Современные достижения естествознания

Содержание

Введение  ______________________________________________________ 3

1. ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ  СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ_ 4

1.1. Важнейшие открытия в области физики ___________________________ 4

1.2. Важнейшие открытия  в области химии _________________________ 6

1.3. Синтетическая теория  эволюции _______________________________ 7

1.4. Носитель генной информации _________________________________ 10

1.5. Современные биотехнологии ___________________________________ 14

2. ГЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. ПРОБЛЕМЫ КЛОНИРОВАНИЯ ______ 17

2.1. Достижения генной  инженерии ________________________________ 17

2.2. Проблема клонирования ___________________________________ 20

Заключение ___________________________________________________ 27

Список использованной литературы _____________________________ 28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В ХХ – начале ХХI века естествознание развивалось невероятно быстрыми темпами, что обусловливалось потребностями практики. В 20-30-е годы ХХ века начинается эпоха промышленной науки, крупных научно-исследовательских центров, расходующих сотни тысяч и миллионы долларов. Наука становится профессией огромного числа людей. Объём научной деятельности удваивается каждые 10-15 лет. Это проявляется в ускорении роста количества научных открытий и объёма научной информации, а также числа людей, занятых в науке. В результате – феноменальные достижения в естествознании. Наука изменила не только сферу производства, но и быт людей. Радио, телевидение, магнитофоны, компьютеры становятся обиходными вещами, также как одежда из синтетических тканей, стиральные порошки, лекарства и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ  СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

 

1.1. Важнейшие  открытия в области физики.

В настоящее время в  области  фундаментальной теоретической  физики выделяются три уровня строения материи: микромир – мир предельно малых, непосредственно не наблюдаемых микрообъектов размерностью до 16 см.; макромир -  мир макрообъектов, размерность которых соотносима с масштабами человеческого опыта: пространственные величины выражаются в миллиметрах, сантиметрах и километрах, а время - в секундах, минутах, часах, годах; мегамир – мир огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в которых измеряется световыми годами, а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет.¹

Основными достижениями микромира  являются: установление строения атома, открытие деления урана и цепной реакции, работы по получению управляемой термоядерной реакции, построение теории элементарных частиц.

После открытия электрона  было установлено существование  большого числа новых элементарных частиц. В характеристике элементарных частиц различают четыре вида взаимодействия: сильное взаимодействие, электромагнитное взаимодействие и слабое взаимодействие. Гравитационное взаимодействие – самое слабое, не учитывается в теории элементарных частиц; распространяется на все виды материи; имеет решающее значение, когда речь идет об очень больших массах. Основные положения современной атомистики могут быть сформулированы следующим образом:

1) атом является сложной  материальной структурой, представляет  собой мельчайшую частицу химического элемента;

2) у каждого элемента  существуют разновидности атомов (содержащиеся в природных объектах или искусственно синтезированы);

3) атомы одного элемента могут превращаться в атомы другого; эти процессы осуществляются либо самопроизвольно (естественные радиоактивные превращения), либо искусственным путём (посредством различных ядерных реакций).

К основным достижениям в области мегамира можно отнести модель Большого взрыва, установление источника энергии Солнца, астрономические исследования вселенной.

Современная космология начала складываться в 20-е годы ХХ века на основе созданной Энштейном общей теории относительности. В 1922 году советский математик и геофизик А.А.Фридман нашёл решение уравнений общей теории относительности для замкнутой расширяющейся Вселенной. Он установил, что искривлённое пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться, или сжиматься. Открытое  в 1929 году американским астрономом Э.Хабблом «красное смещение» для всех далёких источников оказалось пропорциональным расстоянию до источника, что подтверждало гипотезу о расширении видимой части Вселенной. В 1965 году американские ученые А.Пензиас и Р.Вилсон с помощью радиотелескопа установили, что во Вселенной имеется так называемое фоновое радиоизлучение, названное советским ученым И.С.Шкловским реликтовым. Таким образом, два экспериментально установленных положения – расширение Вселенной и реликтовое излучение – являются убедительными доводами в пользу так называемой теории «большого взрыва».²

