9 Эволюционные концепции в современном естествознании 9 1

9. Эволюционные концепции в современном естествознании. 9. 1. Эволюция Вселенной. 9. 2. Эволюция Земли. 9. 3. Эволюционные идеи в химии. 9. 4. Современные концепции происхождения жизни на Земле. КСЕ

9. 1. Эволюция Вселенной Классическая модель: стационарная бесконечная Вселенная. Космологические парадоксы Ж. Шезо, швейцарский астроном (XVIII век) – фотометрический парадокс: в бесконечной Вселенной должна быть бесконечная светимость неба. Х. Зелигер, немецкий астроном, конец ХIХ века – гравитационный парадокс: в бесконечной Вселенной сила тяготения бесконечно велика и должен произойти коллапс. КСЕ

Современные представления о Вселенной А. А. Фридман, российский математик, 1923 г. : Вселенная расширяется, она не стационарна! Эдвин Хаббл, американский астроном (1889 -1953 г. ) - «красное смещение» спектральных линий в излучениях галактик. Закон Хаббла: удаляющиеся друг от друга галактики движутся со скоростями, пропорциональными расстоянию между ними: КСЕ

Возраст Вселенной составляет ~ 13, 7 млрд. лет. Размеры видимого горизонта Вселенной ~ 1027 м. 3. Стандартная космологическая модель: Вселенная безгранична и расширяется. Эволюция вселенной включает в себя: – «Инфляционную» модель (от 10– 43 до 10– 35 секунд от начала возникновения Вселенной); – модель «Большого взрыва» (начиная с 10– 35 секунды). Создатель этой модели: Георгий Гамов, американский физик (1946 -1948 г. ) КСЕ

Этапы развития нашей Вселенной 1. До 10– 43 с - «ложный» вакуум» , взаимодействие суперсила. Из флуктуаций зародились Вселенные. 2. 10– 43 – 10– 35 с - гигантское вздутие, материя в виде излучения и плазмы. Число частиц ~ на 10– 7% больше, античастицы исчезли полностью. Т ~ 1032 К. 3. 10– 35 – 10– 4 с - эра адронов. Возникают нуклоны. Т~ 1028 К. 4. 10– 4 - 10 с - эра лептонов. Аннигиляции электронов и позитронов с избытком электронов. Т ~ 1010 К. 5. 10 -300 с - эра фотонов. Энергия - излучение. Т ~ 109 К. 6. 300 с до 106 лет - эра атомов. Образование атомов, разделение материи на излучение и вещество. Т ~ 4000 К. 7. Через 106 лет - эра звезд. Случайные неоднородности превращаются в огромные газовые сгущения. КСЕ

Первичные звезды Звезда – гигантский плазменный шар, длительно находящийся в устойчивом состоянии. После выгорания водорода звезда начинает снова сжиматься, возрастает температура звезды и образуются ядра более тяжелых элементов. Для звезд с достаточно большой массой эволюция завершается взрывом (взрыв сверхновой) и выбросом ядер тяжелых элементов в космос в виде газовой сферы с пылью из твердых частиц. КСЕ

1. Вращательный момент газовой сферы равен нулю Образуется единый объект - Солнце без планетной системы. КСЕ

2. Вращательный момент газовой сферы небольшой Образуется Солнце, допланетный диск, затем – планеты. КСЕ

3. Вращательный момент газовой сферы велик Образуются две бинарные звезды – Солнца. КСЕ

Эволюция вторичных звезд Звезда – Солнце горит до завершения термоядерных реакций. В зависимости от массы звезды, она станет: 1. Белым карликом (плотность ~ 1010 кг/м 3) 2. Нейтронной звездой (плотность ~ 1018 кг/м 3) 3. Черной дырой с огромным гравитационным полем. Два сценария развития Вселенной: а) Модель открытой Вселенной - бесконечное расширение. б) Модель закрытой или пульсирующей Вселенной расширение сменяется сжатием. Затем возможен новый цикл расширения. КСЕ

9. 2. Эволюция Земли Возраст Земли ~ 4, 5 млрд. лет. Радиус Земли R ~ 6400 км. Масса Земли М ~ 5, 97 1024 кг. Земля увеличивается ~ на R = 3 10– 5 м за тысячелетие. КСЕ

