Шпаргалки по концепции современного естествознания

33 вопрос. Концепция дополнительности Н.Бора и двойственная природа объектов микромира. Корпускулярные и волновые свойства микрообъекта являются несовместимыми в отношении их одновременного проявления, однако они в равной мере характеризуют объект, т.е. дополняют друг друга. Эта идея была высказана Н. Бором и положена им в основу важнейшего методологического принципа совр. науки, охватывающего в настоящее время не только физические науки, но и все естествознание — принципа дополнительности (1927).

Суть принципа: как  бы далеко не выходили явления за рамки  классич. физического объяснения, все  опытные данные должны описываться при помощи классич. понятий. Для полного описания квантово-механических явлений необходимо применять два вз_исключающих (дополнительных) набора классич. понятий, совокупн. которых дает наиболее полную информацию об этих явлениях как о целостных.

Принцип дополнительности, как общий принцип познания может быть сформулирован следующим образом: всякое истинное явление природы не может быть определено однозначно с помощью слов нашего языка и требует для своего определения, по крайней мере, двух взаимоисключающих дополнительных понятий. К числу таких явлений относятся, например, квантовые явления, жизнь, психика и др. Бор, в частности, видел необходимость применения принципа в биологии, что обусловлено чрезвычайно сложным строением и функциями живых организмов, которые обеспечивают им практически неисчерпаемые скрытые возможности.

34 вопрос. Алхимия как предшественница химической науки. Часто в алхимии видят предшественницу химии, так же как астрологию считают предшественницей астрономии. Говорят даже, что алхимия — безумная мать разумной дочери химии.

Но это не так. Хотя и алхимия, и химия работают с  природными элементами, их принципы и  цели, а также методы различны. Химии  необходимы химические вещества, лаборатории  и физический посредник — человек. Алхимия же кроме этого нуждается в философских и моральных основах, и ее опыты осуществляются не всегда при помощи физического тела, но всегда при помощи души.

Поэтому мы отрицаем существование  прямой взаимосвязи между этими  науками. Кроме того, необходимо помнить, что древние обычно четко различали физические, химические и алхимические явления и не ставили между ними знака равенства. Приведем пример физической, химической и алхимической трансформации.

Физическое воздействие  на любое тело меняет его форму, но не меняет молекулярную структуру, то есть глубоких, внутренних изменений не происходит. Возьмем кусочек мела. Мы можем истолочь его, и он изменит свою форму, из брусочка превратится в меловой порошок. Но молекулы мела не изменятся, они одинаковы и у порошка, и у брусочка. Это явление, связанное с изменением формы, называется физическим.

Рассмотрим теперь другой пример. Все знают, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и  одного атома кислорода. Если мы соответствующим  способом отделим водород от кислорода, то добьемся разделения молекулы воды и получим два разных элемента, которые будут существовать по отдельности. Это химическое явление.

Теперь, чтобы увидеть, что такое алхимическое явление, предположим, что мы взяли атом водорода и с помощью приемов, свойственных алхимии, осуществили его внутреннее изменение, преобразование, в результате которого атом водорода превратился в атом другого элемента. В наше время этот процесс известен как ядерная или атомная реакция, мы называем его расщеплением атома. Но на самом деле это алхимический феномен.

В этих трансмутациях  есть глубокий смысл. Он связан с принципом  Эволюции: все существующее в природе, во Вселенной движется, развивается, стремится к чему-то, имеет цель и предназначение — и камни, и  растения, и животные, и люди.

Целью алхимических экспериментов  был поиск того, что могло бы улучшить, ускорить рост, помочь эволюции. Ведь то, что когда-нибудь станет золотом, может быть золотом уже сегодня, поскольку это и есть его истинная суть. А то, что в человеке когда-нибудь станет бессмертным, может быть бессмертным уже сегодня, поскольку это истинная суть человека. То, что когда-нибудь станет совершенным, может быть совершенным уже сейчас. И если есть способ сделать это за минуты, то зачем тратить на это часы?

