Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Естествознание как особая форма знанияСтр 1 из 24Следующая ⇒
Раздел 1 ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ КАК ОСОБАЯ ФОРМА ЗНАНИЯ Механистическая картина мира Картина мира, получившая в классической науке название механистической (механической), сформировалась в XVII в. и господствовала в течение примерно двух столетий, вплоть до конца XIX в. На ееразвитие и конкретное оформление особое влияние оказала типичная производственная практика той эпохи с присущими именно ей особыми орудиями труда, технологическими процессами, функциями работников и создаваемыми продуктами. Образ машины, механизма с типичными функциями прочно стал базовым для понимания всех природных проявлений. Некоторые ученые той эпохи рассматривали животных и даже человека как живую биомашину (Р. Декарт (1596-1650), Ж. Ламетри (1709-1751)}. Не менее важную роль в формировании практических образов играли господствующие технологические процессы и общие принципы проектирования техники: сборка изделий из простых частей (трубок, колес, пружин и т.п.), механическая обработка деталей, использование естественных материалов или простых сплавов. Итак, все это, вместе взятое, и создавало предпосылки понимания мира как механического целого, а всей Вселенной — как собранного из простых отдельных совместимых деталей механизма. Самой сложной при этом оставалось проблема источника толчка — кто же (или что же) запустил в ход эти огромные вселенские часы? Ответ был вполне логичен для той эпохи, когда большинство ученых верили в Бога, — запустил вселенский механизм в ход, вдохнул в них жизнь Господь Бог, Творец, устранившийся далее от дел и как бы Наблюдающий со стороны за происходящим (теория деизма). И, по сути, исключением стал смелый ответ французского математика и астронома П. Лапласа на прямой вопрос императора Франции Наполеона, почему он, Лаплас, в своих научных построениях обошелся без идеи Бога. «Я не нуждался в этой гипотезе, сир», — был ответ знаменитого ученого. Как видим, в своей основе механистическая картина мира была логичным следствием практики той эпохи, периода механизации физического труда, становления машинного фабрично-заводского производства. Природа представлялась людям совокупностью обособленных четко разделенных и очерченных тел, вступающих в элементарные связи и подчиненных однозначным и простым закономерностям. Поскольку в практику того времени были вовлечены преимущественно внешние слои природного мира, наука еще не могла глубоко проникнуть в сущность вещей и процессов и радикально изменить типичное видение природы. Первоначально картина мира формировалась за счет образов, заимствованных из производственно-технической деятельности, лишь позднее она начинает усложняться посредством привнесения экспериментально-измерительных процедур и более сложных абстракций.
Механистическая картина мира, в результате, явно несет печать определенного стиля научного мышления, тяготевшего к формальной логике, метафизическому методу, натурализму. Из всех наук у такой картины мира наиболее тесные связи были с механикой в ее новой ньютоновской форме, интегрировавшей прикладное техническое знание и некоторые опорные естественнонаучные представления. Стихия механических стереотипных операций - простая структура действий человека по отношению к природе - предопределила само видение природы и человека как части природы. Такая общая картина мира позволяла сделать вывод о том, что с накоплением конкретных материалов, относящихся к разным естественнонаучным дисциплинам, вполне возможно приближение к некой завершенной, исчерпывающей характеристике мира в целом и царящих в нем законов. Однако, как показала дальнейшая история науки, этот вывод оказался несостоятельным. Содержание понятия физической исследовательской программы Физическая исследовательская программа базируется на основных понятиях и отношениях концепции научно-исследовательской программы Лакатоса, но с тем важным уточнением, что в основе «жесткого ядра» лежит не фундаментальная, а базисная теория. Здесь проводится различие между фундаментальной и базисной теорией. Фундаментальная теория является конкретной теорией специального класса явлений. Базисная теория представляет собой синтез нескольких фундаментальных теорий, формируется с признаками системообразующей целостности. Именно этот фактор лежит в основе отличия базисной теории от фундаментальной. Так что не всякая фундаментальная теория становится базисной. «Жесткое ядро» лакатосовской модели, используя различные гипотезы из защитного пояса, обеспечивает развитие какой-то одной конкретной фундаментальной теории. Базисная же теория использует дополнительные гипотезы и способна соединяться с различными объектами исследований, формируя тем самым целый ряд фундаментальных теорий разнокачественных объектов. Так, например, квантовая теория поля как базисная теория формирует целый ряд фундаментальных теорий: атомную физику, ядерную физику, физику элементарных частиц, физику кварков и т.д. Именно базисные теории дают возможность для развертывания в рамках программы концепций, имеющих трансдисциплинарный характер.
