РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им.
Сибирского отделения Российской академии наук
(ИНГГ СО РАН)
.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ОД. А.05 Эволюция биосферы
основной образовательной программы послевузовского профессионального образования
(аспирантура)
по специальности
25.00.02 Палеонтология и стратиграфия
Новосибирск 2013
Программа составлена в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:
1. Федеральные государственные требования к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура) – приказ Минобрнауки России .
2. Паспорт научной специальности 25.00.02 – «Палеонтология и стратиграфия», разработанный экспертами ВАК Минобрнауки России в рамках Номенклатуры специальностей научных работников, утвержденной приказом Минобрнауки России от 01.01.2001 г. № 59.
3. Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 25.00.02 – «Палеонтология и стратиграфия», утвержденная приказом Минобрнауки России «Об утверждении программ кандидатских экзаменов».
Составитель рабочей программы:
Главный научный сотрудник, чл.-корр. РАН
Ответственный за специальность
д. г.-м. н.
ПРИНЯТО
Учёным советом ИНГГ СО РАН
Протокол № 6 от 01.01.2001
1. Цели и задачи освоения дисциплины
Цель изучения дисциплины – формирование у аспирантов углубленных знаний об основных закономерностях развития биосферы в истории Земли.
Задачи дисциплины:
- сформировать у аспирантов представление об эволюции экосистем,роли различных групп организмов в круговороте вещества;
- подготовить аспирантов к практическому применению полученных знаний при осуществлении палеонтологических и стратиграфическихисследований.
2. Место дисциплины в структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура)
Дисциплина «Эволюция биосферы» является частью образовательной программы подготовки аспирантов по специальности 25.00.02 «Палеонтология и стратиграфия».
Требования к первоначальному уровню подготовки обучающихся для успешного освоения дисциплины:
• базовые знания по общей геологии, палеонтологии, геохимии, геофизике.
С другими частями образовательной программы соотносится следующим образом:
Разделы, последующие по учебному плану:
• НИР. А.00, Научно-исследовательская работа и выполнение диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.
• ПД. А.00, Подготовка к защите диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.
Дисциплина является дисциплиной по выбору аспиранта.
3. Требования к уровню подготовки аспиранта, завершившего изучение данной дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
Общекультурныекомпетенции:
ОК-2 | Способен к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности; |
ОК-6 | Способен самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности; |
Профессиональныекомпетенции:
ПК-15 | Способен использовать профильно-специализированные знания в области геологии, геологии и геохимии горючих ископаемых, экологической геологии для решения научных и практических задач(в соответствии с профилем подготовки). |
ПК-17 | Способен использовать профильно-специализированные информационные технологии для решения геологических, нефтегазовых и эколого-геологических задач(в соответствии с профилем подготовки). |
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать:современные представления о биосфере, роль биоты в геологических процессах, в поддержании устойчивости биосферы.
Уметь: применять полученные знания при осуществлении палеонтологических и стратиграфическихисследований.
.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 2 зачетных единиц, 72 часа.
