Панорама современного естествознания

      1. Горбачёв В.В., Концепции современного естествознания. Учебное пособие. 2003г. 359стр.

     2. Гусейханов М.К., Раджабов О.Р.. Концепции современного естествознания. Учебник. 6-е изд. перераб. дополн. 2007г. 640 стр.

наследственности и изменчивости, но и сознательное управление ими с целью выведения новых организмов, лечения болезней и направление развития в желательную сторону.

Развитию генетики способствовали  большой мере исследования  известного американского биолога Томаса Ханта Моргана (1866 – 1945). Он сформулировал хромосомную теорию наследственности. Большинство растений и животных являются диплоидными, т.е. их клетки (за исключением половых) имеют наборы парных хромосом, однотипных хромосом то женского и мужского организмов. Хромосомная теория наследственности сделала более понятными явления расщепления в наследовании признаков.1

Важнейшим открытием в области генетики стало открытие мутаций – возникающих внезапно изменений в наследственной системе организмов и потому могущих привести к устойчивому изменению свойств гибридов, передаваемых и далее по наследству. Систематическое изучение мутаций было начато голландским ученым Хуго де Фризом, установившим и сам термин «мутации». Было обнаружено, что мутации могут возникнуть в результате радиоактивного излучения организмов, а также быть вызваны воздействием некоторых химических веществ.

Итак, дальнейшее развитие биологии и входящей е нее составной частью генетики, во-первых, еще более укрепило дарвиновскую теорию эволюции живого мира и, во-вторых, дало более глубокое толкование понятиям изменчивости и наследственности, а следовательно, всему процессу эволюции живого мира.

Молекулярная биология. У.Астбири ввел в науку термин «молекулярная биология и привел основополагающие исследования белков и ДНК.

    1. Дубнищева Т.Я., Концепции современного естествознания. Учебное пособие. 6-е испр. доп. изд. 2006г. 607 стр.

Генетика прошла в своем развитии несколько этапов. Австрийский монах Г. Мендель, скрещивая разные сорта гороха, открыл в середине 19 века феноменологические законы наследственности. А. Вейсман показал в конце 19-го века, что половые клетки обособлены от остального организма и не подвержены влияниям, действующим на соматические клетки.. Перед 2-ой мировой войной Дж. Бидл и Э. Татум выявили генетическую основу процесса биосинтеза (Нобелевская премия 1952г.). К концу сороковых годов стало ясно, что материальными носителями наследственной информации являются макромолекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и через несколько лет Ф. Крик и Дж. Уотсон предложили модель двойной спирали молекулярной структуры ДНК и механизм ее репликации, за что и получили Нобелевскую премию в 1962 г.

Российские ученые до начала 40-х годов занимали ведущие позиции в генетике (Н. Кольцов, Н. Тимофеев-Ресовский, В. Сахаров, И. Раппопорт, Н. Дубинин, Н. Вавилов и др.). Однако политические репрессии и известная сессия ВАСХНИЛ, проведенная под идеологическим руководством “народного академика” Лысенко в 1948 году, надолго отбросила российскую генетику в положение догоняющей.

По своей значимости открытие законов наследственности и ее молекулярных механизмов стоит в одном ряду с самыми выдающимися достижениями естествознания. Началась новая эра в биологии, связанная с бурным развитием  молекулярной биологии, т. е. рассмотрением основ жизни на молекулярном уровне.

Каковы же ее успехи, перспективы, проблемы?  После того как было твердо установлено, что основной функцией ДНК является кодирование будущего синтеза белков, и эта информация заключена в определенной последовательности всего четырех букв, роль которых выполняют азотные основания (гуанин, аденин, тимин и цитазин) - открылись принципиальные возможности сознательного управления наследственностью. Однако до практической реализации этой идеи в полном объеме - путь не близкий. Конечно, уже сейчас методами генной инженерии созданы десятки новых штаммов полезных микроорганизмов, сортов высокоурожайных растений и т. д. Однако для работы не вслепую, а по “чертежам”, необходимо выяснить не только генотип каждого организма, с которым начинается работа, т. е. последовательность всех “букв” длинного текста - генов, но и их конкретные функции. Учитывая, что молекула ДНК - это практически самая большая молекула в организме (да и в природе вообще), даже при наличии очень производительной техники анализа требуются многие годы, чтобы проделать секвенирование (от латинского – «последовательность», т. е. установление последовательности генов в конкретной молекуле ДНК) даже для простейших организмов. Так, за несколько лет непрерывной работы в нескольких лабораториях, оснащенных по последнему слову техники, была проделана работа по секвенированию ДНК знаменитого биологического объекта - плодовой мушки дрозофилы, в работе с которой ранее было выяснено большое число законов генетики. В ее ДНК содержится 1,8 млрд. букв - азотных оснований, что ненамного уступает ДНК человека (около 3,5  млрд. оснований).

В 1981 году процесс выделения генов был автоматизирован. Генная инженерия в сочетании с микроэлектроникой предвещают возможности управлять живой материей почти так же, как неживой.

В 1973 год – профессор Л.Шетлз из Колумбийского университета в Нью-Йорке заявил, что он готов произвести на свет первого «бэби из пробирки», после чего последовали категорические запреты Ватикана и пресвитерианской церкви США.1978 год – рождение в Англии Луизы Браун, первого ребенка из «пробирки».1997 год – 27 февраля «Нейчур» поместил на своей обложке знаменитую овечку Долли, родившуюся в институте Рослин в Эдинбурге.1997 год – в самом конце декабря «Сайенс» сообщил о рождении шести овец, полученных по рослинскому методу. Три из них несли человеческий ген, или кровоостанавливающего белка, который необходим людям, страдающим гемофилией, то есть несвертываемостью крови.

Клонирование органов и тканей – это задача номер один в области травматологии, трансплантологии. Однако работа с геномом человека только начинается. текста Мало знать последовательность букв и слов в книге, надо еще ее прочесть и понять смысл. Пока большая часть этого остается непонятной. Для чего она нужна? Каковы функции так называемых спящих генов, никак себя не проявляющих? Рано или поздно это конечно будет выяснено. Ответы на эти вопросы дадут возможность бороться с тяжелыми наследственными заболеваниями (эпилепсия, шизофрения, гемофилия и т. д.), возможно, с онкологическими болезнями, выращивать искусственные органы для пересадки, бороться с мутациями, вызванными неблагоприятными условиями (например радиацией), точно идентифицировать личность по очень малым количествам биоматериала и т. д. А пока разрабатываются методы удаления или замены отдельных участков ДНК различных организмов, что дает возможность изменять их наследственную природу и свойства уже в следующем поколении, а не через десятки-сотни, как при обычной селекции.

Нет сомнения, что все сложные научные проблемы будут решены в ближайшие годы, но уже сейчас возникли небывалые юридические и морально-этические вопросы. Вправе ли мы так сильно вмешиваться в природу живого, тем более человека? Можем ли мы представить и потом управлять всеми последствиями, выпуская этого джина из бутылки? Где проходит граница между правами индивидуума на тайну личной жизни и интересами общества? Список подобных вопросов очень велик. Они составляют предмет возникших совсем недавно дисциплин - биоэтика и биоправо, которые пытаются выработать моральные и юридические нормы поведения человека, разрешения конфликтов, ограничений в новых условиях. Важно, чтобы их разработка и принятие обществом не отставали от научно-технических возможностей.

2. Звезды и их эволюция.

Как и все тела в природе, звёзды не остаются неизменными, они рождаются, эволюционируют, и, наконец "умирают". Чтобы проследить жизненный путь звёзд и понять, как они стареют, необходимо знать, как они возникают. В прошлом это представлялось большой загадкой; современные астрономы уже могут с большой уверенностью подробно описать пути, ведущие к появлению ярких звёзд на нашем ночном небосводе.

Не так давно астрономы считали, что на образование звезды из межзвёздных газа и пыли требуются миллионы лет. Но в последние годы были получены поразительные фотографии области неба, входящей в состав Большой Туманности Ориона, где в течение нескольких лет появилось небольшое скопление звёзд. На снимках 1947г. в этом месте была видна группа из трёх звездоподобных объектов. К 1954г. некоторые из них стали продолговатыми, а к 1959г. эти продолговатые образования распались на отдельные звёзды - впервые в истории человечества люди наблюдали, рождение звёзд буквально на глазах этот беспрецедентный случай показал астрономам, что звёзды могут рождаться за короткий интервал времени, и казавшиеся ранее странными рассуждения о том, что звёзды обычно возникают в группах, или звёздных скоплениях, оказались справедливыми.

Каков же механизм их возникновения? Почему за многие годы астрономических визуальных и фотографических наблюдений неба только сейчас впервые удалось увидеть "материализацию" звёзд? Рождение звезды не может быть исключительным событием: во многих участках неба существуют условия, необходимые для появления этих тел.

В результате тщательного изучения фотографий туманных участков Млечного Пути удалось обнаружить маленькие чёрные пятнышки неправильной формы, или глобулы, представляющие собой массивные скопления пыли и газа. Они выглядят чёрными, так как не испускают собственного света и находятся между нами и яркими звёздами, свет от которых они заслоняют. Эти газово-пылевые облака содержат частицы пыли, очень сильно поглощающие свет, идущий от расположенных за ними звёзд. Размеры глобул огромны - до нескольких световых лет в поперечнике. Несмотря на то, что вещество в этих скоплениях очень разрежено, общий объём их настолько велик, что его вполне хватает для формирования небольших скоплений звёзд, по массе близких к Солнцу. Для того чтобы представить себе, как из глобул возникают звёзды, вспомним, что все звёзды излучают и их излучение оказывает давление. Разработаны чувствительные инструменты, которые реагируют на давление солнечного света, проникающего сквозь толщу земной атмосферы. В чёрной глобуле под действием давления излучения, испускаемого окружающими звёздами, происходит сжатие и уплотнение вещества. Внутри глобулы гуляет "ветер", разметающий по всем направлениям газ и пылевые частицы, так что вещество глобулы пребывает в непрерывном турбулентном движении.1

Скорость развития звезды зависит от процессов превращения водорода в гелий при термоядерных реакциях в центральных областях звезды. На стадии когда весь водород исчерпается, звезда превращается в красного гиганта, увеличиваясь в размерах. При этом идет другая термоядерная реакция: превращение трех ядер гелия в ядро углерода, когда же  реакция исчерпает себя, начинается новый этап в развитии звезды. Звезда масса которой меньше массы Солнца, сбрасывает свою наружную оболочку, которая через несколько тысяч десятков лет рассеется. Останется только плотная небольшая часть бывшего красного гиганта. Она превратится в белого карлика, который будет медленно остывать, поскольку ядерная реакция в нем прекратится. При дальнейшем остывании она станет «черным» карликом, мертвой холодной звездой, размеры которой меньше размеров земного шара. Так происходит эволюция большинства звезд.2

     1. Самыгин С.И. Концепции современного естествознания. 4-изд. перераб. дополн. 2003г. 448 стр

     2. Филин С.П. Концепции современного естествознания. Шпаргалки. 2008г. 117 стр.

1. Белый карлик. При массе менее 1,4 массы Солнца звезда переходит в стационарное состояние с очень большой плотностью (сотни тонн на 1 см3). Такие звезды называются белыми карликами. Здесь электроны образуют вырожденный газ (вследствие сильного сжатия атомы оказываются настолько плотно упакованными, что электронные оболочки начинают проникать одна в другую), давление которого уравновешивает силы тяготения. Тепловые запасы звезды постепенно истощаются, и звезда медленно охлаждается, что сопровождается выбросами оболочки звезды. Молодые белые карлики, окруженные остатками оболочки, наблюдаются как планетарные туманности. Белый карлик как бы вызревает внутри красного гиганта и появляется на свет, когда красный гигант сбрасывает свои поверхностные слои, образовывая планетарную туманность.           

Когда энергия звезды иссякнет, звезда изменяет свой цвет от белого к желтому, затем к красному; наконец, она перестанет излучать и начнет непрерывное путешествие в необозримом космическом пространстве в виде маленького темного безжизненного объекта. Так белый карлик медленно превращается в черный карлик — мертвую холодную звезду, размер которой обычно меньше размеров Земли, а масса сравнима с солнечной. Плотность такой звезды — в миллиарды раз выше плотности воды. Так заканчивают свое существование большинство звезд.                                 

Сверхновые звезды. При массе более 1,4 массы Солнца стационарное состояние звезды без внутренних источников энергии становится невозможным, так как давление не может уравновесить силу  тяготения. Теоретически конечным результатом эволюции таких  звезд должен быть гравитационный коллапс — неограниченное падение  вещества к центру. В случае, когда отталкивание частиц и другие причины все же останавливают коллапс, происходит мощный взрыв —  вспышка сверхновой с выбросом значительной части вещества звезды  в окружающее пространство с образованием газовых туманностей.  

Вспышки сверхновых были зафиксированы в 1054, 1572 , 1604 гг. 

Систематические исследования позволили уже к 1980 г. открыть свыше 500 вспышек сверхновых.

Взрыв сверхновой — гигантский по силе взрыв старой звезды, вызванный внезапным коллапсом ее ядра, который сопровождается кратковременным испусканием огромного количества нейтрино. Обладающие только слабым взаимодействием, эти нейтрино тем не менее разметают наружные слои звезды в космическом пространстве и образуют клочья облаков расширяющегося газа.1 При вспышке сверхновой звезды выделяется чудовищная энергия (порядка 1052 эрг). Вспышки сверхновых имеют фундаментальное значение для обмена веществом между звездами и межзвездной средой, для распространения химических элементов во Вселенной, а также для рождения первичных космических лучей.