В содержании научного знания всегда имеются такие образы, происхождение которых внеэмпирично и которые внедряются в науку как бы «извне», являясь элементами культуры данной эпохи, имеющими социокультурное происхождение. Примером этого может служить атом Демокрита или понятие пустоты. Это так называемые «затравочные образы» теории (С.Н. Жаров). Важно то, что «затравочные» образы функционирует в содержании развитой теории как системообразующее, логически необходимое ядро теоретического образа и формируют соответствующие принципы, на основе которых строится научная теория. Механизм революционных изменений в науке, возникновения новых исследовательских программ связан как раз с пересмотром этих принципов. Потому чрезвычайно важно фиксировать и исследовать затравочные образы в базисной теории существующей научно-исследовательской программы.
Типы физических исследовательских программ, имевшие место в ходе развития естествознания Выделяют 4 физические исследовательские программы, сменяющие друг друга в истории развития науки: ■ механистическая исследовательская программа; ■ релятивистская исследовательская программа; ■ квантово-полевая исследовательская программа; ■ современная физическая исследовательская программа — единая теория поля. Механистическая исследовательская программа предпосылкой своего возникновения имеет механику Ньютона. «Затравочными образами» (С.Н. Жаров) ньютоновской механики выступают атомы (корпускулы) и пустота, а также абсолютное пространство и абсолютное время. Исходные принципы механики Ньютона являлись нематемати-зированными, однако, базируясь на них, он получил математизированные следствия, ввел математическую символику для описания фундаментальных понятий физики и создал фундаментальную теорию — механику материальной точки. Понятие материальной точки впервые введено Л. Эйлером, он же продолжает деятельность Ньютона и рассматривает большое число задач движения. Создание базисной теории механистической исследовательской программы следует связывать с именем Ж. Лагранжа и его последователей — У. Гамильтона, П. Лапласа, Якоби и др. В дальнейшем базисная теория — аналитическая механика, соединяясь с различными классами различных объектов, приводит к формированию фундаментальных теорий, таких как механика небесных тел, гидродинамика, аэродинамика и др. Механистическая идеология господствовала на всем горизонте научных исследований вплоть до XX в. Однако возникли физические теории, которые не могли быть интерпретированы в рамках механистической исследовательской программы, — это термодинамика и электродинамика.
Релятивистская исследовательская программа своим возникновением обязана попытке построения простой, свободной от противоречий электродинамики движущихся тел. Это построение было успешно осуществлено А. Эйнштейном в созданной им специальной теории относительности (СТО). Теория относительности базируется на новом взгляде на природу пространства и времени и является, по существу, новой кинематической теорией, критически переосмысли-
вающей понятия пространства и времени ньютоновской механики. На смену пространству Евклида в СТО приходит четырехмерное псевдоевклидово пространство Минковского, в котором время по своему месту в физических уравнениях эквивалентно трем пространственным координатам. Несмотря на революционность специальной теории относительности, на возникновение на ее основе новой релятивистской исследовательской программы, включающей в себя ньютоновскую механику как свой предельный случай, релятивистская исследовательская программа не привела к новому типу научной рациональности. Здесь возникает совершенно иной взгляд на пространство-время, однако вся эволюция физических явлений сохраняет идеал — классическое описание в смысле жесткой причинно-следственной, детерминированной связи явлений. Стремление распространить принцип относительности на любые типы движения приводит Эйнштейна к созданию общей теории относительности (ОТО). Общая теория относительности лежит в основе космологии — науки о происхождении и эволюции Вселенной. На сегодняшний день она может рассматриваться как фундаментальная теория, а именно, как классическая теория гравитации. По всей видимости, только синтез ОТО и квантовой теории поля приведет к построению базисной теории четвертой из рассматриваемых нами физических исследовательских программ — единой теории поля. Квантово-полевая исследовательская программа. Гениальная идея, высказанная Максом Планком, о дискретном характере излучения, о корпускулярной природе света привела к возникновению квантовой механики. Квантовая механика — фундаментальная теория, позволяющая описывать поведение объектов в микромире. Основополагающей в квантовой механике является идея о том, что корпуску-лярно-волновая двойственность свойств, установленная для света, имеет универсальный характер и распространяется на все объекты микромира.
