Уровни организации живой материи. Живая природа представляет собой сложно организованную, иерархичную систему. Выделяют несколько уровней организации живой материи. 1. Молекулярный. Любая живая система проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также других важных органических веществ. 2. Клеточный. Клетка — структурная и функциональная единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, т. к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках. 3. Организменный. Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных для выполнения различных функций. 4. Популяционно-видовой. Под видом понимают совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение и занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями с другими видами и факторами неживой природы. Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования. 5. Биогеоценотический. Биогеоценоз — сообщество, совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания — компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы. 6. Биосферный. Биосфера — самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. В ней выделяют живое вещество — совокупность всех живых организмов, неживое или косное вещество и биокосное вещество (почва). Клеточная теория строения живой материи. - клетка является структурной и функциональной единицей любого живого организма. Роль клеток для живого организма состоит в том, что каждая клетка является микроносителем жизни, поскольку в ней заключена такая генетическая информация, которая достаточна для воспроизведения всего организма. Элементарные явления на этом уровне организации биологических структур обусловлены процессами обмена веществ. Благодаря деятельности клеток поступающие из окружающей среды вещества превращаются в субстраты, энергию и информацию, которые усваиваются в процессе биосинтеза белков в соответствии с генной программой ДНК. Таким образом, на клеточном уровне сочетаются процессы передачи и переработки информации и превращения веществ и энергии. На протяжении всей жизни идет непрерывная замена старых клеточных структур на вновь образующиеся. Минимальная жизнедеятельность клеток человека 1-2 дня. Ежедневно погибает до 70 млрд. клеток кишечного эпителия и 2 млрд. эритроцитов. Клетки крови полностью заменяются через четыре месяца. Клетке присущи все признаки живого: обмен веществ и энергии, реагирование на внешнюю среду (саморегуляция), рост, размножение путем деления (самовоспроизведение), передача наследственных признаков, способность двигаться и в целом самоорганизация. Тем самым она обладает как бы полнотой свойств жизни. Это позволяет клетке как самостоятельной единице живого существовать и отдельно: изолированные клетки многоклеточных организмов могут жить и размножаться в питательной среде. Клетки всех живых организмов имеют похожий химический состав и сходное строение. Клетки животных и растений различаются, но для «обобщенной» клетки можно выделить три главные части: цитоплазму, клеточную, или плазматическую, мембрану, отделяющую цитоплазму от окружающей среды, и клеточное ядро. Живое вещество клетки - протоплазма - представляет собой студнеобразную массу и содержит множество структурных элементов меньшего размера, чем сама клетка, которые называются органеллами. Наружной частью протоплазмы является клеточная мембрана, а внутренней частью - цитоплазма. Состав цитоплазмы: вода - 80%, белки и аминокислоты - 10%, углеводы - 5%. Цитоплазму и протоплазму, как ее живую субстанцию, можно считать тем живительным микроокеаном, где процессы диссимиляции и ассимиляции обеспечивают переход от неживого к живому. Именно в ней происходит обмен веществ. Задача протоплазмы состоит в обеспечении структурной основы обмена веществ, пространственного размещения молекулярных компонентов клетки, связанных с их движением и обеспечением процессов жизнедеятельности. По существу, протоплазма является совокупностью не только материальных компонентов, содержащихся в ней, но и процессов, обеспечивающих метаболизм. Ядро имеет полимерные молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которой закодирована вся информация о данном виде, и тем самым ядро является хранителем генетической информации. Заметим, что в ряде одноклеточных организмов ядро может отсутствовать. Такие клетки называются прокариотическими. Роль хранителя генетической информации для прокариотических клеток играет нуклеотид, не имеющий оболочки и состоящий из одной ДНК. Ее размер 1-5 мкм. Клетки, имеющие четко выраженные ядра, отделенные мембраной от остальной цитоплазмы, называются эукариотическими, их размер 10-50 мкм. Размеры органелл лежат в пределах от 20 нм до 5 мкм (рибосомы ~ 20 нм, ядра, митохондрии, хлоропласты ~ 1-5 мкм). Сущность и понятие метаболизма. Виды метаболизма – Обмен веществ (метаболизм) - совокупность протекающих в живых системах химических превращений, обеспечивающих их