По  современным представлениям, вначале  был взрыв. Всего лишь через одну сотую секунды после взрыва Вселенная имела температуру порядка 100млрд градусов К. При такой температуре молекулы, атомы и даже ядра атомов существовать не могут. Вещество Вселенной пребывало в виде элементарных частиц, среди которых преобладали электроны, позитроны, нейтрино, фотоны, а также протоны и нейтроны. Плотность вещества Вселенной спустя 0,01 секунды после взрыва, несмотря на очень высокую температуру, была огромной: в 4000 миллионов раз больше, чем у воды. В конце первых трёх минут после взрыва температура вещества Вселенной, непрерывно снижаясь, достигла 1 млрд. градусов К. Плотность вещества также снизилась, но ещё была близкой к плотности воды. При этой, хотя и очень высокой, температуре начали образовываться ядра тяжёлого водорода (дейтерия) и ядра гелия. Однако вещество Вселенной в конце первых трёх минут состояло в основном из фотонов, нейтрино, и антинейтрино. Только по истечении нескольких сотен лет начали образовываться атомы водорода и гелия. Силы гравитации превращали газ в сгустки, ставшие материалом для возникновения галактик и звёзд.³

В макрофизике можно выделить достижения в трёх направлениях: в области электроники, в области создания лазеров и их применения, в области  высокотемпературной сверхпроводимости.

 

1.2. Важнейшие  открытия в области химии

Химию принято подразделять на пять разделов:  неорганическая, органическая,  физическая, аналитическая и химия высокомолекулярных соединений. С помощью неорганической химии разрабатываются методы синтеза и глубокой очистки веществ. Многие процессы проходят в условиях горения и низкотемпературной плазмы. Химические реакции часто сочетают с получением волокнистых, слоистых и монокристаллических материалов, с изготовлением электронных схем. Неорганические соединения применяются для всех отраслей промышленности, включая космическую технику, как удобрение и кормовые добавки, ядерное и ракетное топливо, фармацевтические материалы.  Органическая химия – наиболее крупный раздел химической науки. Общепризнано огромное значение химии полимеров. Так, ещё в 1910 году С.В.Лебедев разработал промышленный способ получения бутадиена, а из него каучука. В 1938 году Р.Планкет открывает тефлон, создаются «вечные» смазочные масла (пластмассы и эластомеры), широко используемые космической и реактивной техникой, химической и электротехнической промышленностью. В 30-40-е годы исследования фосфорорганических соединений А.Е.Арбузовым привели к открытию лекарственных препаратов, отравляющих веществ, средств защиты растений и др. Химия ароматических и гетероциклических соединений породила производство душистых и лекарственных веществ. Проникновение органической химии в смежные области – биохимию, биологию, медицину, сельское хозяйство – привело к изучению свойств, установлению структуры и синтезу витаминов, белков, нуклеиновых кислот, антибиотиков, новых средств ускорения роста растений и средств борьбы с вредителями. В 1963 году В.Виньо синтезировал инсулин, также были синтезированы окситоцин (пептидный гормон), вазопрессин (гормон, обладающий антидиуретическим действием), брадикинин  (обладает сосудорасширяющим действием).  Физическая химия объясняет химические явления и устанавливает их общие закономерности. В результате развития квантовой химии многие проблемы химического строения веществ решаются на основании теоретических расчётов; наряду с этим широко используются физические методы исследования – рентгеноструктурный анализ, дифракция электронов, спектроскопия, методы, основанные на применении изотопов. Аналитическая химия рассматривает принципы и методы изучения химического состава вещества. Включает количественный и качественный анализ. Современные методы аналитической химии связаны с необходимостью получения полупроводниковых и других материалов высокой частоты.⁴

 

1.3. Синтетическая  теория эволюции

Основанием всем системы  современной эволюционной биологии выступает синтетическая теория эволюции, принципиальные положения которой были заложены работами С.С.Четверикова, Р.Фишера, С.Райта, Дж.Холдейна, Н.П.Дубинина и др.