На протяжении всей истории возникновения и становления кван-тово-полевой исследовательской программы имело место формирование нового неклассического типа научной рациональности, нового стиля мышления ученых, резко размежевывающегося с привычным классически-механистическим. Единая теория поля. На современном этапе предпринята попытка построения единой теории поля — новой физической исследовательской программы, в которой удалось бы объединить известные четыре типа физических взаимодействий — гравитационное, электромагнитное,
сильное и слабое в единое суперсимметричное суперполе. В рамках, данной программьгпредполагается рассмотрение эволюции Вселенной из этого суперсимметричного состояния, в котором вся материя представлена только физическим вакуумом. Спонтанное нарушение симметрии вакуума в процессе расширения Вселенной и приводит к многообразию физического мира. Разрабатываемая программа имеет целостно-синергетическую направленность и способствует формированию постнеклассиче-ского типа научной рациональности. Фотон и его характеристики Фотон обладает энергией Е = пу. Согласно теории относительности, частица с энергией Е обладает массой т = Е/С2. Фотон — частица, движущаяся со скоростью света С. Подстановка в формулы специальной теории относительности значения скорости движущегося объекта У=С приведет к равенству нулю массы покоя фотона. То есть фотон существенно отличается от обычных известных к тому времени в физике частиц, так как не имеет массы покоя и может существовать только в движении. Из равенства вышеприведенных формул получим пу = тС2. Импульс фотона Р = тС и, следовательно, равен Р = Ну/С = п/1, где I — длина волны. Неклассическая физика Ферми-частицы (частицы вещества) Бозе-частицы (кванты полей) Постнеклассическая физика бозе-частицы (спин=1; 2) Скалярные хиггсовые бозе-частицы' Рис. 1. Новые представления о структуре материи Ферми-частицы (спин=0) Физический вакуум Кварки.Пептоны Калиброванные векторные
Исходя из представлений о суперсимметричном состоянии исходного вакуума нашей Вселенной, весь последующий процесс эволюции Вселенной рас-сматривается как сменяющие друг друга этапы, содержащие критические точки — моменты нарушения симметрии, приводящие в конечном счете к физическому многообразию мира (рис. 1). Таким образом, концепция целостности содержит в себе концепцию развития, самодвижения, самоорганизации, выраженных через призму взаимоотношения категорий симметрии и асимметрии. Ибо важнейшим признаком развития является асимметричность тех изменений, из которых процесс развития складывается. Это выдвигает на повестку дня вопрос об историзме физических объектов, проявляющих свою определённость в определенные исторические моменты в ходе самодвижения целого, — в моменты спонтанного нарушения симметрии исходного вакуума. При этом вакуум играет роль макрообстановки, макроусловий, по отношению к которому элементарные частицы проявляют свои свойства — спины, массы, заряды и т.д.
Рассмотрение вакуума как исходной абстракции известного нам мира позволяет реализовать при построении единой теории поля метод восхождения от абстрактного к конкретному. Фундаментальные физические идеи, лежащие в основе построек ния единой теории поля, реализующие вышеназванные трансдисциплинарные методологические концепции, следующие:
Структурные единицы материи. Элементарные частицы... а) новые представления о структуре материи — сопоставление представлений о структуре материи на разных этапах эволюции науки представлено на рисунке; б) идея о калибровочной природе всех взаимодействий; в) идея о спонтанном нарушении симметрии исходного вакуума. Структурные единицы материи. Элементарные частицы: частицы вещества, калибровочные кванты полей и скалярные хиггс-бозоны Физика до недавнего времени изучала материю в двух ее проявлениях — веществе и поле. Причем частицы вещества и кванты полей подчиняются разным квантовым статистикам и ведут себя различным образом. Так, частицы вещества являются ферми-частицами (фермио-нами). ристемы тождественных ферми-частиц подчиняются статистике Ферми — Дирака. Все фермионы имеют полуцелое значение некоторой очень важной квантовой характеристики элементарной частицы (не менее важной, чем заряд или масса), называемой спином. А для частиц с полуцелым значением спина справедлив принцип запрета Паули, согласно которому две тождественные частицы с полуцелым спином не могут находиться в одном и том же состоянии. Все кванты полей являются бозе-частицами (бозонами) — квази-частицами с нулевым или целочисленным значением спина. Системы тождественных бозе-частиц подчиняются статистике Бозе — Эйнштейна. Принцип Паули для них не справедлив: в одном и том же состоянии может находиться любое число частиц. Так что бозе- и ферми-частицы рассматриваются как частицы, имеющие различную природу. В свою очередь, частицы вещества делятся на две группы: кварки и лептоны. Кварки и лептоны входят в состав других физических объектов и считаются при достигнутых на сегодняшний день энергиях «бесструктурными». Кварки — самые малые, микроскопические частицы со спином 1/2 и электрическим зарядом кратным 1/3. Кварки, кроме электрического заряда, обладают цветным зарядом. Наличие у кварков Цветного заряда обусловливает способность их к сильным взаимодействиям. Известно, что протон и нейтрон состоят из трех кварков, что