жизнедеятельность, рост, воспроизведение, развитие, самосохранение, постоянный контакт с окружающей средой, способность адаптироваться к ней и ее изменениям. В процессе обмена веществ происходит расщепление и синтез молекул, входящих в состав клеток; образование, разрушение и обновление клеточных структур и межклеточного вещества. В основе метаболизма лежат взаимосвязанные процессы ассимиляции (анаболизм) и диссимиляции (катаболизм). Ассимиляция - процессы синтеза сложных молекул из простых с расходованием энергии, запасенной в ходе диссимиляции (а также накопление энергии при отложении в запас синтезированных веществ). Диссимиляция - процессы расщепления (анаэробного или аэробного) сложных органических соединений, идущее с высвобождением энергии, необходимой для осуществления жизнедеятельности организма. В отличие от тел неживой природы обмен с окружающей средой для живых организмов является условием их существования. При этом происходит восстановление разрушенных ("отработавших") компонентов, замена их новыми, идентичными им, т. е. имеет место самообновление. Вот некоторые примеры: все белки печени и крови человека обновляются каждые 20 дней; все тканевые белки - в течение каждых 160 дней; все клетки кишечного эпителия обновляются в течение недели. Процессы обмена веществ, протекающие внутри организма, объединены в метаболические каскады и циклы химическими реакциями, которые строго упорядочены во времени и пространстве. Показательны расчеты для клеток человека - их метаболический аппарат включает более 10000 реакций. Согласованное протекание большого количества реакций в малом объеме достигается путем упорядоченного распределения отдельных звеньев обмена веществ в клетке (принцип компартментализации). Процессы обмена веществ регулируются с помощью биокатализаторов - особых белков-ферментов. Каждый фермент обладает субстратной специфичностью катализировать превращение лишь одного субстрата. В основе этой специфичности лежит своеобразное "узнавание" субстрата ферментом. Все живые организмы могут быть разделены на две группы - автотрофы и гетеротрофы, отличающиеся источниками энергии и необходимых веществ для своей жизнедеятельности. Основные понятия и содержание генетики - Генетика относительно молодая наука. Датой ее рождения считается 1900 г., когда были заново открыты установленные Г. Менделем в 1865 г. закономерности наследования признаков. Генетика изучает два фундаментальных свойства живых организмов наследственность и изменчивость. Обычно наследственность определяется как свойство родителей передавать свои признаки и особенности развития следующему поколению. Благодаря этому каждый вид животных или растений сохраняет на протяжении поколений характерные для него черты. Обеспечение преемственности свойств лишь одна из сторон наследственности; вторая сторона точная передача специфического для каждого организма типа развития, т. е. становления в ходе онтогенеза определенных признаков и свойств, и присущего только этому типу организмов обмена веществ. Геном является участок молекулы ДНК (или участок хромосомы), определяющий возможность развития отдельного элементарного признака или синтез одной белковой молекулы. Из этого положения следует, что признак, обусловленный каким-либо определенным геном, может и не развиваться. Следовательно, предмет генетики составляет и изучение условий проявления генов. У всех организмов одного и того же вида каждый ген располагается в одном и том же месте, или локусе, строго определенной хромосомы. Для генов приняты буквенные обозначения. Если два аллельных гена полностью тождественны по структуре, т. е. имеют одинаковую последовательность нуклеотидов, их можно обозначить так: АА. Но в результате мутации может произойти замена одного нуклеотида в ДНК на другой. Признак, обусловленный этим геном, тоже несколько изменится. Генотип, включающий исходный и мутантный ген, будет обозначаться так: АА1. Мутация, вызывающая изменение структуры гена, т. е. появление варианта исходного гена, приводит и к появлению варианта признака. Ген может мутировать неоднократно. В результате возникает несколько аллельных генов. Совокупность таких аллельных генов, определяющих многообразие вариантов признака, называется серией аллельных генов. Совокупность всех генов одного организма называется генотипом. Однако генотип не механическая сумма генов. Возможность проявления гена и форма его проявления зависят от условий среды. В связи с этим известный советский генетик определил генотип как систему взаимодействующих генов. В пределах одного вида организмы не похожи друг на друга. Эта изменчивость хорошо видна, например, в пределах вида Человек разумный, каждый представитель которого имеет свои индивидуальные особенности. Подобная индивидуальная изменчивость существует у организмов любого вида животных и растений. Таким образом, изменчивость? это свойство организмов, как бы противоположное