Основы концепции современного естествознания

Слишком большое количество растворимых соединений азота в  почве приводит к росту их содержания в продуктах питания и питьевой воде, это может стать причиной серьезных заболеваний. Соединения азота накапливаются в водоемах и вызывают зарастание озер и водохранилищ. Пока подобные явления наблюдаются лишь в отдельных районах, где в окружающую среду попадает много соединений азота. В целом же природа пока справляется с тем количеством связанного азота, которое производится человеком.

Углерод – основной элемент жизни – содержится в атмосфере в виде диоксида углерода. В океане и пресных водах Земли углерод находится в двух главных формах: в составе органического вещества и в составе взаимосвязанных неорганических частиц: гидрокарбонат-иона НСО^3– , карбонат иона СО₃^2– и растворенного диоксида углерода СО₂. Большое количество углерода сосредоточено в виде органических соединений в животных и растениях. Много «неживого» органического вещества имеется в почве. Углерод литосферы содержится также в карбонатных минералах (известняк, доломит, мел, мрамор). Часть углерода входит в состав нефти, каменного угля и природного газа.

Самыми крупными резервуарами углерода являются морские отложения  и осадочные породы на суше. Однако бoльшая часть этого вещества не взаимодействует с атмосферой, а подвергается круговороту через твердую часть Земли в геологических временных масштабах. Поэтому эти резервуары играют лишь второстепенную роль в сравнительно быстром цикле углерода, протекающем с участием атмосферы. Следующим по величине резервуаром является морская вода. Но и здесь глубинная часть океанов, где содержится основное количество углерода, не взаимодействует с атмосферой так быстро, как их поверхность. Самыми маленькими резервуарами являются биосфера суши и атмосфера.

Современный глобальный цикл углерода состоит из двух меньших  циклов. Первый из них заключается  в связывании диоксида углерода в  ходе фотосинтеза и новом образовании  его в процессе жизнедеятельности  растений и животных, а также при  разложении органических остатков. Второй цикл обусловлен взаимодействием диоксида углерода атмосферы и природных вод:

СО₂ + Н₂О   Н₂СО₃                       Н2СО3   НСО3^– + Н+

НСО^3–  СО₃^2– + Н+                         СО₃^2– + Са²+ = СаСО₃Ї

Сжигание ископаемого  топлива – угля, нефти и газа – привело к увеличению поступления диоксида углерода в атмосферу. Это не очень сильно влияет на распределение масс углерода между оболочками Земли, но может иметь серьезные последствия из-за усиления парникового эффекта. 

16. Какие органические вещества входят в состав клетки? Какие органические вещества являются самыми распространенными на Земле?

Охарактеризуйте, какие функции в клетках выполняют  органические вещества.

16.2.

Углеводы; Жиры

Органические  вещества входящие в состав клетки: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты, АТФ.

Углеводы  являются самыми распространенными  органическими веществами на Земле. Они содержатся в клетках всех живых организмов.

Функции углеводов  в клетке.

1. Энергетическая. Моно - и олигосахара являются  важным источником энергии для любой клетки. Расщепляясь, они выделяют энергию, которая запасается в виде молекул АТФ, которые используется во многих процессах жизнедеятельности клетки и всего организма. Конечными продуктами расщепления всех углеводов являются углекислый газ и вода.

2. Запасательная.  Моно- и олигосахара благодаря  своей растворимости быстро усваиваются  клеткой, легко мигрируют по  организму, поэтому непригодны  для длительного хранения. Роль  запаса энергии играют огромные  нерастворимые в воде молекулы полисахаров. У растений, например, это - крахмал, а у животных и грибов – гликоген. Для использования этих запасов организм должен сначала превратить полисахара в моносахара.

3. Строительная. Подавляющее большинство растительных  клеток имеют плотные стенки из целлюлозы, обеспечивающей растениям прочность, упругость и защиту от большой потери влаги.

