Вещество

1. Адронное вещество — основную массу этого типа вещества составляют элементарные частицы адроны

2. Барионное вещество (барионная материя) — основной (по массе) компонент — барионы

3. Вещество в классическом понимании. Состоит из атомов в обычном смысле этого слова, то есть из атомов, содержащих протоны, нейтроны и электроны. Эта форма материи доминирует в Солнечной системе и в ближайших звёздных системах

4. Антивещество — состоит из антиатомов, содержащих антипротоны, антинейтроны и позитроны

5. Нейтронное вещество — состоит преимущественно из нейтронов и лишено атомного строения. Основной компонент нейтронных звёзд, существенно более плотный, чем обычное вещество, но менее плотный, чем кварк-глюонная плазма

6. Другие виды веществ имеющих атомоподобное строение (например, вещество, образованное мезоатомами с мюонами)

Кварк-глюонная плазма — сверхплотная форма вещества, существовавшая на ранней стадии эволюции Вселенной до объединения кварков в классические элементарные частицы (до конфайнмента)

Докварковые сверхплотные материальные образования, составляющие которых — струны и другие объекты, c которыми оперируют теории великого объединения (см. теория струн, теория суперструн). Основные формы материи, предположительно существовавшие на ранней стадии эволюции Вселенной. Струноподобные объекты в современной физической теории претендуют на роль наиболее фундаментальных материальных образований, к которым можно свести все элементарные частицы, т.е. в конечном счёте, все известные формы материи. Данный уровень анализа материи, возможно, позволит объяснить с единых позиций свойства различных элементарных частиц. Принадлежность к «веществу» здесь следует понимать условно, поскольку различие между вещественной и полевой формами материи на данном уровне стирается

Поле, в отличие от вещества, не имеет внутренних пустот, обладает абсолютной плотностью.

1. Поле (в классическом смысле)

2. Электромагнитное поле

3. Гравитационное поле

4. Квантовые поля различной природы. Согласно современным представлениям квантовое поле является универсальной формой материи, к которой могут быть сведены как вещества, так и классические поля

Материальные объекты неясной физической природы

1. Тёмная материя

2. Тёмная энергия

Эти объекты были введены в научный обиход для объяснения ряда астрофизических и космологических явлений.

Вещество

Классическое вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний: газообразном, жидком или твердом. Кроме того, выделяют высокоионизованное состояние вещества (чаще газообразного, но, в широком смысле, любого агрегатного состояния), называемое плазмой.

В химическом отношении все вещества подразделяют на простые и сложные (химические соединения), а также на неорганические и органические вещества.

Элементарные частицы и поля

Среди элементарных частиц, составляющих вещества и поля, выделяют фермионы и бозоны, а также частицы, обладающие и не обладающие массой покоя (безмассовые частицы). Кроме того, отдельно выделяют виртуальные частицы, которые можно рассматривать как частицы, возникающие в промежуточных состояниях взаимодействия реальных элементарных частиц. Виртуальные частицы определяют свойства физического вакуума, который, таким образом, в современной физике также приобретает атрибуты материальной среды.

Материя в общей теории относительности

Согласно укоренившейся терминологии материальными полями в общей теории относительности называют все поля, кроме гравитационного.

24. Загадка появления жизни на Земле возникла вместе с появлением человека разумного. Многовековые исследования и попытки решения этой проблемы породили разные концепции возникновения жизни: креационизм – сотворение жизни Богом; концепция самопроизвольного зарождения из неживого вещества; концепция стационарного состояния, согласно которой жизнь существовала всегда; концепция внеземного происхождения жизни и концепция происхождения жизни в результате развития физических и химических процессов.

Концепция креационизма, по существу, научной не является, поскольку она возникла в рамках религиозного мировоззрения. Она утверждает, что жизнь такова, какова она есть, потому что такой её сотворил Бог. Тем самым практически снимается вопрос о научном решении проблемы происхождения и сущности жизни. Тем не менее, эта концепция продолжает пользоваться довольно большой популярностью.

