении поиска их общего основания;

• концепция Большого Взрыва, после которого началась эволюция Вселенной. Большой Взрыв - понятие из теории происхождения Вселенной. Это взрыв, произошедший примерно 12-18 миллиардов лет тому назад и заполнивший одновременно все «пространство» (Вселенную). При этом каждая частица устремилась прочь от всех других частиц, то есть образовался расширяющийся сгусток плазмы, в котором появилась смесь легких ядер водорода и гелия, после чего в случайных столкновениях трех атомов гелия началось образование углерода;

Мировоззрение каждого человека, отражающее его собственные представления об окружающем мире и являющееся частью его культуры, формируется под действием множества конкурирующих факторов.

Многие люди убеждены, что окружающий мир подвластен рациональному анализу. Для них все явления имеют логическое объяснение, а нерешенные проблемы, как они полагают, уже завтра решит наука. Подобный подход свидетельствует о недооценке сложности мироздания. ,

Культурное окружение способно оказать помощь в формировании современного мировоззрения: для этого служат и сложившаяся картина мира, и богатейшие систематизированные знания, хранящиеся и на бумажных, и на электронных носителях, и произведения искусства и т.д. Однако все эти ценности культурного наследия должны быть осознанно востребованы индивидом у общества. Только в этом случае исторический опыт и титанический труд всего человечества не пропадут даром, а индивид станет полноправным членом цивилизованной и культурной части человечества.

Билет13.1

Самоорганизация, процесс, в ходе которого создаётся, воспроизводится или совершенствуется организация сложной динамической системы. Процессы С. могут иметь место только в системах, обладающих высоким уровнем сложности и большим количеством элементов, связи между которыми имеют не жёсткий, а вероятностный характер.

Обычно все системы делят на два типа:замкнутые, открытые Замкнутые системы обычно рассматривают, по мере возможности, изолировано от внешних, по отношению к системе, воздействий, либо внешние воздействия регламентируются. Особое внимание здесь уделяется устойчивости, порядку, однородности. В философии особенно выделяется XIX век, как «век систем» — в это время возникли крупные философские системы Канта, Гегеля, Шеллинга, Шопенгауэра и др. К середине XX века сложилось мощное так называемое системное движение, означавшее применение системного подхода ко всем сферам человеческого бытия. Однако, как правило, в рамках этого системного подхода исследовались лишь замкнутые системы, и вскоре оказалось, что такой подход дает нам слишком ограниченное знание о системах. Поэтому системный подход получил свое дальнейшее развитие в теории самоорганизации систем (синергетике), исследующей так называемые открытые системы. В открытых системах внимание акцентируется на неупорядоченности, неустойчивости, неравновесности, нелинейных отношениях. Для сравнения модно привести маятник: в замкнутых системах исследуется движение маятника, с грузом, прикрепленным внизу, в открытых системах — маятник с жестким стержнем с грузом наверху. Именно такие системы чаще встречаются в реальной жизни, познании, социальной практике. Однако, исследование таких систем связано с гораздо более широким кругом понятий, методов, способов рассмотрения. Поэтому мы начнем рассмотрение систем с систем замкнутого или закрытого типа. Типы замкнутых систем: — материальные (планетарные, природные, биологические и пр.) — идеальные (язык, искусство, политика и пр.) Материальные системы делят на следующие типы: — суммативные (штабель досок) — Заметим, что многие исследователи вовсе не считают такие образования системами — целостные (где есть четкая взаимозависимость элементов и системы). Целостные системы, то есть системы в собственном смысле слова делятся на: — органические (флора, фауна, человек, общество) — неорганические (механические, физические, химические)

Термин "синергетика" был впервые использован в начале 70-х годов 20 века немецким физиком Германом Хакеном. Происходит это слово от греческого "synergeia" - совместное действие, сотрудничество. Сегодня под синергетикой понимают междисциплинарную науку о самоорганизации - спонтанном (естественном) возникновении порядка из хаоса. Основными источниками появления и развития синергетики были термодинамика и новый раздел математики, получивший название "теория катастроф", основоположником которого считается французский математик Ренэ Том. В развитии идей новых направлений термодинамики, получивших название "неравновесной термодинамики", большой вклад внесли такие ученые, как норвежский физико-химик Ларс Онсагер и бельгийский физик русского происхождения Илья Пригожин.

Одним из основных "корней", из которых произрастает синергетика, является термодинамика - наука о тепловых процессах. В составе современной термодинамики выделяют более ранние и классические разделы, получившие название "равновесная термодинамика", и более поздние и неклассические ее разделы, называемые обычно "неравновесной термодинамикой". Рассмотрим вкратце основные идеи этих направлений термодинамики для лучшего понимания того, что представляет из себя синергетика. В неравновесной термодинамике рассматриваются процессы, в той или иной мере отклоняющиеся от термодинамического равновесия. В линейной неравновесной термодинамике такое отклонение еще невелико, что выражается в так называемом принципе локального равновесия, при котором термодинамическое равновесие сохраняется в достаточно малых частях системы. В этом случае термодинамические процессы могут быть описаны в форме линейных зависимостей присутствующих в системе потоков вещества или энергии от различных термодинамических сил, вызывающих эти потоки. Например, поток тепла вызывается силой, определяемой перепадом температур, поток вещества - перепадом концентраций в системе, и т.д. В работах Онсагера и Пригожина была сформулирована идея некоторой величины, получившей название "производство энтропии", к минимизации которой стремится стационарная термодинамическая система в случае небольших отклонений от состояния равновесия. Производство энтропии - это величина скорости изменения энтропии, так что стационарная система стремится минимизировать скорость изменения энтропии, максимально приближаясь в этом к состоянию термодинамического равновесия, когда производство энтропии равно нулю. Более того, стационарное состояние с минимумом производства энтропии оказывается термодинамически устойчивым состоянием, т.е. происходит погашение малых отклонений (флуктуаций), удаляющих систему от этого состояния. Биологические объекты делят на: биологические объекты растительного происхождения ( мхи, лишайники, высшие растения), животного происхождения (ткани и органы животных, птиц, рыб и беспозвоночных), биологические среды человека и животных(кровь, плазма, моча, грудное молоко, жировая ткань, мышечная ткань.

Диссипативными называют открытые нелинейные системы, и они являются объектами синергетики. Примером таких систем являются живые организмы. Они поддерживают динамическое равновесие, которое в биологии называют состоянием гомеостазиса, за счет постоянного обмена с окружающей средой веществом, энергией, информацией.

Важнейшая характеристика диссипативных систем - открытость. Сам термин "диссипация" происходит от английского "dissipate" - рассеивать. Им обозначается класс систем, рассеивающих, обменивающих с окружающей средой вещество, энергию, информацию. Поэтому открытость - это необходимое условие их существования, это способность к взаимодействию. Покажем, что и это свойство наряду с целостностью, иерархичностью не случайно, а является необходимым признаком развивающихся систем. Возможно, именно с открытости было бы логичней начинать изложение атрибутивных свойств эволюционирующих объектов-систем, поскольку процессы обмена (открытость) обуславливают структурно-функциональную целостность, универсальное свойство эволюционирующих систем

Билет13.2 Генетика - молодая наука, она начала развиваться только в XX веке. Генетика изучает законы двух фундаментальных свойств живых организмов - наследственности и изменчивости, лежащие в основе эволюции органического мира и деятельности человека по созданию новых сортов культурных растений, пород животных и штаммов микроорганизмов.

Ген - функциональная единица наследственного материала. Ген (от греч. genos -- род, происхождение) - участок молекулы геномной нуклеиновой кислоты, характеризуемый специфической для него последовательностью нуклеотидов, представляющий единицу функции, отличной от функций других генов, и способный изменяться путем мутирования.

Наследственность - это свойство организма передавать свои признаки и особенности развития следующим поколениям.

Изменчивость - это свойство организмов приобретать новые признаки в процессе индивидуального развития.

Оба этих фундаментальных свойств организмов (и наследственность, и изменчивость) осуществляются генами. Гены хранят и передают информацию об организме последующим поколениям.

Аллельные гены - гены, определяющие развитие альтернативных признаков. Они располагаются в одинаковых локусах гомологичных хромосом.

Локус - место локализации гена в хромосоме.

Альтернативный признак и соответствующий ему ген, проявляющийся у гибридов первого поколения, называется доминантным, а не проявляющийся - рецессивным.

Доминантность - это способность подавлять одним аллелем действие другого в гетерозиготном состоянии.

Аллель - форма существования (проявления) гена.

Если в обеих гомологичных хромосомах находятся одинаковые аллельные гены, такой организм называется гомозиготным, так как он образует один тип гамет и не дает расщепление при скрещивании с себе подобным.

Если в гомологичных хромосомах локализованы разные гены одной аллельной пары, то такой организм называется гетерозиготным по данному признаку.

Генотип - совокупность всех генов организма. Генотип представляет собой взаимодействующие друг с другом и влияющие друг на друга совокупности генов. Каждый ген испытывает на себе воздействие других генов генотипа и сам оказывает на них влияние, поэтому один и тот же ген в разных генотипах может проявляться по-разному. Поскольку было известно, что от генов зависят структурные, физиологические и биохимические признаки организмов, было предложено определять ген как наименьший участок хромосомы, обусловливающий синтез определенного продукта.