наследственности. Изменчивость заключается в изменении наследственных задатков? генов и в изменении их проявления в процессе развития организмов. Существуют разные типы изменчивости. Изучением причин, форм изменчивости и ее значения для эволюции также занимается генетика. Биотехнологии – одно из самых перспективных направлений практического применения достижений биологии. использование живых организмов и биологических процессов в промышленном производстве. Развивается микробиологический синтез ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и т. п. Перспективно промышленное получение других биологически активных веществ (гормональных препаратов, соединений, стимулирующих иммунитет, и т. п.) с помощью методов генетической инженерии и культуры животных и растительных клеток. С развитием биотехнологии связывают решение глобальных проблем человечества — ликвидацию нехватки продовольствия, энергии, минеральных ресурсов, улучшение состояния здравоохранения и качества окружающей среды. В медицине биотехнологические приемы и методы играют ведущую роль при создании новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов, предназначенных для ранней диагностики и лечения различных заболеваний. Антибиотики — самый большой класс фармацевтических соединений, получение которых осуществляется с помощью микробиологического синтеза. Созданы генноинженерные штаммы кишечной палочки, дрожжей, культивируемых клеток млекопитающих и насекомых, используемые для получения ростового гормона, инсулина и интерферона человека, различных ферментов и противовирусных вакцин. Вклад биотехнологии в сельскохозяйственное производство заключается в облегчении традиционных методов селекции растений и животных и разработке новых технологий, позволяющих повысить эффективность сельского хозяйства. Во многих странах методами генетической и клеточной инженерии созданы высокопродуктивные и устойчивые к вредителям, болезням, гербицидам сорта сельскохозяйственных растений. Бионика – источник идей для развития техносферы. она изучает особенности строения и жизнедеятельности организмов для создания новых приборов, механизмов, систем и совершенствования существующих. Перспективные направления: изучение нервной системы человека и животных, органов чувств, принципов навигации, ориентации и локации, используемых животными, для совершенствования вычислительной техники, разработки новых датчиков и систем обнаружения и т. д. Разнообразие живой природы - За период, охватывающий около 3 млрд. лет, на Земле в результате биологической эволюции возникали все новые и новые разнообразные виды живых организмов. В жесткой борьбе за существование многие из них исчезли безвозвратно, другие подвергались эволюционным изменениям и давали начало видам, их сменяющим, многие виды сохранились до наших дней. Сегодня живой мир нашей планеты "бесконечно" разнообразен и включает огромное число видов (Животные – 1.5 млн видов, растения 300 тыс, грибы 100 тыс, бактерии 6 тыс, вирусы 800) Сегодня хорошо известно, что стабильность существования биосферы как экологической системы планетарного масштаба, зависит именно от многообразия видов живых организмов, ее составляющих. Все виды организмов находятся в прямой или косвенной взаимосвязи друг с другом. На основании изучения естественных экологических систем с небольшим числом видов, их составляющих, (например: пещерные экосистемы, тундровые). Самоорганизация живой системы - Живые системы совершенно определенно функционируют вдали от равновесия. Организм как целое непрерывно получает потоки энергии и вещества и преобразует их в самые разные отходы, выделяемые во внешнюю среду. Рассмотрим пример самоорганизации в живой системе на примере простейших – амебы. При нормальных условиях амебы находятся в одноклеточной стадии. Они движутся во внешней среде, питаются бактериями и размножаются путем клеточного деления. В целом среда с амебами представляет собой однородную систему, поскольку их плотность (число клеток на квадратный сантиметр) весьма постоянна. Допустим теперь, что амебы начинают голодать, то есть количество еды – это управляющий параметр всей системы, при его изменении изменяется и поведение бактерий (в лаборатории это легко сделать искусственно, а в природе такое может случиться вследствие неблагоприятных изменений среды обитания). При этом можно видеть, что отдельные клетки не умирают, а вместо этого, в ответ на данное ограничение, они начинают двигаться по направлению к некоторому центру притяжения, образуя нагромождение из клеток. Начальная однородность распределения клеток нарушается. Когда все бактерии собираются достаточно плотно, получается многоклеточное тело, способное двигаться как одно целое, с целью отыскания более благоприятных условий. После такой миграции в результате дифференциации из многоклеточного тела возникают два типа клеток, причем клетки одного типа образуют своеобразную ножку, а клетки