4. Структурная.  Моносахара могут соединяться  с жирами, белками и другими  веществами. Например, рибоза входит  в состав всех молекул РНК,  а дезоксирибоза – в ДНК.

Функции жиров  в клетке.

1. Строительная. Мембрана клетки и все мембранные  органеллы клетки содержат два  слоя фосфолипидов.

2. Энергетическая. При расщеплении жира выделяется  в два раза больше энергии,  чем при расщеплении одинакового  количества углеводов, поэтому жиры являются более экономичной формой хранения химической энергии. Конечными продуктами расщепления всех жиров являются углекислый газ и вода.

3. Теплоизоляционная.  Жир плохо проводит тепло, поэтому  подкожные запасы жира предохраняют  животных, обитающих в высоких широтах (киты, моржи, тюлени) от потери тепла.

4. Витаминная. Ряд  витаминов представляют собой  жироподобные вещества. К ним  относятся витамин Е, бетта-каротин (провитамин А), витамин А , витамин D .

5. Гормональная. Мужские  и женские половые гормоны позвоночных животных являются стероидами.

17. Дайте сравнительные характеристики ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и РНК (рибонуклеиновой кислоты) по следующим признакам:

Признаки	ДНК	РНК
Локализация в клетке	Содержится в ядрах  клеток живых организмов, в митохондриях, хлоропластах.	Находится в ядре, цитоплазме, митохондриях.
Строение мономера нуклеотида	Цепи построены из нуклеотидов, в состав которых входит одно из 4-х азотистых оснований  – аденин, гуанин, цитозин, тимин; дезоксирибоза  и остатки фосфорной кислоты.	В нуклеотид входят аденин, гуанин, цитозин, урацил, сахар и  рибоза.
Строение молекул	Молекула состоит из 2-х полинуклеотидных цепей, закрученных  одна вокруг другой в спираль.	Односпиральная молекула, состоящая из нуклеотидов.
Функции	Носитель генетической информации, ее отдельные участки  соответствуют определенным генам.	Участвуют в реализации генетической информации.

 

18. Постройте схему из следующих понятий: 1) клетка; 2) вид;    3) молекула; 4) органы, ткани; 5) биосфера; 6) целостный организм;   7) биоценоз. Объясните последовательность схемы. Укажите, где проходит граница между живым и неживым. Укажите основные признаки живого.

Методика построения последовательности:

 

Клетка – основная структурно-функциональная и генетическая единица живого организма. Клетка является наименьшей единицей живого и в биологической цепочке стоит на следующей после молекулы ступени, так как формируется непосредственно из молекул или молекулярных соединений.

Вид – естественное объединение живых организмов по сходным признакам.

 

Молекула – наименьшая частица вещества, которая может обладать его свойствами.

Орган, ткань – надклеточного уровня образование, состоящее из объединённых по функционально-типовому признаку клеток, формирующее

своей совокупностью организм и служащее для выполнения в нём определённой функции.

Биосфера – оболочка Земли, содержащая в себе полную совокупность живых организмов и часть вещества планеты, находящуюся в непрерывном обмене сданными организмами. Под биосферой В. И. Вернадский подразумевал «область существования живого вещества», включающую околоземную (до озонового слоя) область атмосферы, гидросферу до максимальной глубины и литосферу (до глубины 2-3 километра).

Целостный организм – открытая, самообновляемая, саморегулируемая, самовоспроизводящаяся система, построенная из тканей и органов и проходящая путь необратимого развития.

Биоценоз – понятие, объединяющее уже всех животных, растения и микроорганизмы, обитающие в относительно однородном жизненном

пространстве (биотопе).

Таким образом, граница живого и неживого проходит на уровне молекула

клетка, ведь именно органические (неживые) молекулярные соединения

являются основой, строительным веществом для клеток живого организма.

Живое и неживое  вещество биосферы тесно связаны между собой биогеохимическими циклами.