Потому что это оружие опасно для тех, кто не умеет владеть самим собой, своими страстями, земными потребностями. Оно опасно для тех, кто ведом эгоизмом, кто использует эти знания только для собственной выгоды, но не ради природы и других людей. Именно поэтому алхимические знания так тщательно охраняются и стали тайными, закрытыми, так что нужно много времени, чтобы суметь дойти до их сути. Столько времени, что, как говорил Платон, когда уже к старости мы начнем понимать что-то, мы станем таким спокойными, переживем столько всего, что, возможно, у нас появится естественное внутреннее намерение работать и создавать, не отчаиваясь и не желая власти любой ценой.

35 вопрос. Основные элементы биосферы. Термин «биосфера» впервые был использован в 1875 г. авст­рийским геологом Э. Зюссом. Под биосферой понимается сово­купность всех живых организмов вместе со средой их обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами.

Два главных компонента биосферы — живые организмы и среда их обитания — непрерывно взаимодействуют между со­бой и находятся в тесном, органическом единстве, образуя це­лостную динамическую систему. Биосфера как глобальная су­персистема в свою очередь состоит из ряда подсистем.

В настоящее время на Земле насчитывается 1,2 млн. видов животных и 0,5 млн. растений.

Отдельные живые организмы  не существуют изолированно, в процессе своей жизнедеятельности они  соединяютсяся в раз­личные системы (сообщества), например, в популяции. В ходе эволюции образуется другой, качественно новый уровень живых систем, т. н. биоценозы — совокупность растений, жи­вотных и микроорганизмов в локальной среде обитания.

Эволюция жизни постепенно приводит к росту и углубле­нию  дифференциации внутри биосферы. В  совокупности с ок­ружающей средой обитания, обмениваясь с ней веществом и энергией, биоценозы образуют новые системы — биогеоценозы (термин введен академиком В. Н. Сукачевым в 1940 г.) или, как их еще называют, экосистемы (термин английского ботаника А. Тенсли, 1935 г.). Они могут быть разного масштаба: море, озеро, лес, роща и т.д.

Биогеоценоз представляет собой естест­венную модель биосферы в миниатюре, включающую все звенья биотического круговорота: от зеленых  растений, создающих органическое вещество, до их потребителей, в итоге превра­щающих его вновь в минеральные элементы. Иначе говоря, биогеоценоз является элементарной ячейкой биосферы. Таким образом, в совокупности все живые организмы и экосистемы образуют суперсистему — биосферу.

36 вопрос. Понятие поля в электромагнитной картине мира. Простая механическая картина мира оказалась не состоятельной. При исследовании электромагнитных процессов выяснилось, что они не подчиняются механике Ньютона. Долгое время считалось, что электричество и магнетизм имеют разную природу (электричесвто обусловлено электрическими зарядами, магнетизм-магнитными). Ампер доказал обратное-природа обоих едина. Фарадей обнаружил существование магнитного поля, которое обусловлено движением электрического заряда. Изменения в вихревом поле ведут к изменениям в магнитном поле и наоборот. Максвелл создал электро-магнитную теорию-поле это часть пространства, включающее в себя тела, находящиеся в электрическом или магнитном состоянии. После создания электродинамики представления о силах существенно изменились. Герц обнаружил существование новых видов волн, эти волны способны распространяться в вакууме, далее выяснилось, что это электромагнитные волныКаждое из взаимодействующих тел создает электромагнитное поле, которое с конечной скоростью распространяется в пространстве. Взаимодействие осуществляется посредством этого поля (теория близкодействия). Электромагнитные силы чрезвычайно широко распространены в природе. Они действуют в атомном ядре , атоме, молекуле, между отдельными молекулами в макроскопических телах. Это происходит потому, что в состав всех атомов входят электрически заряженные частицы. Действие электромагнитных сил обнаруживается и на очень малых расстояниях (ядро), и на космических (электромагнитное излучение звезд). Развитие электродинамики привело к попыткам построить единую электромагнитную картину мира. Все события в мире согласно этой картине управляются законами электромагнитных взаимодействий. Однако свести все процессы в природе к электромагнитным не удалось. Уравнения движения частиц и закон гравитационного взаимодействия не могут быть выведены из теории электромагнитного поля. Кроме того, были открыты электрически нейтральные частицы и новые типы взаимодействия. Природа оказалась сложнее, чем предполагали вначале: ни единый закон движения, ни единственная сила не способны охватить всего многообразия процессов в мире.