другого типа — плодовое тело, внутри которого образуются споры. В конечном счете, споры рассеиваются в среде обитания, и при благоприятных условиях они прорастают, с тем, чтобы превратиться в амеб. После этого начинается новый жизненный цикл. Биоритмы– это более или менее регулярные изменения характера и интенсивности биологических процессов. Способность к таким изменениям жизнедеятельности передается по наследству и обнаружена практически у всех живых организмов. Их можно наблюдать в отдельных клетках, тканях и органах, в целых организмах и в популяциях. Биологические ритмы обнаружены на всех уровнях организации живой природы – от одноклеточных до биосферы. Это свидетельствует о том, что биоритмика – одно из наиболее общих свойств живых систем. Закономерности биологических ритмов учитывают при профилактике, диагностике и лечении заболеваний. Биоритмы подразделяются на физиологические и экологические. Физиологические ритмы, как правило, имеют периоды от долей секунды до нескольких минут. Это, например, ритмы давления, биения сердца и артериального давления. Имеются данные о влиянии, например, магнитного поля Земли на период и амплитуду энцефалограммы человека. Экологические ритмы по длительности совпадают с каким-либо естественным ритмом окружающей среды. К ним относятся суточные, сезонные (годовые), приливные и лунные ритмы. Благодаря экологическим ритмам, организм ориентируется во времени и заранее готовится к ожидаемым условиям существования. Так, некоторые цветки раскрываются незадолго до рассвета, как будто зная, что скоро взойдет солнце. Многие животные еще до наступления холодов впадают в зимнюю спячку или мигрируют. Таким образом, экологические ритмы служат организму как биологические часы. Генная инженерия – возможности и проблемы. Биоэтика. Основные понятия. Современные взгляды. - Биоэтика представляет собой сложный феномен современной культуры, возникший в конце 60-х — начале 70-х годов прошлого столетия в США. Термин «биоэтика» предложил в 1970 г. американский онколог Ван Ренсселер Поттер. Он призвал объединить усилия представителей гуманитарных наук и естествоиспытателей (прежде всего биологов и врачей) для того, чтобы обеспечить достойные условия жизни людей. По Поттеру, «наука выживания должна быть не просто наукой, а новой мудростью, которая объединила бы два наиболее важных и крайне необходимых элемента — биологическое знание и общечеловеческие ценности». Исходя из этого, он предложил для ее обозначения термин биоэтика. Впрочем, довольно скоро смысл термина существенно меняется. На первое место выходит междисциплинарное исследование антропологических, моральных, социальных и юридических проблем, вызванных развитием новейших биомедицинских технологий (генетических, репродуктивных, трансплантологических и др.). Основная задача биоэтики — способствовать выявлению различных позиций по сложнейшим моральным проблемам, которые лавинообразно порождает прогресс биомедицинской науки и практики. Можно ли клонировать человека? Допустимы ли попытки создания генетическими методами новой «породы» людей, которые будут обладать высокими физическими и интеллектуальными качествами? Нужно ли спрашивать разрешения у родственников умершего при заборе его органов для пересадки другим людям? Можно и нужно ли говорить пациенту правду о неизлечимом заболевании? Является ли эвтаназия преступлением или актом милосердия? Современная биоэтика придерживается следующих взглядов и принципов: Необходимости относиться к пациенту как к личности. Принцип уважения человеческого достоинства. Принцип «твори добро и не причиняй зла» Человек признается «автономной личностью» в том случае, если он действует свободно на основе рационального понимания собственного блага. Принцип справедливости. Три правила биоэтики: Правило правдивости Правило неприкосновенности частной жизни Правило добровольного информированного согласия Социобиология. Основные направления развития. Практическое применение. междисциплинарное научное направление, изучает биологические основы социального поведения животных и человека, используя данные этологии, генетики, экологии, эволюционной теории, социальной психологии, этнографии и др. Сложилось в 70-е гг. 20 в. (главным образом в США — , Д. Бэрэш, Ч. Ламсден, и др.). Социобиология исходит из возможности обнаружения у животных предпосылок поведенческих форм, свойственных человеку. Исследуя альтруистическое, эгоистическое, агрессивное, половое и др. типы поведения, социобиология стремится установить их инварианты у животных и человека. Социобиология ставит проблему взаимосвязи биологического и культурного развития (концепция т. н. генно-культурной коэволюции), синтеза биологического и социогуманитарного знания. Информационные каналы антропогенеза Роль здоровья, эмоций, творчества в адаптации человека к окружающей среде. Этапы эволюции человека. Современные методы изучения этого процесса.