делает протон или нейтрон бесцветным. Соответственно различают три заряда сильных взаимодействий - красный (К), желтый (V) и зеленый (С)..Пептоны (от греческого 1ерт.оз — легкий) — бесцветные частицы со спином 1/2, обладающие слабым и (при наличии электрического заряда) электромагнитным взаимодействием. Предполагается существование шести видов (ароматов) кварков и шести лептонов. В физике кварков сформулирована гипотеза конфайнмента (от англ. сопт1петеп(— пленение) кварков, согласно которой невозможно вылетание кварка из целого. Он может существовать лишь в качестве элемента целого. Существование кварков как реальных частиц в физике надежно обосновано. Квантом гравитационного поля является гравитон. Однако гравитон пока не установлен экспериментально, равно как и не построена по сей день теория квантовой гравитации. Квантом электромагнитного поля является фотон у. Масса покоя фотона равна 0. Фотон не несет на себе электрического заряда. Это обеспечивает линейный характер электромагнитных взаимодействий и большой радиус их действия. Квантами слабого взаимодействия являются три бозона — УУ+, V/", 2°- бозоны. Верхние индексы указывают знак электрического заряда этих квантов. Кванты слабого взаимодействия имеют значительную массу, что приводит к тому, что слабое взаимодействие проявляется на очень коротких расстояниях. Квантами сильного взаимодействия являются восемь глюонов. Свое название глюоны получили от английского слова д1ие (клей), ибо именно они ответственны за конфайнмент кварков. Массы покоя глюонов равны нулю. Однако глюоны обладают цветным зарядом, благодаря чему они способны к взаимодействию друг с другом, как говорят, к самодействию, что приводит к трудностям описания сильного взаимодействия математически ввиду его нелинейности. Если слабое вЭйимодействие ответственно за изменение ароматов кварков, то сильное взаимодействие, осуществляемое посредством обмена глюонами между кварками, приводит к изменению цветов кварков. Так что в ядре постоянно происходят превращения протонов в нейтроны и, наоборот, за счет обмена квантами слабого взаимодействия между кварками. Кроме этого внутри протонов и нейтронов кварки постоянно меняют свои цвета, испуская и поглощая глюоны. При этом протоны и нейтроны остаются бесцветными. Третьим качественно отличным от вышеназванных двух форм материи является физический вакуум. Дело в том, что все кванты полей, рассмотренные нами ранее, являются векторными калибровочными бозонами. Калибровочными их называют по той причине, что они
. являются квантами калибровочных полей. Векторными их называют потому, что все они имеют целочисленное значение спина, равного 1, за исключением гравитона, спин которого предполагается равным 2. физический вакуум нашей Вселенной рассматривается как коллективные возбуждения хиггсовых скалярных бозонов, спин которых равен 0. Единая калибровочная природа различных типов физических взаимодействий
Калибровочный принцип называют динамическим нововведением в общей теории относительности. Нововведением является тот факт, что гравитационное поле здесь не постулируется, а выводится как результат инвариантности (симметрии) лагранжиана теории относительно группы локальных калибровочных преобразований. То есть требование симметрии порождает определенный конкретный вид взаимодействия, в данном случае — гравитационного. А это уже принципиально новый подход в физике. Благодаря ему современная физи-. ка отошла от исторической традиции, согласно которой заранее давалась форма взаимодействий, установленная экспериментально и теоретически описанная. Форма взаимодействий более не постулируется, а выводится как результат инвариантности относительно групп определенных локальных преобразований, как способ, которым в природе Должно компенсироваться локальное калибровочное преобразование. И неважно, какие вады симметрии обусловливают эти взаимодействия. В каждом случае теории, в которых работает указанный принцип, называют калибровочными. Иными словами, калибровочная инвариантность позволяет ответить на вопрос: «Почему и зачем в природе существуют такого рода взаимодействия?» Ибо тип взаимодействия диктуется симметрией. Оказывается, что все известные четыре типа взаимодействий — гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое — имеют калибровочную природу и описываются калибровочными симметриями. То есть все взаимодействия как бы сделаны «из одной болванки». Это. вселяет надежду, что можно будет найти «единственный ключ ко Всем известным замкам» и описать эволюцию Вселенной из состоя-НИЯ, представленного единым суперсимметричным суперполем, из со-
стояния, в котором различия между типами взаимодействий, между всевозможными частицами вещества и квантами полей еще не проявлены.