Фенотип - совокупность всех свойств и признаков организма. Фенотип развивается на базе определенного генотипа в результате взаимодействия организма с условиями окружающей среды. Организмы, имеющие одинаковый генотип, могут отличаться друг от друга в зависимости от условий развития и существования.

Фен, признак или свойство организма - это единица морфологической, физиологической, биохимической дискретности, позволяющей отличать один организм от другого.

Геном - совокупность численности и формы хромосом и содержащихся в них генов для данного вида.

Генофонд - это совокупность всех аллелей генов, содержащихся в популяции.

Комплементарность - химическое сродство между азотистыми основаниями и образование водородных связей между цепями двуспиральной молекулы ДНК.

Кодо́н (кодирующий тринуклеотид) — единица генетического кода, тройка нуклеотидных остатков (триплет) в ДНК или РНК, обычно кодирующих включение одной аминокислоты. Последовательность кодонов в гене определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи белка, кодируемого этим геном.

Антикодо́н — триплет, участок в транспортной рибонуклеиновой кислоте (тРНК), состоящий из трёх неспаренных (имеющих свободные связи) нуклеотидов. Спариваясь с кодоном матричной РНК (мРНК), обеспечивает правильную расстановку каждой аминокислоты при биосинтезе белка. Интрон-вставка

Стартовый(инициирующий) кодон – где начинается ж ген

стоп-кодон(терминирующий) – заканчивается

вырожденность генетт. кода – 64 кодона на 20 аминокислот

Репликация — процесс удвоения молекул нуклеиновых кислот.

Транскрипция — синтез РНК на ДНК-матрице; осуществляется РНК-полимеразой.

Трансляция — процесс синтеза полипептида, определяемый матричной РНК (мРНК).

Рибосома - внутриклеточная частица, состоящая из РНК и белков. Рибосома осуществляет биосинтез белка. Рибосома свободно лежат в цитоплазме или прикреплены к внутриклеточным биологическим мембранам.

Селекция:

Исходный материал - линии, сорта, виды, роды культурных или диких растений или животных, обладающих ценными хозяйственными качествами или экстерьером.

Гибридизация (от греч. "гибрис" - помесь) - естественное или искусственное скрещивание особей, относящихся к различным линиям, сортам, породам, видам, родам растений или животных.

Сорт - совокупность культурных растений одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся: а) определенными наследственными особенностями, б) наследственно закрепленной продуктивностью, в) структурными (морфологическими) признаками.

Порода - совокупность домашних животных одного вида, искусственно созданная человеком и характеризующаяся: а) определенными наследственными особенностями, б) наследственно закрепленной продуктивностью, в) экстерьером.

Линия - потомство одной самоопыляющейся особи у растений, потомство от близкородственного скрещивания у животных, имеющих большинство генов в гомозиготном состоянии.

Инбридинг (инцухт) по-англ. "разведение в себе" - близкородственное скрещивание сельскохозяйственных животных. Принудительное самоопыление у перекрестноопыляющихся растений.

Инбредная депрессия - снижение жизнеспособности и продуктивности у животных и растений, полученных путем инбридинга, вследствие перехода большинства генов в гомозиготное состояние.

Гетерозис - мощное развитие гибридов, полученных при скрещивании инбредных (чистых) линий, одна из которых гомозиготна по доминантным, другая - по рецессивным генам.

Подвой - корнесобственное (укорененное) растение, на которое производится прививка.

Привой - черенок растения или почка, которые прививаются на корнесобственное растение.

Полиплоидия - кратное увеличение диплоидного или гаплоидного набора хромосом, вызванное мутацией.

Мутагенез (от лат. "мутацио" - перемена, изменение и греч. "генос" - образующий) - метод в селекции высших растений и микроорганизмов, который позволяет искусственно получать мутации с целью увеличения продуктивности.

Биотехнология - использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Биологическая очистка сточных вод, биологическая защита растений, а также синтез в промышленных условиях кормовых белков, аминокислот, получение ранее недоступных препаратов (гормон инсулин, ростовой гормон, интерферон), создание новых сортов растений, пород животных, видов

микроорганизмов и т. д.- это главные направления новой отрасли

науки и производства.

Генная инженерия - наука, создающая новые комбинации генов в молекуле ДНК. Возможность рассекать и сращивать молекулу ДНК позволила создать гибридную клетку бактерии с генами человека, ответственными за синтез гормона инсулина и интерферона.

Искусственный отбор. Для обоснования исторического принципа развития живой природы Дарвин глубоко изучил многовековую практику земледелия и животноводства и пришел к выводу: многообразие пород домашних животных и возделываемых сортов растений является результатомизменчивости, наследственности и искусственного отбора.

Искусственный отбор осуществляется человеком и может быть двояким: сознательным (методическим) - в соответствии с поставленной целью, какую намечает себе селекционер, и бессознательным, когда человек не ставит перед собой Цели по выведению породы или сорта с заранее заданными свойствами, а просто устраняет менее ценные особи и оставляет на племя лучшие. Бессознательный отбор проводился человеком на протяжении многих тысячелетий: даже дикари во время голода оставляли на племя более полезных животных, а убивали менее ценных. В неблагоприятные периоды первобытный человек в первую очередь употреблял нележкие плоды или более мелкие семена и в этом случае также совершал отбор, но бессознательный. Многовековой практикой искусственного отбора были выведены многие ценные формы. Дарвин выделял изменчивость определенную (теперь называется модификационной) и неопределенную. При определенной, или групповой, изменчивости все или почти все потомство особей, подвергавшихся действию одинаковых условий, изменяется в одном направлении; например, при нехватке пищи животные теряют в массе, в холодном климате шерсть у млекопитающих более густая 1 т. д. Неопределенная, или индивидуальная, изменчивость появляется в бесконечно разнообразных, часто едва заметных, случайных, разнонаправленных отклонениях отельных особей, живущих вместе, в пределах одного орта, одной породы, одного вида. В настоящее время эту форму изменчивости называют генотипической. Изменчивость передается потомству не только при половом размножении, но и при вегетативном: нередко у растения вырастают побеги с новыми свойствами или развиваются почки, из которых формируются плоды с новыми качествами (виноград, крыжовник) - результат мутации в соматической клетке почки.

В явлениях изменчивости Дарвин открыл ряд важных закономерностей, а именно: при изменении одного какого-либо органа или признака возможно изменение других.

Естественный отбор в отличие от искусственного осуществляется в самой природе и состоит в отборе в пределах вида наиболее приспособленных особей к условиям конкретной среды. Дарвин открыл известную общность в механизме искусственного и естественного отбора: при первой форме отбора в результаты воплощается сознательная или неосознанная воля человека, при второй - господствуют законы природы. В том и другом случае создаются новые формы, однако при искусственном отборе, несмотря на то что изменчивость затрагивает все органы и свойства животных и растений, полученные породы животных и сорта растений сохраняют признаки, полезные для человека, но не для самих организмов. Напротив, естественный отборсохраняет особи, у которых изменения полезны для их собственного существования в данных условиях.

В природе постоянно наблюдается определенная и неопределенная изменчивость. Ее интенсивность здесь менее выражена, чем у домашних форм, так как изменение природной среды происходит малозаметно и чрезвычайно медленно. Возникающая качественная неоднородность особей внутри видов как бы выводит на эволюционную арену множество "претендентов", предоставляя естественному отбору браковать менее приспособленных к выживанию. Процесс природной "выбраковки", по Дарвину, осуществляется на основе изменчивости, борьбы за существование и естественного отбора. Материал для естественного отбора поставляет неопределенная (генотипическая) изменчивость организмов. Именно по этой причине потомство любой пары диких (как, впрочем, и домашних) организмов оказывается неоднородным. Если изменения полезны, это повышает шансы на выживание и продолжение рода. Всякое вредное для организма изменение неукоснительно приведет к его уничтожению или невозможности оставить потомство. Выживание или гибель особи - конечный итог "борьбы за существование", которую Дарвин понимал не в прямом, а в переносном смысле. Он различалтри формы борьбы за существование:

а) внутривидовую - наиболее ожесточенную, так как особи одного вида нуждаются в сходных источниках питания, которые к тому же ограничены, в сходных условиях для размножения, одинаковых убежищах;

б) межвидовую - борьбу между особями разных видов (растения и их части поедаются копытными, птицами, травоядные животные поедаются хищниками, болезнетворные бактерии и паразиты поражают растительные и животные организмы);

в) борьбу живых организмов с факторами неживой природы - условиями внешней среды при засухе, наводнениях, ранних заморозках, выпадении града гибнут многие мелкие животные, птицы, черви, насекомые, травы.

Билет14.1 Существует три основных революции в естествознании: аристотелевская, ньютоновская и эйнштейновская. Однако, следует отказаться отнаивных и предвзятых представ-лений о них как процессах, связанных с ликвидацией прежнего знания, с отказом от преемственности в развитии науки и прежде всего ранее накопленного и проверенного эмпирического материала, а признать и принять весьма актуальный в связи с существующей проблемой «радикальных прорывов» в науке принцип соответствия Н. Бора, который гласит, что ни одна новая теория не отрицает начисто предыдущую, а вбирает ее в себя на правах частного случая.