Время \ название \ объем мозга \ стадия организованности
25-4 млн. лет \ Дриопитеки \ 350 куб. см \ Стадо животных
4-2 млн. лет \ Австралопитеки \ 550 куб. см \ Человекообразные обезьяны
2 - 1.5 млн. лет \ Человек «умелый» \ 775 куб. см \ Поддержание огня
1.5 - 0.3 млн. лет \ Человек « прямоходящий» \ 1000 куб. см \ Изготовление орудий
300- 50 тыс, лет \ Неандерталец \ 1500 куб. см \ Добывание огня
50 тыс. лет \ Кроманьонец \ 1500 куб. см \ Речь, ритуалы
Наши дни \ Человек разумный \ \Развитое общество Современные концепции физиологии человека. Предмет химической науки. Основные области химии. Современная химия изучает превращения, при которых молекулы одного соединения обмениваются атомами с молекулами других соединений, распадаются на молекулы с меньшим числом атомов, а также вступают в химические реакции, в результате которых образуются новые вещества. Атомы претерпевают в химических процессах некоторые изменения лишь в наружных электронных оболочках, атомное ядро и внутренние электронные оболочки при этом не изменяются. При определении предмета химии нередко акцентируют внимание на том, что его составляют, прежде всего, соединения атомов и превращения этих соединений, происходящее с разрывом одних и образованием других межатомных связей. Различные химические науки отличаются тем, что они занимаются изучением либо различных классов соединений (такое различие положено в основу разграничения органической и неорганической химии), либо разных типов реакций (радиохимия, радиационная химия, каталитический синтез, химия полимеров), либо использованием разных методов исследования (физическая химия в ее различных направлениях). Отграничение одной химической дисциплины от другой, сохраняющее в нынешних условиях исторически сложившиеся разграничительные линии, имеет относительный характер. До конца XIX века химия в основном была целостной единой наукой. Внутреннее ее деление на органическую и неорганическую не нарушало этого единства. Но последовавшие вскоре многочисленные открытия, как в самой химии, так и в биологии, физике положили начало быстрой ее дифференциации. Современная химическая наука, опираясь на прочные теоретические основы, непрерывно развивается вширь и вглубь. В частности, происходит открытие и изучение новых, качественно различных дискретных химических частиц
Виды: Аналитическая химия, Бионеорганическая химия, Биоорганическая химия, Биохимия, Квантовая химия, Космохимия, Криохимия, Кристаллохимия, Механохимия, Неорганическая химия., Нефтехимия, Органическая химия, Радиационная химия, Радиохимия, Термохимия, Физическая химия, Фотохимия, Цитохимия, Электрохимия, Ядерная химия. Состав атмосферы и земной коры. Атмосфера в %. Азот – 78.08, Кислород – 20.95 инертные газы – 0.94, углекисый газ - 0.03, Водяной пар, случайные примеси (пыль, микроорганизмы, аммиак, сернистый газ и др.) – менее 0.01. Земная Кора - Наибольшее распространение имеют O2-49,13 %(кислород содержится в форме оксидов) Si - 26% Al - 7,45% Fe- 4,20% Ca - 2,35% Mg-3,25% Na -2,4% K - 2,35% Место химии в системе естественных наук. Хорошо известно, что между естественными науками существуют достаточно широкие пограничные области, в которых "хозяйничают" науки-"гибриды", такие как математическая физика, физическая химия, биофизика, биохимия, геофизика и многие другие. Напрашивается вопрос: а есть ли вообще в естественных науках "непересекающаяся" информация? Другими словами, все ли естественные науки одинаково фундаментальны или одна из них в будущем, возможно, "поглотит" остальные? возможно ли в будущем описать социальные процессы на языке биологии, биологические - на языке химии, химические - на языке физики, а саму физику представить в виде простых математических соотношений? При положительном ответе на этот вопрос мы приходим к понятию редукционизма, под которым понимают возможность сведения сложных явлений к более простым, более элементарным. Редукционизм являлся и является весьма мощным методологическим принципом в науке, с его помощью были получены важные результаты, позволившие связать, казалось бы, совершенно различные явления. Например, электромагнитная картина мира установила единую природу электрических, магнитных и оптических явлений. Сложные системы, начиная с определенного уровня организации своей структуры, обнаруживают новые качества, которые не могут быть даже описаны с помощью тех характеристик, которыми пользуются для описания отдельных частей системы. Например, свойства здания, построенного из кирпичей, нельзя свести к свойствам кирпичей, хотя бы потому, что из одних и тех же кирпичей можно построить совершенно разные здания. Точно так же из одних и тех же букв алфавита можно составить совершенно разные слова, а значит, "свойства" слов не вытекают из "свойств" составляющих их букв. Таких примеров появления нового качества при переходе от простых объектов к