Многогранность живого Предбиологические структуры, представляющие собой гигантские органические макромолекулы, являются пределом химической эволюции вещества. Следующий и принципиально иной уровень сложности в организации материи по сравнению с атомарно-молекулярным уровнем — это живая материя, живая природа. Жизнь во всех ее формах является объектом биологии, поэтому, имея в виду все живое, можно говорить о биологическом уровне организации материи. Живая природа (коротко — жизнь) — это такая форма организации материи на уровне макромира, которая резко отличается от других форм сразу многими признаками. Прежде всего, любой живой объект является системой — совокупностью взаимодействующих элементов, которая обладает эмерджентными (возникающими) свойствами, отсутствующими у элементов, образующих этот объект. Для последующего анализа живого воспользуемся определением жизни, которое дал академик М.В. Волькенштейн: «Жизнь есть ферма существования макроскопических гетерогенных открытых сильнонеравновесных систем, способных к самоорганизации и самовоспроизведению». Рассмотрим отдельные положения этой формулировки. Микроскопичность живого означает, что любой живой организм, начиная с бактерии, или же его самостоятельно функционирующая подсистема должны содержать большое число атомов. Иначе упорядоченность, необходимая для жизни, разрушилась бы флуктуациями. Гетерогенность означает, что организм образован из множества различных веществ. Открытость живой системы проявляется в непрерывном обмене веществом, энергией и информацией с окружающей средой. Самоорганизация возможна лишь в открытых сильнонеравновесных системах. Сходство химического состава всех живых организмов. Элементный состав живого определяется главным образом шестью элементами: кислород, углерод, водород, азот, сера, фосфор. Кроме того,
жквые системы содержат совокупность сложных биополимеров, которые для неживых систем не характерны (белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и др.). Свойство самовоспроизведения сохраняет биологические виды. Конечность живых систем создает условия их сменяемости и совершенствования. Свойство всего живого — раздражимость — проявляется в виде реакции живой системы на информацию, воздействие извне. Живая система обладает дискретностью — состоит из отдельных (дискретных) элементов, взаимодействующих между собой и цельностью — все ее элементы функционируют только благодаря функционированию системы в целом. Триединство концептуальных уровней познания в современной биологии Биологию можно определить как науку о живом, о строении живой материи и процессах с ее участием, формах и развитии живого, о распространении живых организмов и их природных сообществ, взаимосвязях живой и неживойприроды. Одна из особенностей биологии связана с тремя концептуальными уровнями биологического знания. Сосуществуют одновременно три «образа» биологии: описательно-натуралистическая (иное название — традиционная) биология, физико-химическая биология и эволюционная биология. Традиционная биология имеет самую долгую историю. Ее метод — тщательное наблюдение и описание явлений природы, а главная задача — их классифицирование. Объектом изучения традиционной биологии была и остается живая природа в ее естественном состоянии и нерасчлененной целостности. Физико-химическая биология сформировалась благодаря экспериментальным тенденциям, существовавшим в науке издавна (поэтому иногда это направление именуют еще и экспериментальной - биологией). В настоящее время методами экспериментальной биологии исследуется молекулярный уровень живого, а также структура и функции живых систем на всех остальных уровнях организации. Эволюционная биология. С того времени, как в биологии было в полной мере осознано неотъемлемое и наиболее характерное свой- ство живого — его способность развиваться и совершенствоваться, концепция эволюции получила в ней самостоятельное значение и обусловила формирование отдельного направления — эволюционной биологии. Ее истоки лежат в традиционной биологии. Ч. Дарвин создал теорию естественного отбора, будучи типичным натуралистом. Современная эволюционная биология имеет задачей последовательное развитие представлений об увеличении многообразия и сложности живого, включая раскрытие деталей механизма эволюции и научное решение проблемы происхождения жизни. На сегодняшний день теоретическая биология только формируется. Главная проблема будущей теоретической биологии — создание единой теории живого. Структурные уровни организации живых систем Жизни, как природному явлению, присуща своя иерархия уровней организации, определенная упорядоченность, соподчиненность этих уровней. Открытие клетки как элемента живых структур и представление о системности, цельности этих структур стали основой последующего построения иерархии живого. Концепция структурных уровней живого включает представление об иерархической соподчиненное™ структурных уровней, системности и органической целостности живых организмов. Молекулярно-генетический уровень. Это тот уровень организации материи, на котором совершается скачок от атомно-молекуляр-ного уровня неживой материи к макромолекулам живого. Белки — органические соединения, входящие в состав всех Живых организмов. Белки являются биополимерными макромолекулами, так как состоят из большого числа повторяющихся и сходных по структуре низкомолекулярных соединений (мономеров). Перестановки и различные сочетания мономеров в длинных полимерных цепях обеспечивают построение множества вариантов молекул белка и придают ему разнообразные свойства. В состав белка входит 20 аминокислот-мономеров. Характерным физическим свойством аминокислот, содержащихся в живых системах, является то, что все они способны поворачивать
влево плоскость поляризации светового луча. В свою очередь, это означает, что свойством живой материи является ее молекулярная асимметричность, подобная асимметричности левой и правой рук. Опираясь на такую аналогию, это свойство живого назвали молекулярной хиральностью (от греч. спег — рука). Дальнейшие исследования, направленные на изучение механизмов - воспроизводства и наследственности, позволили выявить то специфическое, что отличает на молекулярном уровне живое от неживого. Наиболее важным было выделение веществ из ядра клетки, обладающих свойствами кислот и названных нуклеиновыми (то есть ядерными) кислотами. Один тип этих кислот получил широко используемое сокращенное название РНК (рибонуклеиновые кислоты), другой — ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты). Удалось доказать, что ДНК обладают способностью сохранять и передавать наследственную информацию организмов. В 1953 г. была расшифрована структура ДНК. Оказалось, что молекула ДНК состоит из двух мономерных цепей, идущих в противоположных направлениях и закрученных одна вокруг другой наподобие пары электрических проводов. ДНК, находящиеся в клетке, разделены на участки — хромосомы. Мономеры нуклеиновых кислот несут информацию, по которой строятся аминокислоты и белковые молекулы организма. Участок молекулы ДНК, содержащий информацию об одном из набора белков организма, называют геном. Гены расположены в хромосомах. Молекулярная биология, изучающая биологические объекты и процессы на молекулярном уровне, — один из наиболее ярких примеров % современной тенденции к интеграции научного знания. Клеточный уровень. Любой живой организм состоит из клеток. В простейшем случае — из единственной клетки (бактерии, амебы). Клетка является мельчайшей элементарной живой системой и первоосновой строения, жизнедеятельности и размножения всех организмов. Клетки всех организмов сходны по строению и составу веществ. Всеми сложными многоступенчатыми процессами в клетке управляет особая структура, как правило, находящаяся в ее ядре и состоящая из длинных цепей молекул нуклеиновых кислот. Клетки обладают разнообразием форм, размеров, функций. Существуют клетки, не содержащие ядра, — прокариоты (безъядерные клетки). Исторически они являются предшественниками клеток с развитой структурой, то есть клеток, имеющих ядро, — эукариотов. Тканевый уровень. Совокупность клеток с одинаковым уровнем организации образует живую ткань. Из тканей состоят различные органы живых организмов. Структурные уровни организации живых систем Организменный уровень. Система совместно функционирующих органов образует организм. В отличие от предыдущих уровней на организменном уровне проявляется большое разнообразие живых систем. Организменный уровень именуют также онтогенетическим. Популяционно-видовой уровень образован совокупностью видов и популяций живых систем. Популяция — это совокупность организмов одного вида, обладающих единым генофондом (совокупное-^ тью генов). Она является надорганизменной живой системой, так же как и вид, состоящий обычно из нескольких популяций. На этом уровне реализуется биологический эволюционный процесс. Биоценотический уровень образован биоценозами — исторически сложившимися устойчивыми сообществами популяций, связанных друг с другом и окружающей средой обменом веществ. Биосферный уровень организации живого: совокупность биоценозов образует биосферу Земли. Отдельные структурные уровни живого являются объектами изучения для отдельных биологических наук (молекулярной биологии, генетики, цитологии, микробиологии, анатомии и физиологии, зоологии, ботаники и т.