37 вопрос. Молекулярная биология о механизме наследственности в живых организмах. МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ изучает осн. свойства и проявления жизни на молекулярном уровне. Важнейшими направлениями в М. б. являются исследования структурно-функциональной организации генетического аппарата клеток и механизма реализации наследственной информации (молекулярная генетика), исследование мол. механизмов взаимодействия вирусов с клетками (молекулярная вирусология), изучение закономерностей иммунных реакций организма (молекулярная иммунология), исследование появления разнокачествениости клеток в ходе индивидуального развития организмов и специализации клеток (М. б. развития) и т. д. М. б. выделилась из биохимии и сформировалась как самостоятельная наука в 50-х годах. Рождение М. б. часто относят к 1953, когда была опубликована работа Дж. Уотсона и Ф. Крика о пространственной структуре молекулы ДНК (т. н. двойной спирали), причём биол. функция этой молекулы была увязана с её химич. строением (ещё в 1944 О. Эйвери с сотр. установил, что ДНК является носителем наследств, информации). В становлении М. б. сыграли большую роль идеи и методы классической генетики, микробиологии, вирусологии, использование достижений точных наук — физики, химии, математики, кристаллографии, особенно рентгено-структурный анализ). Осн. объектами исследования в М. б. являются вирусы, в т. ч. бактериофаги, клетки и субклеточные структуры (ядра, митохондрии, рибосомы, хромосомы, клеточные мембраны), а также макромолекулы (белки, нуклеиновые к-ты). Наиб, крупные достижения М. б.— расшифровка структуры нек-рых белков и установление связи между их структурой и функцией (М. Перуц, Дж. Кендрю, Ф. Сенгер, К. Анфинсен и др.), определение структуры и механизма биол. функции нуклеиновых к-т и рибосом (Дж. Уотсон, ф. Крик, Р. Холли и др.), расшифровка генетич. кода (М. Ниренберг, С. Очоа), открытие обратной транскрипции (X. Темин, Д. Балтимор), механизма осн. этапов биосинтеза белковой молекулы (Ф. Крик, Ф. Жакоб, Ж. Mono) и нуклеиновых к-т (А. Корнберг, С. Очоа), установление структуры вирусов и механизмов их репликации, разработка методов генетической инженерии (П. Берг, В. Арбер, Г. О. Смит, Д. Натане), синтез гена (X. Корана) и др. Сов. учёным принадлежит формулирование принципа матричного синтеза биополимеров (Н. К. Кольцов), формирование основ совр. биоэнергетики и мехапохимии (В. А. Энгельгардт), доказательство существования ДНК у высших растений (Н. А. Белозерский), создание вирусогенетич. теории возникновения рака (Л. А. Зильбер), установление последовательности нуклеотидов в транспортной РНК (А. А. Баев), открытие и изучение информосом (А. С. Спирин) и др. М. б. имеет важное практическое значение в развитии с. х-ва (направленное и контролируемое изменение наследственного аппарата животных и растений для получения высокопродуктивных пород и сортов), микробиологической промышленности (бактериальный синтез биологически активных полипептидов и белков, аминокислот и др.) и как теоретич. основа разл. разделов медицины (вирусология, иммунология и др.). Перед М. б. стоят задачи решения проблем мол. основ злокачественного роста, предупреждения наследственных заболеваний, выяснения молекулярных основ катализа, действия гормонов, токсич. и лекарственных веществ, познания механизмов памяти, природы нервных процессов. Большое значение приобретает развитие генной инженерии, позволяющей целенаправленно оперировать генетич. аппаратом животных организмов. М. б. вместе с биохимией, биофизикой, биоорганической химией часто объединяют в одно общее направление — физико-химическую биологию, раздел биологии, изучающий структуры и процессы, свойственные живым организмам, на уровне молекул. Молекулярная биология стремится объяснить важнейшие явления жизнедеятельности (наследственность, изменчивость, рост, развитие, движение, обмен веществ и энергии, чувствительность, иммунитет и др.) строением, свойствами и взаимодействием входящих в состав организмов химических веществ. В любом организме в каждый момент его существования проходит огромное число биохимических реакций, в которых участвуют молекулы большие и малые, простые и сложные, органические и неорганические. Все эти реакции строго упорядочены и, в зависимости от условий и потребностей организма, подвергаются настройке и регулировке. Решающая роль в организации этих процессов принадлежит двум классам больших молекул – белкам и нуклеиновым кислотам. Эти биополимеры и служат главным объектом исследования в молекулярной биологии.