сложным можно приводить до бесконечности. Таким образом, разделение на гуманитарные и естественные науки, на физику, химию, биологию не является временным, а имеет принципиальный характер и, скорее всего, в том или ином виде сохранится в будущем. Основные представления об атомно-молекулярной теории - Под атомом понимают электронейтральную квантово-механическую частицу, состоящую из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, распределенных по оболочкам. Химический элемент - это определенный вид атомов с одинаковым зарядом ядра. В природе атомы в своем индивидуальном виде встречаются достаточно редко. Это связано с тем, что для большинства химических элементов атомы обладают способностью отдавать или присоединять электроны, что обусловлено особенностью строения их электронных оболочек. Если атом имеет незаполненные внешние электронные оболочки, он нестабилен и легче вступает в химические реакции, отдавая или приобретая электроны на свою внешнюю оболочку в зависимости от валентности - способности атома к образованию химической связи. Поэтому реакционная способность элемента, его активность в химических реакциях определяются количеством электронов на внешних оболочках атома. Вещество, которое состоит из атомов, в определенном соотношении объединенных определенной химической связью, является химическим соединением. Молекула - это наименьшая частичка вещества, обладающая его химическими свойствами. Поскольку все электроны одинаковы и при образовании химических связей переходят от одной молекулы к другой и уже не принадлежат какому-то отдельному атому, то атомы теряют свою индивидуальность и свойства соединений отличаются от свойств составляющих его элементов. Понятие «молекула» было введено французским химиком П. Гассенди именно как «соединение атомов». Структура молекулы определяется пространственной и энергетической упорядоченностью квантово-механической системы, образованной электронами и атомными зарядами. Химические реакции - это превращение одного или нескольких исходных веществ в отличающиеся от них по химическому составу и строению другие вещества. Химические реакции не меняют ни общего числа атомов, ни изотопного состава. Характеристиками химических реакций являются равновесная степень превращения, скорость реакции и глубина протекания. Молекулы и атомы находятся в непрерывном тепловом движении, сталкиваясь друг с другом. Этот процесс происходит как самопроизвольно, так и под действием температуры, ионизирующих излучений, электрического тока, механических воздействий, катализаторов, и им можно управлять. При соударениях молекул выделяется достаточное количество энергии для разрыва связей, их перестройки, формирования нового набора атомов, изменения их числа, т. е. образования новых соединений.
Универсальность законов природы и общества.
Предмет экологии как науки. Предмет - взаимоотношения объекта с окружающей средой. Этими объектами могут быть: планета земля в целом (окр среда – солнечная система и прочее), живая природа планеты земля (окр. среда – неживая природа земли + космос) отдельные популяции и виды живых существ (окр среда – живая природа планеты, неживая природа, космос) человечество - созд свою среду обитания (окр среда – живая природа, неживая природа, искусственная среда обитаня, созд в результате деятельности, космос) Экосистема - единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания (атмосфера, почва, водоем и т. п.), в котором живые и косные компоненты связаны между собой обменом вещества и энергии. Понятие экосистема применяется к природным объектам различной сложности и размеров: океан или небольшой пруд, тайга или участок березовой рощи. Термин «экосистема» ввел английский фитоценолог А. Тенсли. Биосфера– это целостная самоорганизующая система, состоящая из различных компонентов (экологических систем, популяций, организмов которые могут рассматриваться как самостоятельные самоорганизующиеся системы. Структура, состав и энергия биосферы определяются прошлой и настоящей деятельностью всех живых и неживых организмов, в том числе и человека. Биосфера - живые организмы и среда их обитания. Качественные преобразования биосферы уже не раз происходили, и это приводило к исчезновению одних биологических видов и появлению других. Внес большой вклад в представление о биосфере русский ученый Вернадский. В процессе жизнедеятельности организмы получают из окружающей среды необходимые химические вещества, а после смерти они возвращают их обратно, таким образом, живое и неживое состоят в постоянном взаимодействии. Техносфера - совокупность технических устройств и систем вместе с областью технической деятельности человека. Ее структура достаточно сложна, включает техногенное вещество, технические системы, живое вещество, верхнюю часть земной коры, атмосферу, гидросферу. С началом эры космических полетов техносфера вышла