Вид учебной работы | Объём часов / зачетных единиц |
|
|
Всего | 72/2 |
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) | 36/1 |
в том числе: | - |
лекции | 12 |
семинары | 24 |
Самостоятельная работа аспиранта (всего) | 36/1 |
Вид контроля по дисциплине:
Промежуточная контрольная работа Итоговая контрольная работа |
5. Разделы дисциплины и виды занятий
№ | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. | Лаб. | Семин | Сам. раб. | Всего |
п/п |
|
|
| ||||
1. | Общие представления о биосфере | 2 | 2 | 4 | 8 | ||
2. | Эволюция биосферы | 4 | 8 | 12 | 24 | ||
3. | Глобальные события в истории биосферы | 2 | 6 | 10 | 18 | ||
4. | Роль биоты в геологических процессах | 4 | 8 | 10 | 22 |
6. Содержание дисциплины:
№ | Наименование раздела | Содержание раздела |
п/п | дисциплины | |
1 | Общие представления о биосфере | Термин "биосфера" и понятие "биосфера" в трудах (1802), Э. Зюсса (1875), (). Идеи и их развитие . Предмет биосферологии. Определение термина "биосфера" . "Былые биосферы". "Живое вещество" и его роль в преобразовании биосферы в свете представлений . Современная биосфера: определение, строение, границы, основные характеристики. Представления о биосфере в трудах Дж. Хатчинсона и . Биосфера как саморегулирующаяся (кибернитическая) система (примеры). Закон необходимого разнообразия Винера-Шеннона-Эшби. Биота. Круговорот веществ (примеры). Геохимическиециклы. Потокэнергии. |
2 | Эволюция биосферы | Гипотезы о происхождении жизни: самозарождение, панспермия, эволюционная. Отличительные признаки живого от неживого: по элементному составу, по химическим соединениям, по обмену веществ, по воспроизведению потомства, по раздражению. Химическая эволюция как предшествующая биологической эволюции. Эволюция звезд и галактик (по Шкловскому). Типы туманностей: диффузные, планетарные. Нуклеосинтез. Углеродистые соединения в космосе (примеры). Источник углеродных соединений в космосе (модели, опыты). Углеводороды на звездах, в Солнечной системе (примеры). Углеродистые соединения (УС) на примитивной Земле (примеры). Условия химической эволюции УС на начальных стадиях развития Земли как планеты в Солнечной системе: элементный состав, температура, давление, сила тяжести. Типы первичных углеводородов из метеоритов. Опытное (экспериментальное) воспроизводсто высокомолекулярных углеводородов. Эволюция углеводородистых соединений на примитивной Земле. Образование гидро - и атмосферы. Фотодиссоциация. Образование простейших органических соединений в первичной гидросфере. Опытное (экспериментальное) воспроизводство сахаров, аминокислот, глицина, аланина, серина, аспарагиновой и глутаминовой кислот, полимеров аминокислот - пептидов. Опыты Бутлерова (1861), Миллера (1953), Ф. Эгами (1961), их краткое описание: исходные вещества и характеристики среды. Условия, при которых образуются органические соединения. Возникновение биотического круговорота. Появление свойства метаболизма и репродукции у высокоорганизованных органических соединений. Гипотеза первичности гена (Холдейн, 1929; Миллер, 1937). Гипотеза пробионта (Опарин, 1924-1957). Основные особенности абиотического и биотического круговоротов. Первичные биосинтетики: фотоавтотрофы, хемосинтетики или гетеротрофы? Аргументы в пользу одного из них. Предбиологические системы - коацерваты. Условия образования коацерватов. Основные характеристики каоцерватов. Взаимодействие коацерват с окружающим раствором - обмен со средой. Естественный отбор капель. Возникновение самовоспроизводства как этап эволюции материи (гипотеза Неймана-Винера). 5 условий прогрессивной эволюции по пути создания коацерватов. Основные стадии прогрессирующего развития материи: атомная эволюция, химическая эволюция, биологическая эволюция, социальная эволюция. Начало биологической эволюции: Два события в биологической эволюции докембрия. Способы воссоздания путей эволюции в докембрии: молекулярно-палеонтологический, метаболизм и биохимические особенности современных живых клеток. Прокариоты и эукариоты: грани их раздела. Метаболизм. Особенности метаболизма у прокариот. Процесс дыхания у прокариот и эукариот. Эволюционная связь между прокариотами и эукариотами на основе развития процесса дыхания. Возникновение эукариотов. Сингенез. Данные молекулярной палеонтологии. Форма клеток первых эукариот. Их размеры. Комбинации клеток. Возникновение фотосинтеза. Роль цианобактерий в фотосинтезе, их