Начало естествознания считается с XVII столетия, что привело к коренным преобразованиям образа жизни человека. В XII в., когда в научном обиходе стало использоваться все научное наследие Аристотеля. Тогда, естественно, наука столкнулась с теологией и пришла с ней в противоречие. Разрешением этого противоречия стала концепция двойственности истины. Но даже в этих обстоятельствах еще очень долгое время все опытное знание и выводы, полученные из него методом дедукции, признавались лишь вероятными, обладающими только относительной, но не абсолютной достоверностью. В тех условиях религиозная картина мира представлялась более очевидной по сравнению с философско-научной.

Конечно, до XVII в. были периоды Средневековья и Возрождения. В течение первого из них наука находилась в полной зависимости от богословия и схоластики. Для этого времени типичны астрология, алхимия, магия, каббалистика и другие проявления оккультного, тайного знания. Алхимики пытались с помощью химических реакций, протекающих в сопровождении специфических заклинаний, получив философский камень, способствующий превращению любого вещества в золото, приготовить эликсир долголетия, создать универсальный растворитель. В качестве побочных продуктов их деятельности появились мнете научные открытия, были созданы технологии получения красок, стекол, лекарств, сплавов и т.д. В целом развивающееся знание было промежуточным звеном между техническим ремеслом и натурфилософией и в силу своей практической направленности содержало в себе зародыш будущей экспериментальной ; науки. Однако постепенно накапливающиеся изменения привели к тому, что представление о соотношении веры и разума в картине мира стало меняться: сначала они стали признаваться равноправными, а затем, в эпоху Возрождения, разум был поставлен выше откровения. В эту эпоху (XVI в.) человек стал пониматься не как природное существо, а как творец самого себя, что и выделяет его из всех прочих живых существ. Человек становится на место Бога: он сам себе творец, он - владыка природы. Снимается граница между наукой как постижением сущего и практически-технической деятельностью. Идет стирание граней между теоретиками-учеными и практиками-инженерами. Начинается математизация физики и фиэикализация математики, которая завершилась созданием математической физики Нового времени (XVII в.). У истоков ее стояли Н. Коперник, И. Кеплер, Г Галилей. Так, например, Галилей всячески развивал идею системаческого применения двух взаимосвязанных методов - аналитического и синтетического, называл их резолютивным и композитивным. Главным достижением в механике было установление им закона инерции, принципа относительности, согласно которому: равномерное и прямолинейное движение системы тел не отражается на процессах, происходящих в этой системе.

Ньютоновская революция

Ньютон создал свой вариант дифференциального и интегрального исчисления непосредственно для решения основных проблем механики: определения мгновенной скорости как производной от пути по времени движения и ускорения, как производной от скорости по времени или вто- рой производной от пути по времени. Благодаря этому ему удалось точно сформулировать основные законы динамики и закон всемирного тяготения. Ньютон был убежден в объективном существовании материи, пространства и времени, в существовании объективных законов мира, доступных человеческому познанию. Несмотря на свои огромные достижения в области естествознания, Ньютон глубоко верил в Бога, очень серьезно относился к религии. Он был автором «Апокалипсиса», «Хронологии». Эта приводит к выведу, что для И. Ньютона не было конфликта между наукой и религией, в его мировоззрении уживалось и то и другое.

Отдавая дань столь великому вкладу ученого в становление и развитие научной картины мира, научную парадигму этого периода или научную революцию XVI-XVII вв. называют ньютоновской.

И это вторая в истории европейской науки картина мира после аристотелевской. Ее основными достижениями можно считать:

натурализм-идею самодостаточности природы, управляемой естественными, объективными законами;

механицизм - представление мира в качестве машины, состоящей из элементов разной степени важности и общности;

квантитативизм-универсальный метод количественного сопоставления и оценки всех предметов и явлений мира, отказ от качественного мышления античности и Средневековья;

причинно-следственный автоматизм жесткую детерминацию всех явлений и процессов в мире естественными причинами, описываемыми с помощью законов механики;

аналитизм - примат аналитической деятельности над синтетической в мышлении ученых, отказ от абстрактных спекуляций, характерных для античности и Средневековья;

геометризм-утверждение картины безграничного однородного, и управляемого едиными законами космического универсума.

Еще одним важнейшим итогом научной революции Нового времени стало соединение умозрительной натурфилософской традиции античности и средневековой науки с ремесленно-технической деятельностью, с производством. Кроме того, в результате этой революции в науке утвердился гипотетико-дедуктивный метод познания.

В прошлом веке физики дополнили механистическую картину мира электромагнитной. Электрические и магнитные явления были известны давно, но изучались обособленно друг от друга. Их изучение показало, что между ними существует глубокая взаимосвязь, что заставило ученых искать эту связь и создать единую электромагнитную теорию.

Революция Эйнштейна

В 30-е гг. XX в. было сделано другое важное открытие, которое показало, что элементарные частицы, например электроны, обладают не только корпускулярными, но и волновыми свойствами. Таким путем было доказано экспериментально, что между веществом и полем не существует непроходимой границы: в определенных условиях элементарные частицы вещества обнаруживают волновые свойства, а частицы поля - свойства корпускул. Это явление получило название дуализма волны и частицы.

Еще более радикальные изменения в учении о пространстве и времени произошли в связи с созданием общей теории относительности, которую нередко называют новой теорией тяготения. Эта теория впервые ясно и четко установила связь между свойствами движущихся тел и их пространственно-временной метрикой. А. Эйнштейн (1879-1955), выдающийся американский ученый, физик-теоретик, сформулировал некоторые , основные свойства пространства и времени исходя из своей теории:

1) их объективность и независимость от человеческого сознания и сознания всех других разумных существ в мире. Их абсолютность они являются универсальными формами бытия материи, проявляющимися на всех структурных уровнях ее существования;

2)неразрывную связь друг с другом и с движущейся материей;

3)единство прерывности и непрерывности в их структуре - наличие отдельных тел, фиксированных в пространстве при отсутствии каких-либо «разрывов» в самом пространстве;

По существу относительность восторжествовала и в квантовой механике, т.к. ученые признали, что нельзя:

1) найти объективную истину безотносительно от измерительного прибора;

2) знать одновременно и положение, и скорость частиц;

3) установить, имеем мы в микромире дело с частицами или с волнами. Это и есть торжество относительности в физике XX века.

Учитывая столь огромный вклад в современную науку и большое влияние на нее А. Эйнштейна, третью фундаментальную парадигму в истории науки и естествознания назвали эйнштейновской.

14.2 Нутриционная поддержка предотвращает разрушительное действие голодания, пока основной патологический процесс разрешается самостоятельно или под действием лечения. Проведение нутриционной поддержки позволяет отказаться от введения препаратов угнетающих желудочную секрецию и противогрибковых препаратов; Снизить расход антибактериальных препаратов на 30%. Нутриционная поддержка состоит из: обогащенных продуктов, парентерального(лечебное питание, осуществляемое внутривенно, которое дополняет пероральный прием пищи и обеспечивает лишь часть суточных потребностей.), энтеральное п.(это введение питательных смесей в тот участок желудочно–кишечного тракта, где возможно их всасывание.) : зондовое питание и пероральное нутриционное питание.

Нутрициология наука о питании, которая занимается изучением пищевых веществ, компонентов пищи, их действие и взаимодействие, влияние на организм человека в целом.(*) Данное направление науки рассматривает и изучает процессы нарушения всасывания веществ под влиянием неблагоприятных факторов (травмы, заболевания, влияние окружающей среды), а так же предлагает методы эффективной коррекции любых форм недостаточности питания и всасывания веществ в организм человека. Нутриционная Поддержка или питательная поддержка - это комплекс диагностических и лечебных мероприятий, направленных на своевременное выявление, предупреждение и коррекцию недостаточности питания с помощью специальных методов энтерального и парентерального питания.

Энергия химической связи, равна работе, которую необходимо затратить, чтобы разделить молекулу на две части (атомы, группы атомов) и удалить их друг от друга на бесконечное расстояние. Например, если рассматривается энергия химической связи H3C—H в молекуле метана, то такими частицами являются метильная группа CH3 и атом водорода Н, если рассматривается энергия химической связи Н—Н в молекуле водорода, такими частицами являются атомы водорода. Энергия химической связи — частный случай энергии связи, обычно ее выражают в кдж/моль (ккал/моль); в зависимости от частиц, образующих химическую связь, характера взаимодействия между ними (ковалентная связь, водородная связь и другие виды химической связи), кратности связи (например, двойные, тройные связи) энергия химической связи имеет величину от 8—10 до 1000 кдж/моль. Для молекулы, содержащей две (или более) одинаковых связей, различают энергию каждой связи (энергию разрыва связи) и среднюю энергию связи, равную усредненной величине энергии разрыва этих связей. Так, энергия разрыва связи HO—H в молекуле воды, т. е. тепловой эффект реакции H2O = HO + H равен 495 кдж/моль, энергия разрыва связи Н—О в гидроксильной группе — 435 кдж/моль, средняя же энергия химической связи равна 465 кдж/моль. Различие между величинами энергий разрыва и средней энергией химической связи обусловлено тем, что при частичной диссоциации молекулы (разрыве одной связи) изменяется электронная конфигурация и взаимное расположение оставшихся в молекуле атомов, в результате чего изменяется их энергия взаимодействия. Величина энергии химической связи зависит от начальной энергии молекулы, об этом факте иногда говорят как о зависимости энергии химической связи от температуры. Обычно энергию химической связи рассматривают для случаев, когда молекулы находятся в стандартном состоянии или при 0 К. Именно эти значения энергий химических связяй приводятся обычно в справочниках. Энергия химической связи — важная характеристика, определяющая реакционную способность вещества и использующаяся при термодинамических и кинетических расчетах реакций химических. Энергия химической связи может быть косвенно определена по данным калориметрических измерений (см. Термохимия), расчетным способом (см. Квантовая химия), а также с помощью масс-спектроскопии и спектрального анализа.