 

Живое вещество представлено среди общего вещества биосферы лишь

ничтожной долей  – порядка 0,25%. Однако, благодаря  происходящему в живых организмах обмену веществ, в биогеохимических процессах именно ему принадлежит основная роль. Ведь наличием живых рганизмов обусловлены, как формирование почвенного покрова литосферы, так и химический состав атмосферы с гидросферой.

 

Живое вещество является самой мощной и активной в геологическом плане субстанцией  нашей планеты, способной произвести громадную по последствиям и масштабам геохимическую работу, которая заключается в его функциях:

 

- Энергетическая. Проявляется в усвоении живым веществом солнечной энергии и передаче её по пищевой (трофической) цепи;

 

- Газовая. Способствует сохранению и поддержанию современного состава атмосферы, а заключается в поглощении и выделении кислорода, углекислого газа с некоторыми другими газообразными веществами (сероводород, метан);

 

- Концентрационная. Реализуется путём извлечения и избирательного накопления организмами химических элементов окружающей среды (азот,кремний, кальций, магний и прочие), благодаря которому образовались залежи полезных ископаемых;

 

- Окислительно-восстановительная. Проявляется в реакциях, лежащих у основы любого вида биологического обмена веществ. К примеру, восстановление диоксида углерода из углеводов в ходе фотосинтеза и их окисление до диоксида углерода при дыхании;

 

- Репродуктивная. Универсальная функция на основе процесса деления клеток, благодаря которой жизнь на Земле не рекращается. Существует в двух основных формах: бесполое и половое размножение;

 

- Деструктивная. В её процессе происходит разрушение отмершего

органического вещества до минеральных соединений.

 

Следовательно, признаками живого является способность к поглощению различных необходимых для жизнедеятельности веществ, их накоплению, выделению, саморегуляции, саморазмножению и разрушению по окончаниижизненного цикла.

 

Какие уровни организации живой материи  Вам известны?

1.Молекулярный. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, проявляется на уровне функционирования биологических макромолекул — биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др.  
 
       2.Клеточный. Клетка является структурной и функциональной единицей, а также единицей развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Свободно живущих неклеточных форм жизни не существует.  
 
      3.Тканевой. Ткань представляет собой совокупность сходных по строению клеток, объединенных выполнением общей функции.  
 
      4.Органный. Органы — это структурно-функциональные объединения нескольких типов тканей. Например, кожа человека как орган включает эпителий и соединительную ткань, которые вместе выполняют целый ряд функций; среди них наиболее значительная — защитная, т. е. функция отграничения внутренней среды организма от окружающей среды.

        5.Организменный. Многоклеточный организм представляет собой целостную систему органов, специализированных для выполнения различных функций.  
 
       6.Популяционно-видовой. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.  
 
      7.Биогеоценотический. Биогеоценоз — совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами среды их обитания. 
 
      8.Ионосферный. Биосфера — система высшего порядка, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходят круговорот вещества и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов, обитающих на Земле.

 

19. Какие  гипотезы возникновения жизни  на Земле Вам известны? Кратко  охарактеризуйте каждую из них.  Какой гипотезы Вы придерживаетесь.  Обоснуйте ответ

Существуют  разные гипотезы на сей счет, но все  они так или иначе не полны. Однако в настоящее время наиболее перспективными здесь являются гипотезы, которые опираются на принципы теории самоорганизации, синергетики, на представления о гиперщпслах, т.е. системах, связывающих самовоспроизводящиеся (автокаталитические) единицы друг с другом посредством циклической связи. В таких системах продукт реакции одновременно является и ее катализатором или исходным реагентом. Потому и возникает|йвление самовоспроизведения, которое на первых этапах вовсе могло и не быть точной копией исходного органического образования. О трудностях становления самовоспроизведения свидетельствует само существование вирусов и фагов, которые представляют собой, по-видимому, осколки форм предбиологической эволюции