С самого начала молекулярная биология развивалась как научная область, родственная прежде всего биохимии и биофизике, а также генетике, микробиологии, вирусологии. В 30—40-е гг. 20 в. для установления пространственной структуры важнейших белков стали применять рентгеноструктурный анализ, сыгравший впоследствии решающую роль и в установлении строения ДНК. Внедрение в эти годы в биологию методов и идей физики и химии заложило основы для развития «молекулярного» направления. Во многом его будущие успехи предопределил интерес физиков и химиков к проблеме наследственности. В 1944 г. вышла книга одного из создателей квантовой механики Э. Шрёдингера «Что такое жизнь? С точки зрения физика», содержавшая краткое изложение основ генетики. Многими представителями точных наук эта работа была воспринята как призыв сосредоточить усилия на решении загадки «вещества наследственности».

Через 9 лет Дж. Уотсон и Ф. Крик решили эту задачу. Ко времени  выхода в свет их статьи (апрель 1953 г.), в которой предлагалась модель молекулы ДНК (т.н. двойная спираль), принято относить рождение молекулярной биологии. Модель Уотсона—Крика ярко выражала главную направленность новой науки: биологические функции макромолекулы можно было объяснить её структурой (см. Дезоксирибонуклеиновые кислоты). При этом молекулярный уровень (двухцепочные ДНК) логично увязывался с субклеточным (репликация хромосом), клеточным (митоз, мейоз) и организменным (наследование признаков).

Близкий подход встречался и в более ранних работах. Ещё  в 1927 г. Н.К. Кольцов высказал гипотезу о «наследственных молекулах», способных воспроизводиться путём матричного синтеза, а В.А. Энгельгардту в 1939 г. удалось связать строение мышечных белков с их ролью в мышечном сокращении. Однако только после «двойной спирали» началось бурное развитие молекулярной биологии, ставшей лидером естествознания. Помимо многочисленных конкретных достижений (расшифровка генетического кода, раскрытие механизмов биосинтеза белка, пространственной структуры ферментов и других белков, строения и роли в клеточных процессах биологических мембран и т.д.), молекулярная биология выявила некоторые общие принципы, на основе которых осуществляются самые различные биологические процессы. Так, комплементарность взаимодействующих молекул (их взаимодополняемость, взаимное соответствие как «ключа и замка»), приводящая к образованию нековалентных химических связей между ними, лежит в основе процессов, требующих биологической специфичности (избирательности, «узнавания»), начиная от синтеза ДНК и белков и кончая образованием комплексов между ферментом и субстратом, антителом и антигеном, самосборкой вирусных частиц и цитоскелета. Точно так же принцип матричного синтеза используется клетками не однократно, а на разных этапах реализации генетиче-ской информации.