Энергетический эквивалент пищи

Количество энергии, выделяемой при окислении какого-либо соединения, не зависит от числа промежуточных этапов его распада, т.е. от того, сгорело ли оно или окислилось в ходе катаболических процессов. Запас энергии в пище определяется в колориметрической бомбе - замкнутой камере, погруженной в водяную баню. Точно взвешенную пробу помещают в эту камеру, наполненную чистым О2 и поджигают. Количество выделившейся энергии определяется по изменению температуры воды, окружающей камеру.

При окислении углеводов выделяется 17,17 кДж/г (4,1 ккал/г), окисление 1 г жира дает 38,96 кДж (9,3 ккал). Запасание энергии в форме жира является наиболее экономичным способом длительного хранения энергии в организме. Белки окисляются в организме не полностью. Аминогруппы отщепляются от молекулы белка и выводятся с мочой в форме мочевины. Поэтому при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется больше энергии, чем при его окислении в организме: при сжигании белка в калориметрической бомбе выделяется 22,61 кДж/г 5,4 ккал/г), а при окислении в организме - 17,17 кДж/г 4,1 ккал/г). Разница приходится на ту энергию, которая выделяется при сжигании мочевины,

Определение уровня метаболизма

Почти половина всей энергии, получаемой в результате катаболизма, теряется в виде тепла в процессе образования молекул АТФ(аденозин трифосфат): энергетическая валюта). Мышечное сокращение - процесс еще менее эффективный. Около 80% энергии, используемой при мышечном сокращении, теряется в виде тепла и только 20% превращается в механическую работу (сокращение мышцы). Если человек не совершает работу, то практически вся генерируемая им энергия теряется в форме тепла (например, у человека, лежащего в постели). Следовательно, величина теплопродукции является точным выражением величины обмена в организме человека.

Витамины и пищевые волокна

Пищевые волокна — это часть растительного материала пищи, которая практически не переваривается в ЖКТ (желудочно-кишечном тракте). Тем не менее, пищевые волокна активно влияют на обмен веществ и необходимы для нормальной жизнедеятельности организма человека. Пищевые волокна обладают следующими свойствами: связывают воду, что приводит к их набуханию; - абсорбируют токсичные вещества и выводят их из организма; снижают уровень холестерина; усиливают раздражающее действие пищи, что приводит к стимулированию перистальтики кишечника и более быстрому транзиту пищи; нормализуют полезную микрофлору кишечника.

Однако надо помнить, что пищевые волокна, если они в избытке, связывают и удаляют из организма не только шлаки, но и часть полезных компонентов пищи.

Суточная потребность в пищевых волокнах для взрослого человека составляет 25-30 г . Эта потребность может быть удовлетворена прежде всего за счет включения в рацион хлеба, овощей и фруктов. При увеличении потребления пищевых волокон следует иметь в виду, что такая пища требует приема большего количества жидкости. При нехватке жидкости может возникнуть состояние, называемое несварением желудка.

Витамины — это группа низкомолекулярных незаменимых факторов пищи, которые обладают выраженной биологической активностью. Витамины способны улучшать внутреннюю среду, повышать устойчивость организма к неблагоприятным факторам, повышать работоспособность, замедлять процессы старения и являться надежным средством общей профилактики болезней. Все они имеют большое значение в регуляции обмена веществ и физиологических функций.

Рассмотрим биологическую роль витаминов, суточную норму и их натуральные источники.

Витамин А (ретинол) необходим для здоровой кожи, волос, зубов и ногтей, процесса роста, обеспечения нормального зрения, а также для усвоения белка организмом . Повышает сопротивляемость респираторным инфекциям. Основные источники — печень животных и рыб, сливочное масло, яичный желток, морковь, тыква, петрушка, зеленый лук, кукуруза. Суточная норма – 1-2,5 мг.

Витамин D поддерживают нормальное состояние костных тканей в организме. Необходим для крепких костей и зубов. Основные источники — печень рыб, масло сливочное, яйца, молочные продукты. Суточная норма - 5-10 мкг.

Витамин Е обладает ярко выраженным антиоксидантным действием. Уменьшает воздействие свободных радикалов, разрушающе действующих на клетки. Улучшает снабжение организма кислородом. Основные источники — растительные масла, сливочное масло. Суточная норма – 12-15 мг.

Витамин B1 имеет важное значение в углеводном, белковом и жировом обмене. Жизненно необходим для здоровой нервной системы. Основные источники — печень (и почки) животных и рыб, яйца, пекарные дрожжи, ржаные и пшеничные продукты. Суточная норма – 1,5-2,6 мг.

Витамин В2 входит в состав ферментов, участвующих в процессе переработки белков, жиров и углеводов. Помогает клеткам выводить продукты распада. Основные источники — печень животных и рыб, яйца, молочные продукты, ржаные и пшеничные продукты. Суточная норма – 1,5-3 мг.

Витамин B3 участвует в расщеплении углеводов. Необходим для синтеза натуральных половых гормонов и инсулина. Важен для циркуляции, переноса и поглощения кислорода клетками. Основные источники – печень животных и рыб, мясо, рыба, яйца, молочные продукты, картофель, морковь, пекарные дрожжи. Суточная норма – 5-12 мг.

Витамин В6 играет важную роль в белковом и жировом обмене, а также в регуляции кислотности и желудочной секреции. Необходим для нормального функционирования и роста красных кровяных телец и антител. Основные источники — печень животных, яйца, перец зеленый, морковь, пшеничные продукты (белая мука), дрожжи. Суточная норма – 1,5-3 мг.

Витамин РР (никотиновая кислота, витамин В5) участвует в функционировании большого количества ферментов. Необходим для синтеза натуральных половых гормонов. Важен для циркуляции и переноса кислорода клетками. Основные источники — печень животных и рыб, мясо, рыба, ржаные и пшеничные отруби, дрожжи. Суточная норма – 15-25 мг.

Витамин В12 участвует в синтезе аминокислот. Способствует переработке жировых отложений в энергию. Основные источники — печень (а также почки и сердце) животных и рыб, рыба, мясо. Суточная норма – 1-3 мкг.

Фолиевая кислота участвует в метаболизме белков и углеводов, способствует выделению желудком соляной кислоты для эффективного переваривания белка. Необходима для формирования и воспроизводства клеток. Основные источники – шпинат, печень животных, хлеб, цветная капуста. Суточная норма для взрослого человека – 200-400 мкг, для беременных женщин – до 800 мкг.

Витамин С (аскорбиновая кислота) усиливает действие всех вышеперечисленных витаминов. Необходим для нормального белкового обмена, для образования соединительной ткани, в том числе в стенках кровеносных сосудов, для синтеза стероидных гормонов, играющих важную роль в адаптации организма при стрессовых ситуациях и регулирующих иммунитет. Основные источники — плоды шиповника, черной смородины, рябина, клюква, облепиха, цитрусовые,капуста. Суточная норма – 75-100 мг.

15.1

Принцип дополнительности является основополагающим в современной физике. Понятие дополнительности было введено в науку Н. Бором в 1928 г. Это было время становления квантовой механики. Трудно переоценить значение принципа дополнительности для развития наших представлений о мире и познания различных закономерностей. Мы практически всегда оперируем принципом дополнительности. Так, для характеристики многих физических процессов используется одновременно две величины. Например, при оценке движения материальной точки – координата точки и ее скорость. Одна величина как бы дополняет другую. Это характерно практически для любых движущихся материальных объектов. Так работает на практике принцип дополнительности.

Особенно ярко принцип дополнительности выступает в микромире. Все микрочастицы имеют дуалистическую корпускулярно-волно-вую природу. Инструментальные способы позволили обнаружить эту двойственность микрочастиц сначала у фотона, затем у электрона и других микрочастиц. Любое устройство для детектирования микрочастиц регистрирует их как нечто целое, локализованное в весьма малой области пространства. С другой стороны, можно наблюдать дифракцию и интерференцию этих же микрочастиц на кристаллических решетках или искусственно созданных препятствиях при их движении, то есть микрочастицы обладают выраженными волновыми свойствами.

Однако при оценке явлений окружающего нас мира мы находимся в плену наших макроскопических представлений. Поэтому наблюдатель, оценивая микропроцессы, должен, принимая без сомнения микрочастицы как локализованные объекты (частицы или корпускулы), одновременно «домысливать» их волновые свойства. Наблюдатель должен применять два дополняющих друг друга понятия. Только в совокупности этих двух наборов понятий информация о микропроцессах будет достоверной.