далеко за пределы биосферы и охватывает уже околоземный космос. Окружающая природная среда. Ее компоненты - Окружающая среда - более широкое понятие чем географическая. Помимо поверхности Земли и ее недр оно включает часть солнечной системы, которая попадает или может попасть в сферудеятельности человека, а также созданный им материальный мир. В структуре окружающей среды выделяют две важнейшие состав­ляющие: естественную и искусственную среды обитания. Естественная среда обитания включает неживую и живую час­ти природы — геосферу и биосферу. Она существует и развивается без вмешательства человека, естественным образом. Однако в ходе своей эволюции человек постепенно все больше осваивает естественную среду обитания. Первоначально это было лишь простое потребление естественных богатств (диких плодов, рас­тений и животных). Затем человек начал все больше использовать и естественные источники средств жизни (полезные ископаемые, энергетические источники), преобразуяихв ходе практиче­ской деятельности в предметы труда. Для человека положительные моменты потребления, освое­ния и преобразования природных богатств и источников, как со­ставных частей естественной среды обитания, неоспоримы. В результате этой деятельности человек смог не только выжить как биологический вид, но и приобрести то, что принципиально от­личает его от других живых существ — способность производить орудия труда, создавать и накапливать материальную и духовную культуру, целенаправленно преобразовывать окружающую среду. Однако человек в ходе эволюции не остановился лишь на взя­тии у природы материала в непосредственном или преобразован­ном виде. Он перестал бы быть разумным существом, если бы не мог создавать нечто свое, искусственное, чего не было до сих пор в природе. В ходе человеческой деятельности им была создана искус­ственная среда обитания — все то, что специально создано челове­ком: разнообразие материальных объектов, преобразованные ланд­шафты, а также выведенные в результате селекции и одомашнива­ния растения и животные. С развитием общества роль и значение для человека искусст­венной среды обитания непрерывно возрастают. Попробуйте сего­дня представить себе хоть на минуту человеческое общество без крупных городов, дорог, предприятий, домов, автомобилей, разнообразнейшей бытовой техники и т. д. Все это создано самим че­ловеком, является творением его рук и разума Классификация организмов в биосфере в соответствии с их функцией. Виды загрязнений окружающей среды. Основная проблема, связанная с загрязнением окружающей среды, обусловлена термодинамическими ограничениями, заложенными в самой природе. Причины загрязнения ОС можно свести к следующим. 1.Неэффективное использование энергии, либо использование так называемых «деградированных форм энергии» для получения энергии более высокого качества, что требует привлечения огромных мощностей. Потребляя запасенную в природных структурах энергию нефти, газа и угля, человек вносит в биосферу хаос и разрушает ту упорядоченность (энергию химических связей высокомолекулярных соединений), которую создала свободная энергия солнечного излучения. 2.Рост мощностей для удовлетворения растущих потребностей современного общества. 3.Использование неэффективных преобразователей энергии. 4-Нежелание поставщиков энергии перерабатывать вторичные продукты. Действие этих причин можно значительно ослабить на путях научно-технического прогресса, хотя это требует значительных средств и определенной перестройки общественного сознания. Глобальные экологические проблемы - Рост народонаселения. Сейчас на Земле - 5,5 млрд. человек. В 20-м веке темп роста народонаселения резко увеличился и только за последние 40 лет человечество выросло более чем в два раза. Если рассматривать темы роста человечества за всю его историю, то четко прослеживается экспоненциальный характер зависимости численности населения от времени. В настоящее время появились тенденции к сокращению темпа роста населения, однако он все еще продолжает оставаться высоким. 2. Изменение состава атмосферы. На первом месте среди загрязнителей атмосферы стоит энергетика (80). Энергетика - основа цивилизации и без производства достаточного количества энергии человечество не сможет существовать и развиваться. (ТЭС)+Э, 63%. Доля ГЭС составляет около 20%, доля АЭС - около 17%. Парниковый эффект. Ежегодно в атмосферу выбрасывается 1,5 млрд. т аэрозолей (пыль, дым, туман), миллиарды тонн СО; и СО. Закисление природных сред. Выбрасываемые в атмосферу диоксиды серы и азота доокисляются в атмосфере и, растворяясь в воде, образуют серную и азотную кислоты, выпадая затем на землю с дождем, снегом, туманом. Истощение озонового слоя. Как было сказано ранее, озоновый слой находится на высоте 20 - 25 км над поверхностью Земли и защищает нас от губительного ультрафиолетового8излучения Солнца. В последние годы