Элементарной клеточкой  синтетической теории эволюции является популяция - совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений. Элементарной единицей наследственности выступает ген. Наследственное изменение популяции в каком-либо определенном направлении осуществляется под воздействием таких эволюционных факторов, как мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор.

Таким образом, в синтетической  теории эволюции на первый план выступает не оногенез - совокупность преобразований, происходящих в организме от зарождения до конца жизни, т.е. индивидуальное развитие организма, а развитие популяций.⁵

Онтогенетический уровень  организации жизни на Земле связан с жизнедеятельностью отдельных биологических особей, дискретных индивидуумов, а популяционный уровень индивидуален.

Популяция - это совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию, более или менее изолированную от соседних совокупностей того же вида.

Виды - это системы популяций. Популяции и виды как надындивидуальные образования способны к существованию в течение длительного времени и к самостоятельному эволюционному развитию.

Популяции - это генетические открытые системы, т.к. особи из разных популяций иногда скрещиваются. Виды являются наименьшими генетически  закрытыми системами. Совокупность совместно обитающих популяций разных видов живых организмов называется биоценозом.

Биоценоз - совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с более или менее однородными условиями существования и характеризующихся определенными взаимосвязями между собой и приспособленностью к условиям окружающей среды (например, биоценоз озера, леса и т.д.). Совокупность растений на участке с одинаковыми природными условиями, которые взаимодействуют друг с другом и со своим окружением, называется фитоценозом или растительным сообществом. Растительное сообщество (фитоценоз) - совокупность видов растений на однородном участке, находящихся в сложных взаимоотношениях между собой и с условиями окружающей среды (лес, степь, луг и т.д.). Фитоценоз характеризуется определенным видовым составом, строением и сложением. Фитоценоз - это часть биоценоза.⁶

Биоценозы входят в качестве составных частей в еще более  сложные системы, представляющие собой  взаимообусловленный комплекс живых  и абиотических компонентов, связанных  между собой обменом веществ  и энергией - в биогеоценозы.

Биогеоценоз - это однородный участок земной поверхности с  определенным составом живых (биоценоз) и абиотических косных (приземной слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов и динамическим взаимодействием между ними (обменом веществ и энергии). Термин предложил В.М.Сукачев (1940 г). Иногда этот термин употребляется как синоним экосистемы. Раздел биологии, изучающий экологические системы (биоценозы, биогеоценозы), называется биогеоценология.

В развитии экосистем большую  роль играют организмы, способные самостоятельно синтезировать органическое вещество из неорганических соединений. Эти организмы называются автотрофами.

Автотрофы - это организмы, синтезирующие из неорганических веществ (главным образом воды, двуокиси углерода, неорганических соединений азота) все необходимые для жизни органические вещества, используя энергию фотосинтеза (все зеленые растения - фототрофы) или хемосинтеза (некоторые бактерии - хемотрофы).⁷

Автотрофы служат первичной  биотической основой для сложения биогеоценозов.

Организмы, использующие для  питания органические вещества, произведенные другими организмами, называются гетеротрофами. К гетеротрофным организмам относится человек, все животные, грибы, большинство бактерий, вирусов.

Автотрофные растения и микроорганизмы представляют жизненную среду для  гетеротрофов. Складывается биогеоценотический комплекс, который может существовать веками.

Пространство, включающее околоземную  атмосферу и наружную оболочку Земли, освоенное живыми организмами и находящееся под влиянием их жизнедеятельности, называется биосферой.

Биосфера Земли образуется всей совокупностью биогеоценозов, связанных между собой круговоротом веществ и энергии. Она представляет собой область активной жизни, охватывающую нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. В биосфере живые организмы и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Термин "биосфера" введен в 1875 г. Э.Зюссом. Учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числе человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения, создал В.И.Вернадский (1926 г.).

 

1.4. Носитель  генной информации