Таким образом, одна характеристика способна отразить только часть истины, а собрав противоречащие друг другу характеристики одного объекта, можно получить полную картину этого объекта. В общей форме принцип дополнительности можно сформулировать так:

► В области квантовых явлений наиболее общие физические свойства какой-либо системы должны быть выражены с помощью дополняющих друг друга пар независимых переменных, каждая из которых может быть лучше определена только за счет соответствующего уменьшения степени определенности другой.[2]

Принцип неопределенности Гейзенберга

Принцип неопределенности является фундаментальным законом микромира. Его можно считать частным выражением принципа дополнительности.В классической механике частица движется по определенной траектории, и в любой момент времени возможно точно определить ее координаты и ее импульс. Относительно микрочастицы такое представление неправомерно. Микрочастица не имеет четко выраженной траектории, она обладает и свойствами частицы, и свойствами волны (корпускулярно-волновой дуализм). В этом случае понятие «длина волны в данной точке» не имеет физического смысла, а поскольку импульс микрочастицы выражается через длину волны – p = к/л, то отсюда следует, что микрочастица с определенным импульсом имеет полностью неопределенную координату, и наоборот.

В. Гейзенберг (1927 г.), учитывая двойственную природу микрочастиц, пришел к выводу, что невозможно одновременно с любой наперед заданной точностью характеризовать микрочастицу и координатами, и импульсом.

Соотношениями неопределенностей Гейзенберга называются неравенства:

Δx · Δpx ≥ h, Δy · Δpy ≥ h, Δz · Δpz ≥ h.

Здесь Δx, Δy, Δz означают интервалы координат, в которых может быть локализована микрочастица (эти интервалы и есть неопределенности координат), Δpx, Δpy, Δpz означают интервалы проекций импульса на координатные оси x, y, z, h – постоянная Планка. Согласно принципу неопределенностей, чем точнее фиксируется импульс, тем значительнее будет неопределенность по координате, и наоборот.

Принцип соответствия

По мере развития науки, углубления накопленных знаний новые теории становятся более точными. Новые теории охватывают все более широкие горизонты материального мира и проникают в ранее неизведанные глубины. Динамические теории сменяются статическими.

Каждая фундаментальная теория имеет определенные границы применимости. Поэтому появление новой теории не означает полного отрицания старой. Так, движение тел в макромире со скоростями значительно меньшими, чем скорость света, всегда будет описываться классической механикой Ньютона. Однако при скоростях, соизмеримых со скоростью света (релятивистских скоростях), механика Ньютона неприменима.

Объективно имеет место преемственность фундаментальных физических теорий. Это и есть принцип соответствия, который можно сформулировать следующим образом: никакая новая теория не может быть справедливой, если она не содержит в качестве предельного случая старую теорию, относящуюся к тем же явлениям, поскольку старая теория уже оправдала себя в своей области.

15.2Жизнь — одно из сложнейших явлений природы. С глубокой древности она воспринималась как таинственная и непознаваемая — вот почему по вопросам её происхождения всегда шла острая борьба между материалистами и идеалистами. Некоторые приверженцы идеалистических взглядов считают жизнь духовным, нематериальным началом, возникшим в результате божественного творения. Материалисты же, напротив, полагают, что жизнь на Земле возникла из неживой материи путем самозарождения (абиогенез) или была занесена из других миров, т.е. является порождением других живых организмов (биогенез).

По современным научным представлениям, жизнь — это процесс существования сложных систем, состоящих из больших органических молекул и неорганических веществ и способных самовоспроизводиться, саморазвиваться и поддерживать свое существование в результате обмена энергией и веществом с окружающей средой. Таким образом, биологическая наука стоит на материалистических позициях. Однако вопрос о происхождении жизни еще окончательно не решен.

В разное время и в разных культурах рассматривались следующие идеи:

креационизм (жизнь была создана Творцом) Согласно этой религиозной концепции, имеющей древние корни, всё существующее во Вселенной, в том числе жизнь, было создано единой Силой — Творцом в результате одного или нескольких актов сверхъестественного творения в прошлом. Организмы, населяющие сегодня Землю, происходят от сотворенных по отдельности основных типов живых существ. Сотворённые виды были с самого начала превосходно организованы и наделены способностью к некоторой изменчивости в определенных границах;

самопроизвольное зарождение (самозарождение; жизнь возникала неоднократно из неживого вещества); а протяжении тысячелетий люди верили в самопроизвольное зарождение жизни, считая его обычным способом появления живых существ из неживой материи. Полагали, что источником спонтанного зарождения служат либо неорганические соединения, либо гниющие органические остатки (концепция абиогенеза). Эта гипотеза была распространена в Древнем Китае, Вавилоне и Египте в качестве альтернативы креационизму, с которым она сосуществовала. Идея самозарождения высказывалась также философами Древней Греции и даже более ранними мыслителями, т.е. она, по-видимому, так же стара, как и само человечество. На протяжении столь длительной истории эта гипотеза видоизменялась, но по-прежнему оставалась ошибочной. Аристотель, которого часто провозглашают основателем биологии, писал, что лягушки и насекомые заводятся в сырой почве. В Средние века многим «удавалось» наблюдать зарождение разнообразных живых существ, таких как насекомые, черви, угри, мыши, в разлагающихся или гниющих остатках организмов. Жизнь может возникнуть только и прошлой жизни

гипотеза стационарного состояния (жизнь существовала всегда); Согласно этой гипотезе Земля никогда не возникала, а существовала вечно; она всегда была способна поддерживать жизнь, а если и изменялась, то очень мало; виды также существовали всегда. Эту гипотезу называют иногда гипотезой этернизма (от лат. eternus — вечный). Это представление соответствует концепции вечной несотворенной Вселенной, характерной для восточных религий, таких как индуизм и буддизм. В контексте современных астрономических знаний эта гипотеза не рассматривается как научная.

гипотеза панспермии (жизнь занесена на Землю с других планет); Гипотеза о появлении жизни на Земле в результате переноса с других планет неких зародышей жизни получила название панспермии (от греч. pan — весь, всякий и sperma — семя). Эта гипотеза примыкает к гипотезе стационарного состояния. Её приверженцы поддерживают мысль о вечном существовании жизни и выдвигают идею о внеземном ее происхождении

биохимические гипотезы (жизнь возникла в земных условиях в ходе процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам, т.е. в результате биохимической эволюции). Первую научную теорию относительно происхождения живых организмов на Земле создал советский биохимик А.И. Опарин (1894–1980). В 1924 г. он опубликовал работы, в которых изложил представления о том, как могла возникнуть жизнь на Земле. Согласно этой теории, жизнь возникла в специфических условиях древней Земли и рассматривается Опариным как закономерный результат химической эволюции соединений углерода во Вселенной. По Опарину, процесс, приведший к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на три этапа: 1. возникновение органических веществ; 2. образование из более простых органических веществ биополимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липидов и др.); 3. возникновение примитивных самовоспроизводящихся организмов. Теория биохимической эволюции имеет наибольшее количество сторонников среди современных учёных. Земля возникла около пяти миллиардов лет назад; первоначально температура её поверхности была очень высокой (до нескольких тысяч градусов). По мере её остывания образовались твёрдая поверхность (земная кора — литосфера).На сегодня биологи признают в качестве научного только последний вариант. Пансперимия также не противоречит, в принципе, основам наук, однако не является самостоятельной гипотезой, поскольку просто переносит процесс биохимического возникновения жизни в другие, внеземные условия.

16.1 Скорость химической реакции (v) характеризуется изменением концентрации реагирующих веществ (моль/л или моль/см3) в единицу времени (сек., мин., ч.). Для гомогенной (однородной) системы скорость химической реакции измеряется количеством веществ, вступивших в реакцию или образовавшихся в результате реакции за единицу времени в единице объема системы. Для гетерогенной системы скорость химической реакции измеряется количеством веществ, вступивших в реакцию или образовавшихся в результате реакции за единицу времени на единице поверхности раздела фаз. Ускорители-катализаторы(химическое вещество, ускоряющее реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции), замедлители-ингибиторы(это вещества, способные в малых количествах замедлять протекание химических процессов или останавливать их.).

Ферменты и коферменты. Любая метаболическая реакция катализируется благодаря специфическому ферменту; характер обмена веществ определяется природой и концентрацией присутствующих в клетке ферментов. Следовательно, чтобы понять обмен веществ, необходимо знать ферменты.

Харден, открывший в начале нынешнего столетия промежуточный обмен веществ, обратил также внимание на еще одну сторону ферментативной деятельности. Он поместил в воду дрожжевой экстракт в небольшом мешке из диализирующей мембраны (через которую просачиваются только молекулы малых размеров). После того как через стенки мешка вышли мелкие молекулы экстракта, последний уже не мог расщеплять сахар. Объяснить это явление просачиванием через мембрану самого фермента нельзя, поскольку вода, в которой находился мешок, также не расщепляла сахара. Однако в соединении с экстрактом внутри мешка она приобретала эту способность. Следовательно, можно сделать вывод: помимо крупных молекул, фермент включает в себя и относительно мелкие, непрочно связанные и потому способные просачиваться через мембрану. Эти мелкие молекулы, являющиеся структурной частью фермента и очень важные для его функционирования, получили название коферментов.