наблюдается циклический процесс снижения концентрации озона в приполярных областях (вначале над Антарктидой, а затем и в северном полушарии). Истощение ресурсов Среди разнообразных ресурсов нашей планеты в рамках этой лекции отметим леса - одно из величайших богатств Земли Окружающая среда и здоровье человека. В настоящее время хозяйственная деятельность человека все чаще становится основным источником загрязнения биосферы. В природную среду во все больших количествах попадают газообразные, жидкие и твердые отходы производств. Различные химические вещества, находящиеся в отходах, попадая в почву, воздух или воду, переходят по экологическим звеньям из одной цепи в другую, попадая в конце концов в организм человека. Неумеренное применение пестицидов и минеральных удобрений привело к тому, что они в большом количестве оказались в грунтовых водах, почве и явились причиной загрязнения продуктов питания. Нарастание применения пестицидов совпадает с учащением легочных, кишечных, нервных заболеваний и у детей, и у взрослых. Научно-технический прогресс стал причиной шумового загрязнения среды. Как показали исследования, неслышимые звуки также могут оказать вредное воздействие на здоровье человека. Так, инфразвуки особое влияние оказывают на психическую сферу человека: поражаются все виды интеллектуальной деятельности, ухудшается настроение, иногда появляется ощущение растерянности, тревоги, испуга, страха, а при высокой интенсивности - чувство слабости, как после сильного нервного потрясения. Принципы симметрии и законы сохранения. Два вида симметрии с необычным упорством повторяются вокруг нас. Один отвечает зеркальной или билатеральной симметрии - «симметрии листка», другой соответствует радиально - лучевой симметрии. Всё то, что растёт или движется по вертикали, то есть вверх или вниз относительно земной поверхности подчиняется радиально-лучевой симметрии в виде веера пересекающихся плоскостей симметрии. Всё то, что растёт и движется горизонтально или наклонно по отношению к земной поверхности подчиняется билатеральной симметрии - «симметрии листка» (одна плоскость симметрии), или так называемой зеркальной симметрии. Между геометрической симметрией и тем, что в физике принято называть законами сохранения, существует тесная связь. Законы сохранения говорят нам, что некоторые величины не изменяются со временем. Законы сохранения энергии, импульса и момента импульса вытекают непосредственно из законов движения Ньютона. В физике частиц явления симметрии зачастую связаны не только с процессами отражения и вращения, а последние могут происходить не только в обычном пространстве (и времени), но и в абстрактных математических пространствах. Симметричными могут быть отдельные частицы или их группы, а поскольку свойства частиц определяются их способностью участвовать во взаимодействиях, или процессах, все операции, позволяющие достичь симметрии, связаны здесь с «законами сохранения». Если какой-либо субатомный процесс характеризуется симметрией, можно с уверенностью утверждать, что в нём принимает участие некая константа (постоянная величина). Константы являются маленькими островками стабильности в сложном танце субатомной материи и могут помочь нам в описании взаимодействий частиц. Некоторые величины остаются константами, или «сохраняются», во всех взаимодействиях, некоторые - только в их части. Существуют четыре основные разновидности законов сохранения, связанных с соответствующими типами симметрии:
1 Все взаимодействия частиц характеризуются симметричностью в отношении пространственных перемещений: в Лондоне они происходят точно таким же образом, как и в Нью-Йорке. Эта симметрия связана с сохранением импульса и означает, что суммарная величина импульса, принимающего участие в каком-либо взаимодействии неизменна.
2 Взаимодействия частиц обладают симметричностью и в отношении перемещений во времени, протекая во вторник точно так же, как и в четверг. Эта симметрия связана с сохранением энергии и означает, что суммарное количество энергии частиц, включающей их массы, остаётся постоянным до начала реакции и после ее завершения.
3 Третий основополагающий тип симметрии связан с расположением в пространстве. Смысл этой симметрии заключается в том, что направление движения частиц, принимающих участие во взаимодействии (скажем, вдоль оси север-юг или запад-восток), не оказывает никакого влияния на результаты взаимодействия. Как следствие этой закономерности, суммарное количество вращения не должно изменяться во время процесса.
4 Наконец, четвертым законом является закон сохранения электрического заряда. Он связан с более сложной операцией симметрии. Однако его формулировка в качестве закона сохранения предельно проста: суммарный электрический заряд, присущий всем участвующим в столкновении частицам, остается неизменным.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5