Концепция самопроизвольного возникновения жизни из неживого вещества существовала в Вавилоне, Египте, Китае, Греции как альтернатива креационизма. Отвергая идею творения мира и жизни, ученые вплоть до середины Х1Х века придерживались идеи самопроизвольного зарождения жизни из различных материальных образований. В том числе из гниющей земли, пшеницы и грязного белья. Этой точки придерживались такие крупные ученые и мыслители, как Аристотель, врач Парацельс, эмбриолог Гарвей, Коперник, Галилей, Декарт, Гетте и др. Их авторитет во многом определил длительный срок существования идеи самозарождения и её широкое распространение. Ни опыты Ф.Реди (XVII в.), который доказал невозможность самозарождения червей из гниющего мяса при отсутствии мух и провозгласил знаменитый принцип «все живое – от живого», ни даже опыты Спалланцани (ХVIII в.), показавшие, что в прокипяченных органических настоях не могут самопроизвольно зарождаться микроорганизмы, не оказали сильного влияния на господствующую в науке концепцию спонтанного самозарождения.

Лишь в 60-е годы Х1Х в. удалось строго научно обосновать несостоятельность этой концепции. Опыты Пастера продемонстрировали, что микроорганизмы появляются в органических растворах в силу того, что туда были ранее занесены их зародыши. Если же сосуд с питательной средой оградить от занесения в него микробов, то не произойдет ни какого самозарождения. Опыты Пастера подтвердили принцип Реди и показали научную несостоятельность концепции спонтанного самозарождения организмов. Но они не давали ответа на вопрос, откуда взялась жизнь.

Примерно в это же время на стыке космогонии и физики немецким ученым Г.Рихтером разрабатывается гипотеза занесения жизни из Космоса. Согласно этой идеи, зародыши простых организмов могли попасть в земные условия вместе с метеоритами и космической пылью и положить начало эволюции живого, которая в свою очередь породила все многообразие земной жизни. Концепцию панспермии разделяли такие крупные ученые, как С.Аррениус, Г.Гельмгольц, В.И.Вернадский, что способствовало её широкому распространению среди ученых. Но эта гипотеза не решает проблемы происхождения жизни, а лишь выносит её за пределы Земли, если жизнь была занесена на Землю из Космоса, то где и как она возникла?

Есть вариант этой гипотезы, утверждающий вечность жизни во Вселенной. Считается, что после Большого взрыва, в результате которого образовалась наша Вселенная, в процессе появления вещества на самых ранних этапах эволюции Вселенной произошло разделение этого вещества на живое и неживое, и жизнь существует столько же времени, сколько и весь космос.

Наряду с гипотезой панспермии в современной научной литературе сохраняется также гипотеза о случайном характере возникновения на Земле первичной живой молекулы, которая появилась лишь раз за всё время существования нашей планеты. В силу этого обстоятельства экспериментальную проверку данной гипотезы провести невозможно. Эта гипотеза получила широкое распространение среди генетиков в связи с открытием роли ДНК в явлениях наследственности.

Однако более продуктивно рассматривать жизнь как особую форму движения материи, закономерно возникшую на определенном этапе её развития. Сегодня наиболее перспективным направлением является исследование возникновения жизни из неживой материи на нашей планете в ходе процессов самоорганизации. Научная постановка проблемы возникновения жизни принадлежит Ф.Энгельсу, считавшему, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе эволюции материи. В 1924 году в книге А.И.Опарина «Происхождение жизни» была впервые сформирована естественно-научная концепция, согласно которой возникновение жизни – результат сначала химической, а затем биологической эволюции на Земле. Эта концепция получила наибольшее признание в научной среде. Этот процесс был неразрывно связан с геологической эволюцией Земли.