В середине 20-х годов шведский химик Ганс Карл Август Симон Эйлер (род. в 1873 г.) обнаружил, что и другие ферменты содержат коферменты, однако структуру последних удалось выяснить лишь десятилетием позже. Тогда же определили строение витаминов, после чего уже не вызывало сомнения, что в большинстве коферментов в качестве составной части молекулы имеются витаминоподобные структуры.

Итак, витамины, по-видимому, являются той частью коферментов, которые не вырабатываются самим организмом и поэтому должны быть включены в пищу. Без витаминов построение коферментов невозможно, а без коферментов некоторые ферменты оказываются недеятельными и, таким образом, обмен веществ нарушается. В результате наступает авитаминоз, иногда со смертельным исходом.

Поскольку ферменты и коферменты — это катализаторы, нужные организму в малых количествах, витамины тоже нужны в столь же небольших количествах. Этим, собственно, и объясняется тот факт, что ничтожнейшие составные части пищи могут оказаться крайне необходимыми для нормальной жизнедеятельности организма. Ферменты- это белки.

16.2бозоны (названные в честь индийского ученого Шатьендраната Бозе, одного из создателей квантовой статистики) -- это частицы с целыми спинами (0, 1, 2), бозоны переносят взаимодействие. Спин -- одна из важнейших характеристик элементарных частиц. Она определяется собственным моментом импульса частицы. Спин фотона равен 1; это означает, что частица примет тот же вид после полного оборота на 360°. Частица со спином -- 1/2 примет прежний вид при обороте, в 2 раза большем, т. е. в 720°. По видам взаимодействий элементарные частицы: мезоны (адроны с целым спином, т. е. бозоны); калибровочные бозоны -- частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия. бозонами - частицы с целыми значениями спина. Спином называется минимальное значение момента количества движения, которое может иметь частица. Спины и другие моменты импульсов измеряются в единицах h/. Для частиц с ненулевой массой покоя спин равен моменту импульса частицы в системе координат, связанной с ней самой.

Слабое взаимодействие переносится массивными W и Z бозонами. Существуют как положительные W+ бозоны, так и отрицательные W-; Z -бозоны электрически нейтральны. Массы W и Z бозонов велики - выше 80 ГэВ/с2, следствием больших масс промежуточных бозонов слабого взаимодействия является малая - по сравнению с электромагнитной константой - константа слабого взаимодействия. Глюоны, гамма-квант, W и Z бозоны являются фундаментальными бозонами. Спины фундаментальных бозонов равны 1. W- и Z-бозо́ны — элементарные частицы, переносчики слабого взаимодействия. Их открытие (ЦЕРН, 1983) считается одним из главнейших успехов Стандартной модели физики элементарных частиц. W-частица названа по первой букве названия взаимодействия — слабое (Weak) взаимодействие. Z-частица получила такое имя, поскольку Z-бозон имеет нулевой (Zero) электрический заряд.

Таким образом, (без учета античастиц) экспериментально установлено существование 12 фундаментальных фермионов и 4 фундаментальных бозонов.

17.1Атмосфера — это газовая оболочка, которая окружает .Землю. Наличие атмосферы — одно из самых важных условий жизни на планете. Без еды человек может обходити­ся месяц, без воды — неделю, а без воздуха не проживет и нескольких минут.

Атмосфера, как элемент глобальной экосистемы, выполняет несколько основных функций:

•защищает живые организмы от гиблого влияния космических излучений и ударов метеоритов;

•регулирует сезонные и суточные колебания температуры (если бы на Земле не существовало атмосферы, то суточные колебания температу­ри достигали бы ± 200 °С);

•является носителем тепла и влаги;

•есть депо газов, которые принимают участие в фотосинтезе и обеспечивают дыхание;

•предопределяет ряд сложных экзогенных процессов (выветривание горных пород, деятельность естественных вод, мерзлоты, ледников и тому подобное).

СЛОИ АТМОСФЕРЫ:

Атмосфера имеет слоистую структуру.

От поверхности Земли вверх эти слои:ТропосфераСтратосфераМезосфераТермосфераЭкзосфера

Границы между слоями не резкие и их высота зависит от широты и времени года. Слоистая структура - результат температурных изменений на разных высотах. Погода формируется в тропосфере ( нижние примерно 10 км:около 6 км над полюсами и более 16 км над экватором). И верхняя граница тропософеры выше летом, чем зимой.

Тропосфера - ближайший к нам нижний слой атмосферы. Высота верхней границы тропосферы зависит от температуры: зимой она ближе к земной поверхности, летом - дальнейшее. На протяжении суток колебания могут достигать нескольких километров. Нагревается за счет тепла нагретой Солнцем земной поверхности. В тропосфере содержится до 80% влаги всей атмосферы. Характерное постоянное вертикальное перемешивание воздуха, - здесь образуются тучи, отсюда выпадают осадки.

Через разницу температуры воздуха над экватором и полюсами в стратосфере происходят значительные горизонтальные перемещения воздушных масс со скоростью до 300 км/час.

СТРАТОСФЕРА

Над тропосферой до высоты 50-55 км лежит стратосфера, характеризующаяся тем, что температура в ней в среднем растет с высотой. Переходный слой между тропосферой и стратосферой (толщиной 1-2 км) носит название тропопаузы.

Выше были приведены данные о температуре на верхней границе тропосферы. Эти температуры характерны и для нижней стратосферы. Таким образом, температура воздуха в нижней стратосфере над экватором всегда очень низкая; притом летом много ниже, чем над полюсом.

Нижняя стратосфера более или менее изотермична. Но, начиная с высоты около 25 км, температура в стратосфере быстро растет с высотой, достигая на высоте около 50 км максимальных, притом положительных значений (от +10 до +30°). Вследствие возрастания температуры с высотой турбулентность в стратосфере мала.

В мезосфере продолжается снижение давления воздуха и температуры с высотой. Разрежен воздух очень ионизируется, - здесь возникают, так называемые, серебристые тучи. В мезосфере температура начинает повышаться. Считают, что ветер на этих высотах часто изменяет направление и имеет скорость до нескольких сотен километров за год.

В термосфери скорость движения частиц газа достигает очень высоких значений, но благодаря большое разжижение пространства их столкновения бывает очень редко.

Термосфера - это сфера розридженого ионизированного газа - преимущественно кислороду (по данным, полученным с помощью искусственных спутников Земли). Потому ее называют ионосферой. Ионизация является причиной высокой электропроводимости термосфери, в ней проходят мощные электрические токи. В термосфери на высоте 320-400 км. возникают, так называемые, полярные сияния. Считают, что причина их появления - это бомбардировка розриджених газов термосфери потоком корпускулярной солнечной радиации.

Екзосфера - это внешняя сфера Земли. Ее называют также сферой рассеивания. Скорость движения газов в екзосфери приближается к критической - 11,2 км/с, потому они рассеваются в междупланетное пространство. Это в первую очередь относится к водороду, который преобладает в составе екзосфери. Водород побеждает земное притяжение и выносится в космос - до 4-6 тыс. т за год, образует, так называемую, “водородную или гео- корону“ Земли, которая заканчивается на высоте 20 000 км. Газовый состав земной атмосферы, в первую очередь водород, пополняется за счет дегазирования мантии. Из космоса в атмосферу Земли поступают потоки плазмы, которые выбрасывающие Солнцем, и космическая пыль. геокорона постепенно переходит в междупланетный вакуум.

17.2Специальная теория относительности (СТО; также частная теория относительности) — теория, описывающая движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света. В рамках специальной теории относительности классическая механика Ньютона является приближением низких скоростей. Обобщение СТО для гравитационных полей называется общей теорией относительности.

Описываемые специальной теорией относительности отклонения в протекании физических процессов от предсказаний классической механики называют релятивистскими эффектами, а скорости, при которых такие эффекты становятся существенными, — релятивистскими скоростями. К наиболее распространенным эффектам СТО, их ещё называют релятивистскими эффектами, относят:

Замедление времениВремя в движущейся системе отсчета течет медленнее:

где ~t_0 - промежуток времени между двумя событиями в движущейся со скоростью ~ vсистеме отсчёта, ~t' - промежуток времени между этими же событиями, отсчитываемый в покоящейся системе отсчёта.

С этим эффектом связан так называемый парадокс близнецов.

[редактировать]

Сокращение линейных размеров

Линейные размеры тел в движущейся системе отсчета сокращаются:

, для длины.

, для объема.

Такое сокращение размеров еще называют лоренцевым сокращением.

«Утяжеление» при движении

Релятивистская масса движущегося объекта больше массы покоя:

Однако, в современной физической литературе по СТО ~m — масса частицы (инвариантная масса) не зависит от скорости, являясь инвариантом относительно преобразований Лоренца, и является величиной неаддитивной. В данной формуле речь идет о так называемой «релятивистской массе», которая возрастает с увеличением скорости. «Утяжеление» следует понимать лишь условно, как будто справедлив закон Ньютона, а не аналогичный ему закон релятивистской динамики. В современной физической литературе понятие «релятивисткой массы» практически заменено на понятие «массы-энергии», и встречается в основном в ранних работах по теории относительности.

