ЛЕКЦИОННЫЙ КУРС ДЛЯ СТУДЕНТОВ СГПИ Концепции современного естествознания

ЛЕКЦИОННЫЙ КУРС ДЛЯ СТУДЕНТОВ СГПИ Концепции современного естествознания МАТЕРИАЛ ПОДГОТОВЛЕН СТ. ПРЕПОДАВАТЕЛЕМ Сербиной И. И. 2008 г.

План лекции Распределение живого вещества v Функции живого вещества в биосфере Земли v Факторы, свидетельствующие в пользу земного происхождения жизни v Космопланетарный характер биосферы v

Термины и определения & Сукцессия & Дигрессия &Царство &Тип & Класс & Отдел & Прокариоты & Эукариоты & Семейство & Род &Вид &Популяция

Распределение живого вещества Живая природа является основной чертой проявления биосферы, она резко отличает ее тем самым от других земных оболочек. Химический состав элементов живого вещества нашей планеты характеризуется преобладанием немногих элементов: водород, углерод, кислород, азот являются главными элементами земного живого вещества и поэтому названы биофильными

Живое вещество, по В. И. Вернадскому, «растекается по земной поверхности и оказывает определенное давление на окружающую среду, обходит препятствия, мешающие его продвижению, или ими овладевает, их покры вает» . Внутренняя энергия, производимая жизнью, проявляется в переносе химических элементов и в создании из них новых тел. . 6

• По мнению В. И. Вернадского, геохимическая энергия жизни выражается в движении живых организмов путем размножения, идущего в биосфере непрерывно. • Размножение организмов производит «давление жизни» , или «напор жизни» . • В этой связи между организмами возникает борьба за площадь, питание и в особенности «за газ» , нужный для дыхания свободный кислород

При этом происходит биогенная миграция атомов: атомы, захваченные растениями, переходят к травоядным животным, затем к хищникам, которые питаются травоядными. Мертвые растения и животные служат пищей для микроорганизмов, а выделяемые микроорганизмами в результате жизнедеятельности минеральные вещества снова потребляются растениями. Из этого биологического круговорота выпадает лишь небольшой процент атомов. Эти вышедшие из жиз ненного процесса биогенные атомы попадают в косную (неживую) природы, тем самым играя огромную роль в истории биосферы.

В. И. Вернадский вычислил время, необходимое различным организмам для «захвата» поверхности планеты. Он назвал его скоростью передачи жизни. По его данным, возможная скорость размножения • • • составит: для бактерий — 1, 25 • для домашней свиньи — суток 8 лет; для больших • для дикой свиньи — 56 водорослей — 379 лет; для цветковых • для крысы — 8 лет; растений — 11 лет; • для слона — 1000 лет. для инфузории туфельки — 67, 3 суток; для курицы — 18 лет; 10

Таким образом, он сделал вывод о том, что мелкие организмы размножаются быстрее крупных, а домашние животные размножаются быстрее диких.

Весь мир живых существ в настоящее время подразделяют на две большие систематические группы: • Прокариоты (от лат. pro — вперед, вместо и греч. karyon — ядро) — организмы, не обладающие, в отличие от эукариотов, оформленным клеточным ядром и типичным хромосомным аппаратом. Наследственная информация у них реализуется и передается через ДНК, типичный половой процесс отсутствует. К ним относятся бактерии, например, сине зеленые водоросли. В системе органического мира прокариоты составляют надцарство.

• Эукариоты (от греч. ей — хорошо, полностью и karyon — ядро) — организмы, обладающие в отличие от прокартов, оформленным клеточным ядром, отделенным от ци топлазмы ядерной оболочкой. Генетический материал у них заключается в хромосомах, характерен половой процесс. К ним относится все, кроме бактерий.

Функции живого вещества в биосфере Земли • Газовая функция. Осуществляется зелеными растениями. Для синтеза органических веществ растения используют углекислый газ, выделяя при этом в атмос феру кислород. Весь остальной органический мир использует кислород с процессе дыхания и пополняет при этом запасы углекислого газа в атмосфере. По мере увеличения биомассы зеленых растений изменяется газовый состав атмосферы: снижается содержание углекислого газа и увеличивается концентрация кислорода. Таким образом, живое вещество ка чественно изменило состав атмосферы — геологической оболочки Земли.

• С газовой функцией тесно связана окислительно-восстановительная функция. В процессе своей жизнедеятельности и после своей гибели организмы, обитающие в разных водоемах, регулируют кислородный ре жим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения ряда металлов, что приводит к образованию осадочных пород.

• Концентрационная функция проявляется в способности живых организмов накапливать различные химические элементы, например, в таких растениях накопителях, как осока, хвощ, содержится много кремния. Благодаря осуществлению концентрационной функции живые организмы создали многие осадочные породы: залежи мела, известняка и т. п.

• Биохимическая функция связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к распространению живых организмов и расползанию живого ве щества в разные географические области. Биохимическая деятельность охватывает все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства и бытовых потребностей человека.