д.) Развитие современной концепции биохимического единства всего живого Пока в биологии не существовало методов физико-химического исследования и сколько-нибудь ясных теоретических концепций, сущность живого сводили к наличию некоей «таинственной силы», благодаря которой развивается и воспроизводится все живое. Такой подход к пониманию живого называют витализмом. Витализм уводил исследователей по ложному пути и не способствовал постижению принципов функционирования живых организмов. Эти принципы были раскрыты на пути детального изучения процессов обмена веществом, энергией и информацией в живых системах разного Уровня организации, начиная от клетки и заканчивая биосферой. Существует несколько точек зрения на саму природу образования жизни на Земле. Первая заключается в следующем: жизнь возникла на Земле из неживых (минеральных) форм.
Следовательно: а) жизнь представляет собой направленный вектор эволюции от меживого к живому; б) грань живого и неживого весьма резка, а сама жизнь крайне неустойчива и может в любой момент вернуться в область неживого; в) живое из неживого — событие почти невероятное! Особенно если учесть, что на близко расположенных планетах признаки жизни не обнаружены., Вторая посылка: жизнь получила развитие на Земле. Это означает, что: а) жизнь является порождением Космоса, а Земля предоставила лишь необходимые условия для ее развития; б) преджизненная основа — весьма устойчивое образование, раз она может преодолевать громадные расстояния в Космосе; в) сущность принципа Пастера — Реди (живое только от живого); г) жизнь — не такое уж редкое событие во Вселенной. По гипотезе английского астрофизика Джеймса Джинса (1877— 1946) предполагается, что жизнь — это плесень, возникающая на поверхности небесных тел. Это парадоксальное утверждение было наиболее естественным объяснением возникновения жизни. Анализируя феномен живого вещества, можно заключить, что он препятствует вырождению материи во Вселенной, так как часть ее бесструктурного состояния переходит в структурное, понижая энтропию системы. Фотосинтез — прекрасная иллюстрация этому. Переход от неживого к живому осуществился после того, как на базе предшествующих предбиологических структур возникли и развились зачатки двух основополагающих жизненных систем: системы обмена веществ (метаболизма) и системы воспроизводства живой клетки. Изучение указанных систем дало важнейший попутный результат: сформировалась фундаментальная для всего естествознания идея единства состава и механизмов функционирования живой природы независимо от уровня организации составляющих ее структур. Эта идея, зародившаяся еще в XIX в., обрела вид законченной концепции биохимического единства живого в 1920-х Гг. благодаря трудам голландских микробиологов А. Клюйве-ра и Г. Донкера — это схожесть химического состава, свойство хи-ральности живого, универсальная роль аденозинтрифосфата (АТФ) в качестве аккумулятора и переносчика биологически запасенной энергии; универсальность генетического кода и др.
Эволюционность живого Для живой природы постоянное развитие — характерная черта, которая, впрочем, долго не замечалась человеком. Становление эволюционной парадигмы в биологии началось в конце XVIII в. Выдающийся вклад в формирование эволюционного мышления биологов принадлежит Ж.Б. Ламарку. Проблемы, поставленные Ламарком, были решены Ч. Дарвином. В своем знаменитом труде «Происхождение видов путем естественного отбора» (1859 г.) он изложил разработанную им эволюционную теорию. Эволюционность живой природы подтверждается биологией и родственными ей науками. Главными свидетельствами являются данные палеонтологии, систематики, информация о распространенности видов на Земле сейчас и в ранние периоды, морфологическое и биохимическое сходство живых организмов, данные эмбриологии и многие другие. Кратко рассмотрим некоторые из них.
|
|||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-02-08; просмотров: 337; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.139.238.226 (0.085 с.) |