Следует подчеркнуть обратимость эффектов СТО. Например, эффект замедления времени в движущейся системе отсчёта 2 относительно неподвижной системы 1 отсчёта справедлив и для наблюдателя в движущейся системе – для него его собственная система отсчёта 2 неподвижна, и с его точки зрения замедляться время будет в системе отсчёта 1, движущейся в противоположную сторону. Это же касается и видимого сокращения размеров движущихся тел. Данные эффекты являются следствием принятой в СТО процедуры измерения времени и размеров посредством электромагнитной волны и процедуры установления одновременности, то есть связи между пространственной координатой тех или иных часов и временем регистрации события этими часами.

18.1Основные принципы эволюционной теории Ч. Дарвина. Сущность дарвиновской концепции эволюции сводится к ряду логичных, проверяемых в эксперименте и подтвержденных огромным количеством фактических данных положений:

1. В пределах каждого вида живых организмов существует огромный размах индивидуальной наследственной изменчивости по морфологическим, физиологическим, поведенческим и любым другим признакам. Эта изменчивость может иметь непрерывный, количественный, или прерывистый качественный характер, но она существует всегда.

2.Все живые организмы размножаются в геометрической прогрессии.

3.Жизненные ресурсы для любого вида живых организмов ограничены, и поэтому должна возникать борьба за существование либо между особями одного вида, либо между особями разных видов, либо с природными условиями. В понятие «борьба за существование» Дарвин включил не только собственно борьбу особи за жизнь, но и борьбу за успех в размножении.

4.В условиях борьбы за существование выживают и дают потомство наиболее приспособленные особи, имеющие те отклонения, которые случайно оказались адаптивными к данным условиям среды. Это принципиально важный момент в аргументации Дарвина. Отклонения возникают не направленно — в ответ на действие среды, а случайно. Немногие из них оказываются полезными в конкретных условиях. Потомки выжившей особи, которые наследуют полезное отклонение, позволившее выжить их предку, оказываются более приспособленными к данной среде, чем другие представители популяции.

5. Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором.

6.Естественный отбор отдельных изолированных разновидностей в разных условиях существования постепенно ведет к дивергенции (расхождению) признаков этих разновидностей и, в конечном счете, к видообразованию.

На этих постулатах, безупречных с точки зрения логики и подкрепленных огромным количеством фактов, была создана современная теория эволюции.

Главная заслуга Дарвина в том, что он установил механизм эволюции, объясняющий как многообразие живых существ, так и их изумительную целесообразность, приспособленность к условиям существования. Этот механизм — постепенный естественный отбор случайных ненаправленных наследственных изменений.

Дарвин считал, что некоторые виды организмов нельзя считать неизменными. В условиях интенсивной конкуренции м-ду членами популяции любые изменения, благоприятные для выживания в данных условиях повышали бы способность особи размн-ся и оставлять плодовитое потомство, а неблагоприятные изменения не выгодны, и у организмов, переживающих эти неблагоприятные изменения, шансы на успешное размножение понижались бы. В 1859 г. Дарвин опубликовал труд «происхождение видов путем естеств отбора». На пару с А.Уоллесом, Дарвин сделал доклад: механизмом, с помощью к-рого из предшеств. видов возникают новые виды, служит естеств. отбор. Он основан на 3 наблюд. и 2 выводах:

1 Наблюдение: Особи, входящие в состав популяции, обладают большим репродуктивным потенциалом

2 Наблюдение: Число особей в каждой данной популяции примерно постоянно.

3Наблюдение: Во всех популяциях существует изменчивость.

Вывод1: Многие особи не могут оставить после себя потомство. В популяции идет борьба за существование.

Вывод2: В популяции наиболее приспособленные к условиям жизни имеют больше преимуществ оставить после себя потомство, чем менее приспособленные. Вывод под номером 2 выражает гипотезу о естественном отборе как механизме эволюции.

18.2Общаятеория относительности (ОТО) — физическая теория пространства-времени и тяготения, основана на экспериментальном принципе эквивалентности гравитационной и инерционной масс и предположении о линейности связи между массой и вызываемыми ею гравитационными эффектами. В рамках этой теории, являющейся дальнейшим развитием специальной теории относительности, постулируется, что гравитационные эффекты вызываются не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а являются проявлениями деформаций самого пространства-времени, вызываемых локальным присутствием массы-энергии. Таким образом, в ОТО, как и в других метрических теориях, гравитация — не силовое взаимодействие

Основные принципы общей теории относительности

1.Необходимость релятивистской теории гравитации

Теория гравитации Ньютона основана на понятии силы тяготения, которая является дальнодействующей силой — она действует мгновенно на любом расстоянии. Этот мгновенный характер действия несовместим с полевой парадигмой современной физики, и, в частности, со специальной теорией относительности, выведенной Эйнштейном, Пуанкаре и Лоренцом в 1905 году. Действительно, в этой теории никакая информация не может распространиться быстрее скорости света в вакууме.

2. Принцип равенства гравитационной и инертной масс

В классической механике Ньютона существует два понятия массы: первое относится ко второму закону Ньютона, а второе — к закону всемирного тяготения. Первая масса — инертная (или инерционная) — есть отношение негравитационной силы, действующей на тело, к его ускорению. Вторая масса — гравитационная (или, как её иногда называют, тяжёлая) — определяет силу притяжения тела другими телами и его собственную силу притяжения. Вообще говоря, эти две массы измеряются, как видно из описания, в различных экспериментах, поэтому совершенно не обязаны быть пропорциональными друг другу. Их строгая пропорциональность позволяет говорить о единой массе тела как в негравитационных, так и в гравитационных взаимодействиях. Подходящим выбором единиц можно сделать эти массы равными друг другу.

3. Принцип движения по геодезическим линиям

Если гравитационная масса точно равна инерционной, то в выражении для ускорения тела, на которое действуют лишь гравитационные силы, обе массы сокращаются. Поэтому ускорение тела, а, следовательно, и его траектория не зависит от массы и внутреннего строения тела. Если же все тела в одной и той же точке пространства получают одинаковое ускорение, то это ускорение можно связать не со свойствами тел, а со свойствами самого пространства в этой точке.

Таким образом описание гравитационного взаимодействия между телами можно свести к описанию пространства-времени, в котором двигаются тела. Естественно предположить, как это и сделал Эйнштейн, что тела двигаются по кратчайшим (в некотором смысле) траекториям — геодезическим линиям. Теория геодезических линий была разработана математиками ранее, ещё в XIX веке.

Гравитация Вселенной

В структуре окружающего нас мира гравитация (тяготение) играет чрезвычайно важную, фундаментальную роль. По сравнению с электрическими силами притяжения и отталкивания между двумя заряженными элементарными частицами тяготение очень слабо. Причина, по которой столь большой разрыв по величине не обнаруживается на каждом шагу в повседневной жизни, заключается в том, что преобладающая часть вещества в своей обычной форме электрически почти нейтральна, поскольку число положительных и отрицательных зарядов в его объеме одинаково. Поэтому огромные электрические силы объема просто не имеют возможности полностью развиться. Сила гравитационного притяжения настолько невелика, что измерить ее действие между телами обычных размеров, в лабораторных условиях, удается только при соблюдении особых предосторожностей. Например, сила гравитационного притяжения между двумя людьми массой по 80 кг, стоящих вплотную спиной друг к другу, менее 10–5 Н (= 1 дине). Измерения столь слабых сил затрудняются необходимостью их выделения на фоне разного рода посторонних сил. По мере увеличения масс гравитационные эффекты становятся все более заметными и в конце концов начинают доминировать над всеми остальными. Представим