биохимические особенности. Особенности связывания азота цианобактериями. Кислород во вторичной атмосфере Земли. Доказательства бескислородной атмосферы на рубеже 2 млрд. лет +- 200 млн. лет. Эволюция содержания кислорода в атмосфере. Закисные формы минерапов, красноцветы. Точки Юри, Пастера, Беркнера-Маршалла и их связь с развитием биоты. Источники свободного кислорода в атмосфере. Углекислый газ в атмосфере. Первичный источник СО2, его динамика в истории Земли, роль в круговороте в фанерозое. Антропогенное влияние на динамику СО2 в атмосфере. Велика ли опасность парникового эффекта? Вода в истории Земли. Первичный океан. Возникновение океана, океанических глубин. Эволюция осадконакопления. 5 этапов грандиозного эвапоритового осадконакопления. Особенности состава галогенных формаций докембрия и раннего палеозоя. Связь этапов соленакопления с эволюцией биоты в венде и фанерозое. |
3 | Глобальные события в истории биосферы | Появление прокариот: бактерий и цианобактерий (?) на рубеже 4,0-3,5 млрд. лет. Их роль в преобразовании окружающей среды: атмосферы (синтез кислорода) и стратисферы (карбонатонакопление). Появление эукариот одноклеточных (2,0-1,7 млрд. лет). Связано ли оно с геодинамическими событиями? Какими? Следы этого события на Земле: окисление уранинита, красноцветы, джеспиллиты. Глобальное распространение строматолитов и их вклад в карбонатное осадконакопление. Первые находки метазой в венде (-650 млн. лет). Фауна Эдиакара: основные представители и их глобальное распространение (примеры). Обусловлено ли появление метазой какими-либо геологическими событиями? Филетические связи между биотами венда и раннего кембрия (томмота). Критические рубежи в развитии биосферы фанерозоя. Что такое глобальное событие и как установить его следы? Что является основанием для заключения о глобальности события? Существуют ли методы определения скоротечности биосферных изменений в геологическом прошлом? Причины кризисов в эволюции биосферы: биологические, наземные и внеземные. Как проявляются в стратисфере следы событий биологической, геологической и космической природы? Существует ли периодичность перестройки биосферы? Примеры возможных триггеров (= спусковых крючков) этих перестроек. Предсказуемы ли перестройки биосферы? Какая особенность в эволюции двух крупных стволов в развитии биоты (животных и растений) не позволяет говорить о катастрофическом характере глобальных перестроек биосферы? Происхождение и эволюция человека. Антропогенное воздействие на биосферу. Взаимодействие с животными. Уничтожение одних и разведение других: нарушение баланса в трофических цепях. Воздействие на растительный покров планеты: земледелие, скотоводство, заготовка сырья и топлива. Воздействие на водный режим. Влияние технологии на состав атмосферы: углекислый газ, метан, инертные газы Причины конфликта человека со средой. Демографический взрыв, возрастающее потребление, ограниченность запасов недр Земли и предел КПД в использовании солнечной энергии биогенами. Пути выхода из кризиса. Проблема сохранения среды. Решение глобальных проблем путем международных соглашений. Запрет ДЦТ, испытаний ядерного оружия в атмосфере, гидросфере и в космосе. Значение биосферных заповедников в сохранении генофонда. Роль экологов и значение общественного мнения на пути антропогенного преобразования биосферы. Биосферабудущего: НоосфераилиТехносфера? |
4 | Роль биоты в геологических процессах | Геологические силы, преобразующие лик Земли. "Живое вещество" (ЖВ) как геологическая сила. Роль ЖВ в процессах формирования осадочных пород. В каких формах она проявляется? Участие организмов в круговороте вещества. Примеры среди растений, беспозвоночных (морских и наземных), позвоночных. Связь биохимических постулатов с геологической деятельностью ЖВ. Примеры, иллюстрирующие принцип ускорения биогенной миграции атомов и экспансии ЖВ в ходе геологического времени. Основные функции ЖВ в биосфере. Энергетическая функция ЖВ на стадии диагенеза. Концентрационная функция ЖВ. Концентрация из недосыщенныхрастворов. Концентрация в пищевых цепях. Примеры из наземноморских экосистем. Избирательная концентрация элементов морскими и наземными организмами. Примеры. Форма концентрации химических элементов в организмах. Физиологический (таксономический) контроль в использовании минеральных форм (типов минералов). Биофильтрация - главный путь биоседиментации. Объемы