Жизнь на Земле основана на углероде, хотя в принципе можно предположить существование жизни на кремниевой основе. Углерод способен создавать разнообразные (несколько десятков миллионов), подвижные, низкоэлектропроводные, студенистые, насыщенные водой, длинные скрученные цепеобразные структуры. Соединение углерода с водородом, кислородом, азотом, фосфором, серой, железом обладают замечательными каталитическими, строительными, энергетическими, информационными и иными свойствами. Кислород, водород и азот наряду с углеродом можно отнести к «кирпичикам» живого. Клетка состоит на 70% из кислорода, 17% углерода, 10% водорода, 3% азота. Все кирпичики живого принадлежат к наиболее устойчивым и распространенным во Вселенной химическим элементам.

Согласно концепции Опарина, периоду развития жизни предшествовал длительный период химической эволюции Земли, во время которой (3-5млн. лет тому назад) образовались сложные органические вещества и протоклетки. А.И.Опарин полагал, что органические вещества могли создаваться в океане из более простых соединений. Энергию для этих реакций, вероятно, доставляла солнечная радиация (главным образом, ультрафиолетовая), падавшая на Землю до того, как образовался слой озона, который стал задерживать большую её часть. Разнообразие находящихся в океанах соединений, площадь поверхности Земли, доступность энергии и масштабы времени позволяют предположить, что в океанах постепенно накопились органические вещества, и образовался «первичный бульон», в котором могла возникнуть жизнь. После того, как углеродистые соединения образовали «первичный бульон», могли образовываться биополимеры-белки и нуклеиновые кислоты, обладающие свойством самопроизводства себе подобных.

В подтверждение возможности абиогенного (неживого) синтеза были проведены следующие опыты. Воздействуя на смесь газов электрическими зарядами, имитирующими молнию, и ультрафиолетовым излучением, ученые получили сложные органические соединения, входящие в состав живых белков. Американский ученый С.Миллер в 1953 году синтезировал ряд аминокислот при пропускании электрического заряда через смесь газов, предположительно составлявших первичную земную атмосферу. Были синтезированы и простые нуклеиновые кислоты.

Начало жизни на Земле – появление нуклеиновых кислот, способных к воспроизводству белков. Переход от сложных органических веществ к простым живым организмам пока не ясен. Теория биохимической эволюции предлагает лишь общую схему. Самое трудное здесь – объяснить способность живых систем к самовоспроизведению, т.е. сам переход от сложных неживых систем к простым живым организмам. Главное структурное отличие живого от неживого – это клетка. Все основные процессы, определяющие поведение живого организма, протекают в клетках. Тысячи химических реакций происходят одновременно для того, чтобы клетка могла получить необходимые питательные вещества, синтезировать специальные биомолекулы и удалить отходы.

Клетки без ядра, но имеющие нити ДНК, напоминают нынешние бактерии и сине – зеленые водоросли. Возраст таких самых древних организмов около 3 млрд. лет. На следующем этапе (2 млрд. лет) в клетке появляется ядро. Одноклеточные организмы с ядром называются простейшими. Их 25-30 тысяч видов. Самые простые из них – амебы. Инфузории имеют ещё и реснички. Многие простейшие обладают сложным двигательным аппаратом.

Примерно 1 млрд. лет тому назад произошло разделение живых существ на два царства – растений и животных. Как считает большинство биологов различие между ними нужно делать по трем основаниям:

1) по структуре клеток и их способности к росту;

2) по способу питания;

3) по способности к движению.

При этом отнесение живого существа к одной из этих частей следует проводить не по каждому отдельному основанию, а по совокупности всех трех. Это связано с тем, что между растениями и животными существуют переходные типы, которые обладают свойствами той и другой группы. Так, например, кораллы, моллюски, речная губка всю жизнь остаются неподвижными, как растения, но по другим признакам их относят к животным. Существуют насекомоядные растения, которые по способу питания относятся к животным. В биологии известны такие переходные типы живых организмов, которые питаются как растения, а двигаются как животные.

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

26. Генетика (от греч. genesis - происхождение), наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. Генетика по праву может считаться одной из самых важных областей биологии. На протяжении тысяче-летий человек пользовался генетическими методами для улучшения домашних животных и возделывае¬мых растений, не имея представления о механизмах, лежащих в основе этих методов.