себе условия, царящие на одном из малых астероидов Солнечной системы – на шаровидной каменной глыбе радиусом 1 км. Сила тяжести на поверхности такого астероида составляет 1/15 000 силы тяжести на поверхности Земли, где ускорение свободного падения равно 9,81 м/с2. Масса, весящая на поверхности Земли одну тонну, - на поверхности такого астероида весила бы около 50 г. Скорость отрыва (при которой тело, двигаясь по радиусу от центра астероида, преодолевает созданное последним гравитационное поле) составила бы всего лишь 1,2 м/с, или 4 км/ч (скорость не очень быстро идущего пешехода), так что, гуляя по поверхности астероида, приходилось бы избегать резких движений и не превышать указанную скорость, чтобы не улететь навсегда в космическое пространство. Роль самогравитации растет по мере перехода ко все более крупным телам – Земле, большим планетам, вроде Юпитера, и, наконец, к звездам, например Солнцу. Так, самогравитация поддерживает сферическую форму жидкого ядра Земли и окружающей это ядро ее твердой мантии, как и земную атмосферу. Межмолекулярные силы сцепления, удерживающие вместе частицы твердых тел и жидкостей, в космических масштабах уже не эффективны, и только самогравитация позволяет существовать как единому целому таким гигантским газовым шарам, как звезды. Без гравитации этих тел просто не было бы, как не было бы и миров, пригодных для жизни. При переходе к еще большим масштабам гравитация организует отдельные небесные тела в системы. Размеры таких систем разные, – от сравнительно небольших (с астрономической точки зрения) и простых систем, как, например, система Земля – Луна, Солнечная система и двойные или кратные звезды, - до насчитывающих сотни тысяч звезд больших звездных скоплений. «Жизнь», или эволюцию, отдельного звездного скопления можно рассматривать как балансирование между взаимным расхождением звезд и тяготением, которое стремится удержать скопление как единое целое. Время от времени, какая-нибудь звезда, двигаясь в направлении других звезд, приобретает от них импульс и скорость, позволяющие ей вылететь из скопления и навсегда покинуть его. Оставшиеся звезды образуют еще более тесное скопление, и тяготение связывает их еще сильнее, чем прежде. Тяготение помогает также удерживаться вместе в космическом пространстве газовым и пылевым облакам, а иногда даже сжимает их в компактные и более или менее шарообразные сгустки материи. Темные силуэты многих таких объектов можно наблюдать на более ярком фоне Млечного Пути. Согласно принятой сегодня теории формирования звезд, если масса такого объекта достаточно велика, то давление в его недрах достигает уровня, при котором становятся возможными ядерные реакции, и плотный сгусток материи превращается в звезду. Астрономам удалось получить снимки, подтверждающие образование звезд в тех местах космического пространства, где ранее наблюдались только облака материи, что свидетельствует в пользу существующей теории. Тяготение играет важнейшую роль во всех теориях происхождения, развития и строения Вселенной в целом. Почти все они опираются на общую теорию относительности. В этой теории, созданной Эйнштейном в начале 20 в., тяготение рассматривается как свойство четырехмерной геометрии пространства-времени, как нечто подобное кривизне сферической поверхности, обобщенной на большее число измерений «Искривленность» пространства-времени тесно связана с распределением находящейся в нем материи. Простра́нство-вре́мя (простра́нственно-временно́й конти́нуум) — физическая модель, дополняющая пространство равноправным[1] временны́м измерением и, таким образом, создающая теоретико-физическую конструкцию, которая называется пространственно-временным континуумом. В соответствии с теорией относительности, Вселенная имеет три пространственных измерения и одно временное измерение, и все четыре измерения органически связаны в единое целое, являясь почти равноправными и (в определенных рамках, см.примечания ниже), способные переходить друг в друга при смене наблюдателем системы отсчета. В рамках общей теории относительности пространство-время имеет и единую динамическую природу, а его взаимодействие со всеми остальными физическими объектами (телами, полями) - есть гравитация. Таким образом, теория гравитации в рамках ОТО есть теория пространства-времени (полагаемого в ней не плоским, а способным динамически менять свою кривизну). Пространство-время непрерывно и с математической точки зрения представляет собой многообразие, которое обычно наделяют лоренцевой метрикой.

Билет № 20 Вопрос 1.

Химический элемент – это определенный вид атомов, характеризующийся одинаковым зарядом ядра. Атом – электронейтральная система взаимодействующих элементарных частиц. Составные части атома – ядро и электроны. Каждый элемент имеет свое название и краткое стандартное обозначение из одной или двух букв латинского алфавита (например, С – от лат. carbon – для углерода, Н – от лат. hydrogen – для водорода, Fe – отлат. ferrum – для железа). Из этих знаков складывается своеобразный язык химии – химические формулы, которые зашифровывают строение вещества; химические реакции тоже пишутся с использованием химических формул. Специальные международные конгрессы ИЮПАК (International Union of Pure and Applied Chemistry) неоднократно собирались в течение всего XX в. для того, чтобы привести к единому международному стандарту химические формулы и термины. Поэтому химикам разных стран не обязательно изучать иностранные языки, они хорошо понимают друг друга с помощью интернационального языка химиков.

В настоящее время известно 110 элементов. Некоторые элементы известны с древних времен (не в чистом виде, с возможными примесями, – например, железо, а также любимые алхимиками ртуть, сера), еще до того, как в XVII в. известный английский ученый Роберт Бойль дал первое научное определение понятия «химический элемент». Согласно его определению,

► Элемент – это простое тело, предел химического разложения вещества, переходящее без изменения из состава одного сложного тела в состав другого.

Примерно за 200 последующих лет, к моменту открытия Д. И. Менделеевым его знаменитой Периодической системы элементов, ученые владели знаниями о 63 элементах. Сравнительный анализ показывал, что многие элементы обладают похожими физическими и химическими свойствами и их можно объединять в группы, создавая тем самым классификацию химических элементов. Необходимость в подобной классификации как в удобном и эффективном методе познания свойств вещества, а главное, предсказания свойств известных к тому времени и еще не открытых элементов, стала настоятельной к середине XIX в.

Открытие в 1869 г. великим русским ученым Дмитрием Ивановичем Менделеевым Периодического закона и разработка Периодической системы химических элементов, в которой сумма знаний об элементах была приведена в стройный порядок, полностью решили эту задачу.

Менделеев считал, что основой классификации химических элементов являются их атомные веса. Периодический закон в его интерпретации был сформулирован следующим образом: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов». Менделеев не только классифицировал в своей системе известные к тому времени элементы, но и предсказал открытие новых элементов, для которых он зарезервировал определенные места в своей Периодической таблице, причем не только предсказал открытие, но и описал физические и химические свойства этих элементов. Все предсказанные Менделеевым элементы были впоследствии открыты разными учеными разных стран в XIX и ХХ вв. Среди них полоний и радий, открытые Пьером и Марией Кюри, радон, открытый Эрнстом Резерфордом, и др. Все пустые места в таблице Менделеева были заполнены, и сейчас таблица наращивается, продолжая заполняться новыми трансурановыми элементами, которые образуются в результате ядерного синтеза в искусственных условиях циклотронов, то есть ускорителей элементарных частиц.

Отбор химических элементов во Вселенной, абиотической среде на Земле и в живых организмах.

Начало этой науки было положено при разработке теории биохимической эволюции, объясняющей происхождение жизни на Земле в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам. Первой стадией биохимической эволюции считается химическая эволюция, или абиогенез, которая, согласно этой теории, протекала в три этапа. Первый этап – синтез низкомолекулярных органических соединений из газов первичной атмосферы; второй этап – полимеризации мономеров с образованием цепей белков и нуклеиновых кислот; третий этап – образование фазово-обособленных систем органических веществ, отделенных от внешней среды мембранами. В процессе развития нашей планеты происходил отбор химических элементов в биотических и абиотических системах.

Основу живых систем составляют только 6 элементов, получивших название органогенов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, сера. Их общая весовая доля в организме составляет более 97 %. За ними следуют 11 элементов, которые принимают участие в построении многих физиологически важных компонентов биосистем: натрий, калий, кальций, магний, железо, кремний, алюминий, хлор, медь, цинк, кобальт. Их весовая доля в организме – 1,6 %. Есть еще 20 элементов, участвующих в построении и функционировании отдельных специфических биосистем, доля которых составляет 1 %. Участие всех остальных элементов в построении биосистем практически не зафиксировано. И в абиотической среде есть свидетельства об отборе элементов. Более 99 % всех природных соединений содержат те же 17 элементов, на долю всех остальных приходится менее 1 % соединений.

Если говорить о химической картине мира в целом, учитывая как природные, так и синтетические продукты, то оказывается, что в настоящее время известно около 8 млн химических соединений. Из них 96 % – органические соединения, а на долю неорганических соединений (4 %) приходится всего около 300 тыс. простых и сложных веществ. Большую часть вещества во Вселенной составляют водород и гелий. Более тяжелые элементы существуют во Вселенной в очень малых количествах: например, наша звезда – Солнце – содержит не более 2 % тяжелых элементов.

Элементы-органогены. Макро- и микроэлементы.

Макроэлементы

Эти элементы слагают плоть живых организмов. К макроэлементам относят те элементы, рекомендуемая суточная доза потребления которых составляет более 200 мг. Макроэлементы, как правило, поступают в организм человека вместе с пищей.

Биогенные элементы

• Кислород- 65%

• Углерод- 18%

• Водород- 10%

• Азот- 3%

Эти макроэлементы называют биогенными (органогенными) элементами или макронутриентами (англ. macronutrient). Из макронутриентов преимущественно построены такие органические вещества, как белки, жиры, углеводы и нуклеиновые кислоты. Для обозначения макронутриентов иногда используют акроним CHNO, состоящий из обозначений соответствующих химических элементов в таблице Менделеева.

Другие макроэлементы

Рекомендуемая суточная доза > 200 мг:

КалийКальцийМагнийНатрийСераФосфорХлор

Микроэлементы

Термин «микроэлементы» получил особое распространение в медицинской, биологической и сельскохозяйственной научной литературе в середине XX века. В частности, для агрономов стало очевидным, что даже достаточное количество «макроэлементов» в удобрениях (троица NPK — азот, фосфор, калий) не обеспечивает нормального развития растений.

Микроэлементами называются элементы, содержание которых в организме мало, но они участвуют в биохимических процессах и необходимы живым организмам. Рекомендуемая суточная доза потребления микроэлементов для человека составляет менее 200 мг. В последнее время стал использоваться заимствованный из европейских языков термин микронутриент (англ. micronutrient).

Поддержание постоянства внутренней среды (гомеостаза) организма предусматривает в первую очередь поддержание качественного и количественного содержания минеральных веществ в тканях органов на физиологическом уровне.

Основные микроэлементы

По современным данным более 30 микроэлементов считаются необходимыми для жизнедеятельности растений, животных и человека. Среди них (в алфавитном порядке):

Бром,Железо,Йод,Кобальт,Марганец,Медь,Молибден,Селен,Фтор,Хром,Цинк

Чем меньше концентрация соединений в организме, тем труднее установить биологическую роль элемента, идентифицировать соединения, в образовании которых он принимает участие. К числу несомненно важных относят ванадий, кремний и др.