Этапы эволюции Земли 1. Фаза аккреции (рождения) ~ 17 млн. лет. Интенсивное выпадение на ядро космических тел. Земля – холодное космическое тело. 2. Фаза расплавления внешней сферы земного шара. Формируются ядро и мантия Земли. 3. Лунная фаза. Это фаза остывания поверхности Земли из-за излучения энергии в Космос. Формируется верхний слой коры Земли, затем водоемы (из атмосферы выпала вода). КСЕ

9. 3. Эволюционные идеи в химии Эволюционная химия зародилась в 1950 - 1960 гг. И. Берцелиус, шведский химик (1779 -1848 г. ): основа химии живого - каталитические химические реакции, т. е. биокатализ. А. Е. Арбузов, русский химик, (1877 -1968 г. ): «Подражание живой природе есть химизм будущего!» Основная цель эволюционной химии: использование принципов, заложенных эволюцией в химизм живой природы, для развития химической науки и технологии. Одна из задач эволюционной химии: понять, как из неорганической материи возникает жизнь. КСЕ

Основные направления эволюционной химии 1. Исследование ферментов и раскрытие тонких механизмов их действия. Луи Пастер XIX век - идея о ведущей роли ферментов в процессе жизнедеятельности. Ферменты — это белковые молекулы, синтезируемые живыми клетками, биологические катализаторы. 2. Функциональный подход. Детальное изучение химической эволюции, т. е. самопроизвольного, без участия человека, синтеза новых химических соединений. В 1960 г. открыто явление самосовершенствования катализаторов в ходе реакции. КСЕ

3. Субстратный подход. Исследование химического естественного отбора веществ: К участию в живой материи природа отобрала ограниченный набор элементов и соединений. В основе живых систем (97, 4%) только 6 из 112 химических элементов – органогены: углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N), фосфор (Р), cepa (S). Признаки «естественного отбора» элементов: а) способность образовывать прочные, энергоемкие химические связи, б) связи должны быть лабильными, т. е. перестраиваемыми, изменчивыми. Из более 170 аминокислот в составе белка 20. КСЕ

9. 4. Современные концепции происхождения жизни на Земле Академик М. В. Волькенштейн: «Жизнь есть форма существования макроскопических гетерогенных открытых сильнонеравновесных систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению» . Макроскопичность – организм содержит большое число атомов. Гетерогенность – организм образован из множества веществ. Открытость – непрерывный обмен энергией и веществом с окружающей средой. Главная проблема биологии — создание единой теории живого. КСЕ

Шесть концепций происхождения жизни 1. Креационизм. 2. Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого вещества. Луи Пастер, французский биолог, ХIX век – невозможность самозарождения простых организмов (пастеризация). 3. Концепция стационарного состояния жизни. 4. Концепция случайного однократного зарождения жизни. Герман Миллер, американский генетик (1890 -1967 г. ) гипотеза случайного возникновения молекулы живого в результате взаимодействия простейших веществ. КСЕ

5. Концепция панспермии. Г. Рихтер, немецкий врач в 1865 г. выдвинул гипотезу о занесении живых существ на Землю из Космоса. С. Аррениус, шведский химик, 1908 г. – зародыши жизни вечно существуют во Вселенной, движутся под влиянием космических лучей и оседают на поверхности планет. Джеймс Джинс, английский астрофизик (1877 -1946 г. ): «жизнь — это плесень, возникающая на поверхности небесных тел» . Майо Гринберг, голландский профессор : «Жизнь на Землю занесли кометы. Это в их газовых хвостах зародились первые живые клетки» . Гринберг воспроизвел в своей лаборатории «кометные условия» и получил сложные органические соединения. КСЕ

6. Концепция биохимической эволюции. КСЕ

А. И. Опарин, русский ученый, (1894 -1980 г. ): «зарождение жизни на Земле — длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой» . Три этапа 1. Синтез в водной среде простейших органических соединений (пептидов) в условиях первичной атмосферы ранней Земли ~ 3, 8 млрд. лет назад. 2. Формирование в водоемах Земли из органических соединений биополимеров. 3. Самоорганизация сложных органических соединений, завершающаяся образованием простейшей клетки. Скачок эволюции аминокислоты – живая клетка до сих пор необъясним. КСЕ