В зависимости от объекта исследования выделяют генетику растений, генетику животных, генетику микроорганизмов, генетику человека и т. п., а в зависимости от используемых методов других дисциплин – биохимическую генетику, молекулярную генетику, экологическую генетику, и др.

Генетика вносит огромный вклад в развитие теории эволюций (эволюционная генетика, генетика популяций). Идеи методы генетики находят применение во всех областях человеческой деятельности, связанной с живыми организмами. Они имеют важное значение для решения проблем медицины, сельского хозяйства, микробиологической промышленности. Новейшие достижения генетики связанны с развитием генетической инженерии.

Основные проблемы генетики.

Наследственные болезни и их причины. Эти болезни могут быть вызваны нарушениями в отдельных генах, хромосомах или хромосомных наборах, изменениями генетической информации непосредственно в генах.

Наследуются ли способности? Ученые считают, что в каждом человеке есть зерно таланта. Талант развивается трудом. Генетически человек по своим возможностям богаче, но не реализует их полностью в своей жизни.

Действует ли естественный отбор в человеческом обществе? История человечества – это изменение генетической структуры популяций вида Homo sapiens под воздействием биологических и социальных факторов. Войны, эпидемии изменяли генофонд человечества. Естественный отбор за последние 2 тыс. лет не ослабел, а только изменился: на него наслоился отбор социальный.

Пересадка органов. Пересадка органов от доноров – очень сложная операция, за которой следует не менее сложный период приживления трансплантата. Очень часто трансплантат отторгается и пациент погибает. Ученые надеются, что эти проблемы можно будет решить с помощью клонирования.

Клонирование – метод генной инженерии, при котором потомки получаются из соматической клетки предка и поэтому имеют абсолютно такой же геном.

Уродства. Развитие нового живого существа происходит в соответствии с генетическим кодом, записанным в ДНК, которая содержится в ядре каждой клетки организма. Иногда под воздействием факторов среды – радиоактивных, ультрафиолетовых лучей, химических веществ – происходит нарушение генетического кода, возникают мутации, отступления от нормы.

Роль воспроизводства в развитии живого.

Важнейшей функцией жизнедеятельности является функция самопроизводства. Иначе говоря, жизнедеятельность есть процесс удовлетворения потребности по воспроизводству человеком своего живого существа в рамках той системы, в которую он включен в качестве элемента, т.е. в условиях окружающей среды. Принимая в качестве исходного тезиса посылку, что жизнедеятельность имеет важнейшую потребность в воспроизводстве своего субъекта, как обладателя человеческого организма, следует отметить, что воспроизводство осуществляется двояким образом: во-первых, в процессе потребления вещества и энергии из окружающей среды, и во-вторых, в процессе биологического размножения, то есть рождения потомства. Первый вид реализации потребности в звене “внешняя среда-организм” можно выразить как воспроизводство “живого из неживого”. Человек существует на земле благодаря постоянному потреблению из среды необходимых веществ и энергии.

Генная инженерия — создание новых форм организмов, в том числе высших, наделенных свойствами, ранее у них отсутствовавшими.

Генно-инженерная деятельность - деятельность, осуществляемая с использованием методов генной инженерии и генно-инженерно-модифицированных организмов; Законодательство Российской Федерации в области генно-инженерной деятельности состоит из настоящего Федерального закона, других федеральных законов и иных нормативных правовых актов Российской Федерации, а также законов и иных нормативных правовых актов субъектов Российской Федерации.

Основные этапы решения генноинженерной задачи следующие:

1. Получение изолированного гена.

2. Введение гена в вектор для переноса в организм.

3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.

4. Преобразование клеток организма.

5. Отбор генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.

Значение : Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования.

Генная инженерия человека могла бы применяться для лечения наследственных болезней. При помощи генной инженерии можно получать потомков с изменённой внешностью, умственными и физическими способностями, характером и поведением. В принципе можно создавать и более серьёзные изменения, но на пути подобных преобразований человечеству необходимо решить множество этических проблем.