ежегодной биогенной концентрации химических элементов по сравнению с их запасами в природе (несколько примеров). Деструктивная функция ЖВ. Формы проявления ее на стадии гипергенеза. Последовательность разрушения и роль организмов на разных его стадиях. Избирательное биогенное разрушение. Примеры. Средообразующая функция ЖВ. В чем она заключается? Примеры биохимического и биофизического (биомеханического) средообразования. Влияние ЖВ на изменение водородного показателя (рН) и окислительно-восстановительного потенциала (ЕЬ), характеризующих физико-химические условия среды. Средообразующая роль фотосинтетиков на Земле: конкретные обстановки (водоемы, воздушный бассейн города) и газы атмосферы. Влияние микроорганизмов на среду. Роль сульфатвосстанавливающих и тионовых бактерий в средообразовании. Примеры. Транспортная функция ЖВ. Роль основных "исполнителей" этой функции в истории Земли. Возрастала ли она? Примеры. "Пленки жизни" и основные факторы, влияющие на биогенное осадконакопление. Биогенное осадконакопление в море Продуценты осадочного материала в гланктоне и бентосе. Процесс осаждения планктогенного вещества. Роль донных организмов в осадконакоплении. Морские экосистемы интенсивной биогенной седиментации: неритические, рифовые, апвелинговые, рифтовые, саргассовые. Три типа зональности биогенного осадконакопления: климатическая, батиметрическая и циркумконтинентальная. В чем они проявляются? Биогенное осадконакопление на суше. Особенности концентрации биогенного вещества. Продуктивность различных экосистем. Наземные экосистемы интенсивного биосинтеза. Особенности биоседиментации в континентальных водоемах. Ваимодействие биологического, экологического и тафономическогофакторов в процессе биоседиментации. Биогенные породы и их место в современной классификации осадочных горных пород. Карбонаты. Особенности географического распространения карбонатных осадков. Классификация карбонатных осадков морских экосистем по месту синтеза и по типу карбонат-концентрирующих организмов. Типы планктогенных илов. Типы бентосных отложений. Примеры из геологического прошлого. Особенности карбонатонакопления в пресных водоемах. Средообразующаяроль бактерий в образовании "озерного мела" или мергеля. Генезис доломитов: оценка существующих гипотез. Биохимические процессы доломитообразования. Лабораторные эксперименты. Примеры древних доломитов. Кремнистое биогенное осадконакогшение: общая схема формирования кремнистых пород на Земле. Морские экосистемы: основные кремнеосаждающиеорганизмы. Три пояса глобального кремненакопления. Типы биогенных кремнистых пород: диатомиты, силикофлагеллиты, радиоляриты и спонголиты и их характеристика (природа материала, условия формирования, особенности географического распространения). Трепелы, опоки, яшмы - возможная природа исходного материала. Биогенные каустобиолиты: торф, сапропели, угли, горючие сланцы, нефть. Их характеристика: исходное вещество, условия концентрации, захоронения и фоссилизации, место в геологической истории. Роль ЖВ в фосфатонакоплении. Типы фосфоритов: пластовые, желваковые, ракушняковые, костные брекчии, гуано; участие организмов в их формировании. Фосфор в скелетах современных организмов и его концентрации в пищевых цепях. Биохимическая гипотеза формирования пластовых фосфоритов, условия концентрации на дне водоемов. Апвелинговые экосистемы и фосфатообразование. Железистые и марганцевые осадочные породы. Средообразующая роль микроорганизмов в процессах садки железа и марганца из слабонасыщенных водных растворов. Эпохи соленакопления в истории Земли и участие рифогенных организмов в создании палеогеографических барьеров, способствующих формированию эвапоритовых бассейнов. |
7. Самостоятельная работа аспирантов
Используются виды самостоятельной работы аспиранта: в читальном зале библиотеки, в учебных кабинетах, на рабочих местах с доступом к ресурсам Интернет и в домашних условиях. Порядок выполнения самостоятельной работы соответствует программе курса и контролируется устными докладами на семинарах и контрольной работой. Самостоятельная работа подкрепляется учебно-методическим и информационным обеспечением, включающим рекомендованные учебники и учебно-методические пособия, а также конспекты лекций.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
8.1.Основная и дополнительная литература
а) основная литература
1. Биосфера. - М.:Мир, 1972.
