Проблемы современного естествознания

Министерство образования  и науки РФ

Государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального образования

«Тобольская государственная социально-педагогическая академия

имени Д. И. Менделеева»

 

 

 

 

Кафедра химии и методики преподавания химии

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

 

 

 

по дисциплине «Проблемы современного естествознания»

 

 

 

 

 

 

 

                                                 Выполнил: студент 5 курса ОЗО 

                                                 биолого-химического факультета

                                                 специальность  «Безопасность жизнедеятельности»

                                                 Мальцев А.И.

                    

                                              

                                                 Проверила:  к.б.н., доцент

                                                 Шешукова Л.А.

                                   

 

 

 

 

                                       Тобольск, 2010

 

1.  Уровни организации  живой материи.

Уровни организации жизни (уровни организации живой материи) – это структурная организация биосистем, отражающая их уровневую иерархию в зависимости от степени сложности.

Различают шесть основных структурных уровней жизни: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный.

1. Молекулярный уровень организации жизни - представлен разнообразными молекулами, находящимися в живой клетке.

Компоненты:

- молекулы неорганических и органических соединений;

- молекулярные комплексы химических соединений (мембрана и др.).

Основные процессы:

- объединение молекул в особые комплексы;

- осуществление физико-химических реакций в упорядоченном виде;

- копирование ДНК, кодирование и передача генетической информации.

Науки, ведущие исследования на этом уровне: биохимия, биофизика, молекулярная биология, молекулярная генетика.

2. Клеточный уровень организации жизни - представлен свободно живущими клетками и клетками, входящими в многоклеточные организмы.

Компоненты: комплексы молекул химических соединений и органоиды клетки.

Основные процессы:

- биосинтез, фотосинтез (процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов);

- регуляция химических реакций;

- деление клеток;

- вовлечение химических элементов Земли и энергии Солнца в биосистемы.

Науки, ведущие исследования на этом уровне: генная инженерия, цитогенетика, цитология, эмбриология.

3. Организменный уровень организации жизни - представлен одноклеточными и многоклеточными организмами растений, животных, грибов и бактерий.

Компоненты - клетка  как основной структурный компонент организма. Из клеток образованы ткани и органы многоклеточного организма.

Основные процессы:

- обмен веществ (метаболизм);

- раздражимость;

- размножение;

- онтогенез (индивидуальное развитие организма от рождения до смерти);

- нервно-гуморальная регуляция процессов жизнедеятельности;

- гомеостаз (саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия).

Науки, ведущие исследования на этом уровне: анатомия, биометрия, биоэнергетика, гигиена, морфология, физиология.

4. Популяционно-видовой уровень организации жизни - представлен в природе огромным разнообразием видов и их популяций (человеческое, животное или растительное население некоторой местности).

Компоненты - группы родственных особей, объединённых определённым генофондом и специфическим взаимодействием с окружающей средой.

Основные процессы:

- генетическое своеобразие;

- взаимодействие между особями и популяциями;

- накопление элементарных эволюционных преобразований;

- осуществление микроэволюции и выработка адаптаций к среде;

- видообразование;

- увеличение биоразнобразия.

Науки, ведущие исследования на этом уровне: генетика популяций, эволюция, экология.

5. Биогеоценотический уровень организации жизни - представлен разнообразием естественных и культурных биогеоценозов во всех средах жизни. Биогеоценоз – это система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды (температура, свет и др.) в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии.

Компоненты:

- популяции различных видов;

- факторы среды;

- пищевые сети, потоки веществ и энергии.

Основные процессы:

- биохимический круговорот веществ и поток энергии, поддерживающие жизнь;

- подвижное равновесие между живыми организмами и абиотической средой (гомеостаз);

- обеспечение живых организмов условиями обитания и ресурсами (пищей и убежищем).

Науки, ведущие исследования на этом уровне: биогеография, биогеоценология, экология.

6. Биосферный уровень организации жизни - представлен высшей, глобальной формой организации биосистем – биосферой. Биосфера – это оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Компоненты:

- биогеоценозы;

- антропогенное воздействие.

Основные процессы:

- активное взаимодействие живого и неживого вещества планеты;

- биологический глобальный круговорот веществ и энергии;

- активное биогеохимическое участие человека во всех процессах биосферы, его хозяйственная и этнокультурная деятельность.

Науки, ведущие исследования на этом уровне: экология, глобальная экология, космическая экология, социальная экология.

 

 

 

2. Закон Гесса.

Гесса закон – это основной закон термохимии, согласно которому тепловой эффект реакции зависит лишь от начального и конечного состояний системы и не зависит от промежуточных состояний и путей перехода.

Закон был открыт Г. И. Гессом в 1840г. на основе экспериментальных исследований. Он представляет собой одну из форм позднее открытого закона сохранения энергии в применении его к химическим реакциям и относится к процессам, происходящим при постоянном объёме или при постоянном давлении.

Закон Гесса широко используется для определения расчётным путём теплового эффекта интересующего процесса на основе экспериментальных данных, относящихся к другим процессам (в том числе даже к процессам, практически недоступным в данных условиях).

Так, для 298,15 К теплоту  образования окиси углерода ( ккал/моль) из графита можно рассчитать, зная, что теплоты сгорания ₂ при этой температуре равны соответственно - 282,99 и - 393,32 кдж/моль (-67,635 и              -94,051 ккал/моль). Рассматривая два пути образования CO₂ из графита при непосредственном сжигании его до CO₂ и при промежуточном образовании СО (см. рис.) и зная, что по закону Гесса общий тепловой эффект обоих путей перехода должен быть одинаковым, находим ккал/моль (теплота выделяется).         

        

Схема, иллюстрирующая закон  Гесса.

 

Итак, закон Гесса можно раскрыть следующим образом: тепловой эффект химической реакции при отсутствии работы внешних сил зависит только от природы исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от промежуточных химических превращений в системе.

 

 

3. Принцип дополнительности.

Принцип дополнительности является основополагающим в современной  физике. Он был сформулирован в 1927 г. Н. X. Д. Бором.

Согласно данному принципу, человек - существо макроскопическое, поэтому его органы чувств не воспринимают микропроцессов. Понятия, которыми человек пользуется для описания предметов и явлений окружающего мира, - макроскопические понятия. С их помощью можно легко описать любые физические процессы, проходящие в макромире, но применить эти понятия для описания микрообъектов полностью нельзя, так как они неадекватны процессам микромира.

Но других понятий  у человека нет. Поэтому, чтобы компенсировать неадекватность своего восприятия и представления об объектах микромира, ему приходится применять два дополняя, друг друга набора понятий, которые с точки зрения классической науки взаимно исключают друг друга. Это - частицы и волны. Только в совокупности они дают исчерпывающую информацию о квантовых явлениях.

Например, дополнительными  в квантовой механике являются пространственно-временная  и энергетически-импульсная картины.

Этот принцип получил  широкое распространение. Его пытаются применять в психологии, биологии, этнографии, лингвистике и даже в литературе.

 

 

4. Главная идея синергетики.

Синергетикой называется современная междисциплинарная  естественнонаучная теория самоорганизации. Говоря точнее, это несколько пересекающихся теорий в различных областях знаний о природе.

Синергетика - современная  теория самоорганизации в неживых  и живых системах, главная особенность  которых - нелинейность и открытость. Синергетика - это мостик между пониманием живой и неживой природы.

Исторической предпосылкой синергетики стало развитие исследований в сфере химической термодинамики, а основной областью ее современных приложений является физическая химия. Ядро синергетики составляет термодинамика неравновесных процессов и ее обобщение, которой                            И. Пригожин назвал теорией диссипативных структур. Существенную роль в синергетике играет теория колебаний и волн. Синергетику определяют также как физику открытых систем.

Центральная идея синергетики - возможность спонтанной самоорганизации, т. е. возникновения новых или усложнения существующих внутренних структур, по общим законам в материальных системах любой природы, живой, неживой и социальной.

Так в природе все развивается и не находится в состоянии покоя. Везде мы видим способность к самопроизвольному зарождению структур и их быстрому самовоспроизведению. Такая способность - есть результат борьбы и сотрудничества двух противоположных начал: механизма возникновения структур (фактор локализации процессов) и самопроизвольного распада, диффузии, рассеивания (размывающий фактор).

Главными условиями  самоорганизации считаются:

- значительная удаленность системы от равновесия, внутреннего или с окружающей средой;

- открытый характер системы, т. е. дрейф энергии, вещества, магнитные, финансовые, информационные и другие потоки через систему;

- взаимодействие между частями системы.

 

 

 

5. Заполнить  таблицу: «Концепция происхождения  жизни на Земле».

Название	Содержание
Креационизм	По данной концепции  жизнь была создана Творцом в определённое время. Согласно креационизму возникновение жизни относится  к определённому событию в  прошлом которое можно вычислить. В 1650 г. архиепископ Ашер из Ирландии вычислил что Бог сотворил мир  в октябре 4004 г. до н.э., а в 9 часов  утра 23 октября и человека. Это  число он получил из анализа возрастов и родственных связей всех упоминаемых в Библии лиц. Однако к тому времени на Ближнем Востоке уже была развитая цивилизация, что доказано археологическими изысканиями. Впрочем, вопрос сотворения мира и человека не закрыт, поскольку толковать тексты Библии можно по-разному.
Концепция  многократного   самопроизвольного   (спонтанного) зарождения жизни из неживого вещества	Ее придерживался еще Аристотель, который считал, что живое может возникать и в результате разложения почвы. Он не сомневался в  самозарождении лягушек, мышей и  других мелких животных. Платон говорил  о самозарождении живых существ  из земли в процессе гниения. Гельмонт придумал рецепт получения мышей из пшеницы и  грязного белья. Бэкон тоже считал, что гниение – зачаток нового рождения. Идеи самозарождения поддерживали Галилей, Декарт, Гарвей, Гегель, Ламарк. В 1688 г. итальянский биолог Франческо Реди серией опытов с открытыми  и закрытыми сосудами доказал, что  появляющиеся в гниющем мясе белые  маленькие черви – это личинки мух, и сформулировал свой принцип: всё живое – из живого.
Концепция стационарного состояния	Согласно данной концепции  жизнь существовала всегда. В конце 60-х годов XX века геолог Б.И.Чувашов писал, что жизнь во Вселенной существует вечно. При изучении вещества метеоритов и комет были обнаружены многие «предшественники живого» – органические соединения, синильная кислота, вода, формальдегит, цианогены. Формальдегид, в частности, обнаружен в 60% случаев в 22 исследованных областях, его облака с концентрацией примерно 1 тысяча молекул в куб.см заполняют обширные пространства. В 1975 г. предшественники аминокислот найдены в лунном грунте и метеоритах. Сторонники гипотезы занесения жизни из космоса считают их «семенами», посеянными на Земле.
Концепция панспермии	Концепция внеземного происхождения жизни. Либих считал, что «атмосферы небесных тел, а также вращающихся  космических туманностей можно  считать как вековечные хранилища  оживлённой формы, как вечные плантации  органических зародышей», откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной. В начале нашего века с идеей радиопанспермии выступил Аррениус. Он описывал, как с населённых другими существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счёт светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, они начинают новую жизнь на этой планете. Эту гипотезу поддерживали многие, в том числе русские учёные академики С.П.Костычев, Л.С.Берг и П.П.Лазарев.
Концепция  происхождения  жизни   на   Земле  в  историческом прошлом в результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.	В представлениях о зарождении жизни в результате физико-химических процессов важную роль играет эволюция живой планеты. По мнению многих биологов, геологов и физиков, состояние Земли  за время её существования всё  время изменялось. В очень давние времена Земля была горячей планетой, её температура достигала 5-8 тысяч градусов. По мере остывания планеты тугоплавкие металлы и углерод конденсировались и образовывали земную кору, которая не была ровной из-за активной вулканической деятельности и всевозможных подвижек формирующегося грунта. Атмосфера первичной Земли сильно отличалась от современной. Лёгкие газы – водород, гелий, азот, кислород, аргон и другие – не удерживались пока недостаточно плотной планетой, тогда как их более тяжёлые соединения оставались (вода, аммиак, двуокись углерода, метан). Вода оставалась в газообразном состоянии, пока температура не упала ниже 100оС. Химический состав нашей  планеты сформировался в результате космической эволюции вещества солнечной  системы, в ходе которой возникли определённые пропорции количественных соотношений атомов. Поэтому современные данные о соотношении атомов химических элементов оказываются важными. Космическое обилие кислорода и водорода выразилось в обилии воды и её многочисленных окислов. Относительно более высокая распространённость углерода явилась одной из причин, определивших большую вероятность возникновения жизни. Обилие кремния, магния и железа способствовало образованию в земной коре и метеоритах силикатов. Источниками сведений о  распространённости элементов служат данные о составе Солнца, метеоритов, поверхностей Луны и планет. Возраст метеоритов примерно соответствует возрасту земных пород, поэтому их состав помогает восстановить химический состав Земли в прошлом и выделить изменения, вызванные появлением жизни на Земле. Научная постановка проблемы возникновения жизни принадлежит Энгельсу, считавшему, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе эволюции материи.