Факторы, свидетельствующие в пользу земного происхождения жизни 1. Первый и важнейший аргумент в пользу гипотезы о земном происхождении жизни на нашей планете дало изучение оптических свойств живого вещества, начатое Пастером. Оказалось, что в отличие от неживого вещества, живое или продукты его жизнедеятельнос ти всегда оптически активны. Еще в прошлом веке Л. Пастер и П. Кюри экспериментально открыли тот факт, что аминокислоты и белки, входящие в состав живых организмов, являются «левыми» , т. е. отличаются оптическими свойствами. 2. Второе доказательство в пользу земного происхождения жизни — существования на Земле генетического кода, — единого для всего живого. Единый алфавит из 4 букв 4 нуклеинов и еще 20 аминокислот — это, вероятно, следствие некоторого процесса естественного отбора, сохранившего на Земле наиболее устойчивую, наибо лее приспособленную к нашим условиям форму пе редачинаследственной информации — наследственной памяти, которая кодируется нуклеиновыми кис лотами. 3. Третий аргумент в пользу земного происхождения жизни — оценка Вернадским количества живого вещества, которое на протяжении всей истории земной жизни остается постоянным.

Космопланетарный характер биосферы Условия появления жизни на Земле определили ее развитие в качестве целого, т. е. в виде биосферы, единого монолита живого вещества, организованность которого определяется преобразованием космической энергии и связанными с этим космопланетарными биохимическими функциями. Это значит, что эволюция биосферы зависит от совокупности чисто земных и космических явлений. Так как в ходе эволюции биосферы появился человек, то он как часть биосферы и должен рассматриваться в определенном смысле в качестве космопланетарного феномена.

Этап «химической эволюции» Современные данные космохимии дают основание для предположения о том, что ДНК образовалась в космических условиях, однако осуществление ее функций стало возможным лишь на нашей планете, где на основе развития живого вещества начала формироваться ранняя биосфера. Ведь в период своего образования Земля получила достаточное количество сложных органических соединений, образовавшихся в протосолнечной туманности.

• Благодаря наличию этих соединений начали протекать процессы полимеризации аминокислот, сложных углеводородов и других соединений; в результате появились самоорганизующиеся физикохимические системы, характерные для живого вещества. • Таким образом, этап «химической эволюции» был довольнотаки малым, его начало следует искать в космических условиях, которые имелись перед непосредственным образованием Земли.

Природно-радиационный фон слагается из трех компонентов: 1. Природные радионуклиды (уран, торий). 2. Продукты их радиоактивного распада, а также испускаемые ими при радиоактивном альфа , бета и гамма излучения. Они находятся во всех элементах земной коры, в почве, водах рек, морей и океанов, приземной атмосфере. Живые организмы, поглощая радионуклиды, тем самым облучают себя изнутри. 3. Высокоэнергетические излучения, попадающие на Землю из космического пространства в виде постоянного потока (фоновое излучение). Оно порождают в атмосфере долгоживущие радионуклиды углерода, натрия и др. , участвующие в процессах живого вещества. Оказывается, что без природно радиационного фона невозможно нормальное существование живых организмов, что на заре своего развития радиоактивность служила им дополнительным источником энергии.

Живое вещество как геологическая сила Практически все процессы жизнедеятельности связаны с электромагнитными полями, диапазон которых лежит в широком интервале длин волн. Многие фундаментальные биологические процессы невозможны без переноса электрических зарядов, вызывающих магнитное поле, поэтому любой организм представляет собой генератор электромагнитных сигналов.

• Электромагнитные поля имеют информационное значение в популяции биосистем. Электромагнитный фон биосферы является эволюционным фактором, который влияет на биологические ритмы. • Космические излучения, генерируемые ядром Галактики, нейтронными звездами, ближайшими звездными системами, Солнцем и планетами, пронизывают биосферу и все в ней. • В этом потоке разнообразных излучений основное место принадлежит солнечному излучению, которое обусловливает существенные черты функционирования механизма биосферы, космопланетарного по своему существу.

Компенсаторно-защитные функции биосферы Научные проблемы, сходные с предложенными В. И. Вернадским, были разработаны биофизиком А. Л. Чижевским (1897 — 1964) — основоположником гелиобиологии. А. Л. Чижевский установил зависимость между циклами активности Солнца и многими явлениями в биосфере. Он использовал концепцию биосферы как оболочки планеты и ввел представления о компенсаторно-защитной функции биосферы, необходимой для существования в планетарно космических условиях Земли живых организмов.

Детальное обоснование теоретические представления В. И. Вернадского и А. Л. Чижевского получают в наши дни. Так, исследования нашей космонавтики: 1. Позволили открыть новые многочисленные данные о связи земных и космических процессов. 2. Радикально повлияли на способы осуществления астрофизических и астрономических наблюдений и открытий. 3. Привели к своеобразной научной революции в астрофизике.

Список литературы Грушевецкая Т. Г. , Садохин А. П. Концепции современного естествознания. - М. : Высшая школа, 1998. – 383 с Дубнищева Т. . Я. , Пигорев А. Ю. Современное естествознание. Учебное пособие. 2 – е издание. _ М. : ИВЦ «Маркетинг» ; Новосибирск: ООО Издательство ЮКЭА, 2000. - 160 с. Концепции современного естествознания под ред. Самыгина С. И. Ростов-на-Дону: «Феникс» , 1999. - 576 с. Крюков Р. В. Концепции современного естествознания в вопросах и ответах: Курс лекций. – М. : Приор – издат, 2005. Самыгин С. И. , Старостин А. М. Концепции современного естествознания. - Ростов-на. Дону: «Феникс» , 2006. - 576 с. Симонов Д. А. Концепции современного естествознания в вопросах и ответах. – М. : ТК Велби, Изд-во Проспект, 2005. – 208 с. Хорошавина С. Г. Концепции современного естествознания. Курс лекций / Серия «Учебники, учебные пособия» . – Ростов н/ Д: «Феникс» , Факультет физической культуры 30 2003. -480 с.