2. Биосфера. Эволюция, пространство, время. - М.: Прогресс. 19с.
3. Войткевич теории происхождения Земли. - М.: Недра. 1979.
4. Камшилов биосферы. - М.: Наука, 1979.
5. Катастрофы и история Земли. Новый униформизм. - М.: Мир, 1986.
6. Лапо бьшых биосфер. - М.: Знание, 1979.
7. Опарин , ее природа, происхождение и развитие. - М.: Наука, 1968.
8. Рингвуд Земли и Луны. - М.: Недра, 1982.
9. Эволюция. - М.:Мир, 1981.
б) дополнительная литература
1. Бернал Дж. Возникновение жизни. - М.: Мир, 1969.
2. Будыко и жизнь - Л.: Наука, 1970.
3. Будыко в прошлом и будущем. - Л.: Гидроматеоиздат, 1980.
4. Берг и жизнь. - М.: Огиз, 1947.
5. Вернадский . - Л.: Научн.-Хим. тех. изд-во, 1926 (Избр. соч. , 1960).
6. Вернадский биогеохимии. 1. Значение биохимии для познания биосферы. Изд-е 2-ое. - Л.:Изд-во АН СССР. 1935.
7. Вернадский строение биосферы Земли и ее окружения. - М.: Наука, 1965.
8. Вернадский вещество. - М.: Наука, 1978.
9. Заварзин и состав атмосферы. - М.: Наука. 19с.
10. Захаров кризисы в истории Земли. // Наука в России. 1993, N 2, - С. 68-75.
11. Зимы нашей планеты. - М.: Мир, 1982.
12. Химическая эволюция - М.: Мир, 1971.
13. Роль симбиоза в эволюции клетки. - М.: Мир. 1983. 351 с.
14. , Шишков климата. - Л.: Гидрометеоиздат, 1979.
15. Мочалов Иванович Вернадский (). - М.: Наука, 1982.
16. Происхождение жизни. - М.: Мир, 1977.
17. Происхождение жизни. - М.: Мир, 1973.
18. Татаринов по теории эволюции. // Академические чтения,. - М.: Наука, 19с.
19. Шарден человека. - М:.Наука. 1987. 240 .
20. Происхождение жизни. - М.: Мир, 1982.
21. Яншин значение учения о биосфере и преобразования ее в ноосферу // В кн. Методологиянауки и научныйпрогресс. - Новосибирск: Наука, 1981.
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
- аудиторный фонд ИНГГ СО РАН;
- ноутбук, мультимедиа-проектор, экран;
- рабочее место с выходом в Интернет;
- библиотечный фонд ИНГГ СО РАН.
10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
В процессе изучения дисциплины устанавливаются формы контроля: текущий контроль в течение семестра и аттестация в конце курса. Текущий контроль включает авторские формы проверки знаний аспирантов (тестирование, коллоквиумы, сдача самостоятельных и практических заданий). Аттестация проводится по итоговой контрольной работе.
Дополнения и изменения в рабочей программе
за __________/__________ учебный год
В рабочую программу курса ОД. А.05 – «Эволюция биосферы» образовательной программы по специальности 25.00.02 – «Палеонтология и стратиграфия»:
