Xreferat.com » Рефераты по экологии » Концепции современного естествознания

Концепции современного естествознания

Подготовил: Григорьев П. В.

Министерство образования Российской Федерации.

Ярославский государственный университет имени П.Г. Демидова.

Фкультет социально-политических наук

Ярославль 2002 г.

Принципы организации современного естествознания

Естествознание - Раздел науки, основанный на воспроизводимой эмпирической проверке гипотез и создании теорий или обобщений, описывающих природные явления. Современное естествознание - характеризуется лавинообразным накоплением нового фактического материала и возникновением множества новых дисциплин на стыках традиционных, возрастанием роли теоретических исследований, направляющих работу экспериментаторов в вероятные области обнаружения новых явлений. Роль эксперимента, как критерия истинности знания, сохранилась. Построение современное естествознания исходит из нескольких принципов: системности, историчности, эволюционизма, самоорганизации.

1. Принцип системности - или  изучение целостного, составленного из упорядоченных определенным образом частей, взаимосвязанных между собой. При этом можно рассматривать как первичные неделимые элементы системы их свойства, поведение и взаимодействие так и систему в целом, ее взаимосвязь с другими системами. Часто на практике исследуемая система сознательно упрощается путем ее замены моделью, учитывающей только самые важные элементы и процессы. По мере развития теории модели усложняются, постепенно приближаясь к реальности.

2. Принцип историчности - состоит в поэтапном развитии естествознания, где новые теории могут быть выделены опираясь на уже некоторые достижения и исторический опыт. Но при этом они не обязательно дублируют их,  и даже напротив могут отрицать или корректировать.

3. Принцип эволюционизма - связан с постепенным усложнением и повышением организации живых существ и явлений. Это принцип необратимости, выражающийся в нарушении симметрии между прошлым и будущим.

4. Принцип самоорганизации - после выхода из равновесия системы в ней реализуется механизм самопроизвольного упорядочивания, и возникновения нового  относительно устойчивого состава. т.е. она самоорганизуется и приобретает способности выдерживать опр. влияния не теряя своих свойств.

Системный метод в современном естествознании.

Принцип минимизации энтропии в живых системах.

Система - целостное, составленное из частей, упорядоченное опр. образом множество элементов, взаимосвязанных между собой и образующих некоторое единство. Правила выделения системы: 1. Необходимо указать первичные неделимые элементы системы. 2. Определить связи между ними. 3. Установить условия, благодаря которым элементы образуют целостность, а связи реализуются. Системный метод в современном естествознании получил широкое распространение. Сегодня выделяют как простые системы, состоящие из небольшого числа переменных, так и сложные включающие в себя большое количество элементов и связей. Последние исследовать труднее, т.к. у них больше св-в которые составляют эффект целостности. Разделение систем на простые и сложные - является фундаментальным в естествознании. Но существуют и др. классификации: в частности системы делят на однородные и разнородные; на открытые (обменивающиеся энергией) и закрытые (обмен в которых исключен). Среди всех видов систем наибольший интерес представляют системы с обратной связью, механизм которой делает их более устойчивыми, надежными и эффективными. Он повышает степень их внутренней организованности и дает возможность говорить о самоорганизации в данных системах. Также в естествознании важное значение имеет деление подход с точки зрения Равновесных или неравновесных систем. Первые для перехода в new состояние требую притока энергии, но когда этот переход осуществлен они в ней больше не нуждаются. Вторые - требуют постоянного притока энергии, для поддержания собственной сложности, т.к. часть энергии постоянно рассеивается ( все жив. Организмы). Т.о. мы подошли к понятию энтропия - это количественная мера рассеивания энергии. Очевидно, что в ходе необратимых процессов (т.е. при переходе к более вероятным состояниям) энтропия системы возрастает, а при обратимых переходах - сохраняется. Закон возрастания энтропии носит не строгий, а вероятностный характер. Иногда говорят, что энтропия является мерой беспорядка в системе. Принцип минимизации энтропии - Если допустимо не одинаковое состояние системы, неравновесной и открытой, а целая совокупность, то в конечном итоге реализуется то ее состояние, которое характеризуется минимумом рассеивания энергии, т. е. минимумом роста энтропии. Иначе говоря система выйдя в точке бифуркации из равновесия при наличии множества путей эволюционирует к приоритетному - аттрактору, характеризующемуся минимизацией энтропии.

Признаки живого вещества по Вернадскому.

В.И. Вернадский - один из первых ученых, который увидел и показал геологическую роль живого вещества на планете. Он определил его как совокупность всех живых организмов, включая человека, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных существ по своей интенсивности, увеличивающейся с ходом времени. Вернадский рассматривал геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого. Для этого целого он разработал 10 отличительных признаков: 1. Для всего живого характерна большая свободная энергия. 2. Благодаря  ферментам все хим.реакции в живом веществе ускоряются. 3.Индивидуальные хим. соединения устойчивы только в живых телах. 4. Для живого характерно движение- пассивное (разложение) и активное (собственно передвижение). 5. Живое вещество обнаруживает огромное морфологическое и химическое разнообразие. 6. Живые вещества биогенные и абиогенные имеют сущ. Отличие в содержании изомеров - в них нарушена зеркальная симметрия. 7. Живое - это отдельные дискретные тела (жив. Организмы) 8. Все живое развивается в виде популяций, родов и видов. 9. Для него характерно наличие смены поколений, генетически связанных между собой («Все живое из живого»). 10. Характерен эволюционный процесс с накоплением полезных св-в. Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку реально утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно поэтому В.И.Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей. Сегодня подсчитано, что совокупность всех живых организмов имеет массу 24*10 тонн.  Обобщающие выводы:В качественном отношении ЖВ- выступает как наиболее высокоразвитая часть материи Земли. В вещественном отношении - в него всегда входят высокоупорядоченные макромолекулярные орг. соединения . В структурном плане оно имеет клеточное строение. В функциональном отношении для ЖВ - характерно воспроизводство самого себя + наличие обмена веществ и способность к росту.

Происхождение жизни. Теория Опарина - Холдейна.

Существуют разные точки зрения на проблему возникновения жизни на Земле. Например по мнению Вернадского - она появилась одновременно с образованием Земли. Рихтер считал, что жизнь занесена из космоса (концепция панспермии). В настоящее время, широкое признание получила гипотеза, сформулированная советским ученым акад. А. И. Опариным и английским ученым Дж. Холдейном. Она исходит из предположения о постепенном возникновении жизни на Земле из неорганических веществ путем длительной абиогенной (небиологической) молекулярной эволюции. Взгляды этих ученых представляют собой обобщение доказательств возникновения жизни на Земле в результате закономерного процесса перехода химической формы движения материи в биологическую (Образование простых органич. соединений.) Для обоснования этого они рассматривают условия, существовавшие на планете несколько миллиардов лет назад: На начальных этапах своей истории Земля представляла раскаленную планету. Вследствие вращения при постепенном снижении t атомы тяжелых элементов перемещались к центру, а на поверхности концентрировались атомы легких элементов (водорода, углерода, кислорода, азота). При дальнейшем охлаждении планеты появились химические соединения: метан, углекислый газ, аммиак, цианистый водород,  кислород, азот и д.р. Физич. и химич. св-ва воды и углерода позволили именно им выделится и оказатся у колыбели жизни. На этих начальных этапах сложилась и первичная атмосфера, которая носила восстановительный характер, после на ее месте образовалась вторая атмосфера, состоящая из наиболее химически активных газов. Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда газообразных соединений в жидкое и твердое состояние, т.е. образование земной коры. В результате активной вулканической деятельности из внутренних слоев Земли на поверхность выносилось много раскаленной массы, содержащей углерод. Она попадала в океан и образовывала углеводородные соединения. Так на поверхности накапливались простейшие органические соединения и в конечном итоге под действием синтеза, энергии Солнца они образовали первичный бульон в котором и смогла возникнуть жизнь.

Происхождение жизни. Теория панспермии. Теория вечности жизни.

Существуют несколько гипотез, поразному объясняющих появление жизни на Земле: 1.Креационизм – божественное сотворение живого;2. концепция многократного спонтанного зарождения жизни из неживого вещества (сторонником ее был Аристотель, который считал, что живое может возникать и в результате разложения почвы); 3. концепция происх-ния жизни в результате процессов, подчиняющихся физич. и хим. законам; 4. концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь сущ. вечно; 5. концепция панспермии – внеземного происхождения жизни. Особое место в естествознании отводится двум последним. Согласно гипотезе панспермии, жизнь занесена из космоса либо в виде спор микроорганизмов, либо путем намеренного «заселения» планеты разумными пришельцами из других миров. Прямых свидетельств в пользу этого нет. Да и сама теория панспермии не предлагает никакого механизма для объяснения первич. возникновения жизни и переносит проблему в другое место Вселенной. Либих считал, что атмосферы небесных тел, а также вращающихся космических туманностей можно рассматривать как вековечные хранилища оживленной формы, как вечные плантации органич. зародышей, откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной. В 1865 г. немецкий врач Г. Рихтер выдвинул гипотезу космозоев (космических зачатков), в соответствии с которой жизнь является вечной и зачатки, населяющие мировое пространство, могут переноситься с одной планеты на другую. Его гипотеза была поддержана многими выдающимися учеными. Подобным образом мыслили Кельвин, Гельмгольц и др. в начале нашего века с идеей радиопанспермии выступил Аррениус. Он описывал, как с населенных др. существами планет уходят в мировое пространство частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счет светового давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, эти споры начинают на ней новую жизнь. Для обоснования панспермии обычно используют наскальные рисунки, напоминающие живые организмы, или появления НЛО. Сторонники же теории вечности жизни (де Шарден и др.) считают, что на всегда существующей Земле некоторые виды вынуждены были вымереть или резко изменить численность в тех или иных местах планеты из-за изменения внешних условий. Четкой концепции на этом пути не выработано, поскольку в палеонтологической летописи Земли есть некоторые разрывы и неясности. Согласно Шардену, в момент возникновения вселенной Бог слился с материей и дал ей вектор развития. Т.о. мы видим, что эта концепция тесно взаимодействует с креоционизмом.

История генетики, как пример смены научной парадигмы.

Генетика - наука о закономерностях и материальных основах изменчивости и наследственности организмов. Она явл. основой селекции, на ее базе создана синтетическая теория эволюции. Генетика прошла в своем развитии 7 этапов и явилась примером смены науч парадигмы: 1 эт. Опыты Менделя 1865 г. Он установил законы наследственности, скрещивая горох. 2 эт. Исследования Вейсмана показали что половые клетки явл. обособленными от остального организма и не подвержены влиянию, действовавшему на соматич. Ткани. 3 эт. Гуго де Фриз - открывает сущ. наследуемых мутаций, предполагая, что новые виды возникают в следств. их воздействия. 4 эт. Томас Морган - создал хромосомную теорию наследственности, в соотв. с которой каждому виду присуще свое число хромосом. 5 эт. Меллер - 1927г. установил, что генотип может изменятся под действием рентгеновских лучей. От сюда берут начало некоторые мутации. 6 эт. Татум и Бидл в 1941 г. выявили ген. Основу процессов биосинтеза. Наконец 7 эт. Исследования Уотсона и Крика, которые предложили модель молекулярной структуры ДНК и механизма ее репликации. Выяснили, что именно ДНК отвечает за перенос информации. Т. о. Мы видим, что биологи прежних лет в целом строили исследования «сверху вниз». Они брали целый организм, разнимали его на части, далее изучали отдельные клетки и т.д. Новая же биология, построенная на принципах генетики, начинает с другого конца и поднимается с самого низа вверх. Она изучает простейшие компоненты живого организма, пренебрегая остальным и постепенно восходит на макро уровень. В этом и состоит историческое значение генетики, поэтапное открытие которой сравнимо разве ж только с революцией, которая привела к смене научной парадигмы. Изменились не только методы исследования живых организмов но и представления людей о таких понятиях, как наследственность, изменчивость и т. д. Сегодня человечество уже строит целые программ («Геном человека») - основная цель которых состоит в прочтении наследственности в ДНК человека, изучении сочетания связок генов, их динамики, функционального значения. Вцелом открытие генетики - это прорыв в биологии. Революция в ней была подготовлена всем ходом могущественного развития идей и методов мендилизма и хромосомной теории наследственности. Современная Молекулярная генетика - это истинное детище всего XX века, которое на новом уровне впитало в себя прогрессивные итоги развития хромосомной теории наследственности, теории мутации, теории гена, методов цитологии и генетического анализа.

Биологическая наследственность. ДНК и генетический код.

На путях молекулярных иследований в течении последних 20 лет генетика претерпела поистене революционные изменения. Она является одной из самых блестящих участниц в общей революции современного естествознания. Благодаря ее развитию в практику вошли новые могущественные методы управления и познания наследственности, оказавшие влияние на сельское хозяйство, медицину и производство. Основным в этой революции было раскрытие молекулярных основ биологической наследственности. Оказалось, что сравнительно простые молекулы ДНК несут в своей структуре запись генетической информации и она  действует в клетке по принципам управляющих систем. Эти открытия создали единую платформу генетиков, физиков и химиков в анализе проблем наследственности. Вопреки старым воззрениям на всеобъемлющую роль белка как основу жизни, новые открытия показали, что в основе приемственности жизни лежат молекулы нуклеиновых кислот. Под их влиянием в каждой клетке формируются специфические белки. Управляющий аппарат клетки собран в ее ядре, точнее - в хромосомах, из линейных наборов генов. Каждый ген, являющийся элементарной единицей наследственности, вместе с тем представляет собой единичный участок цепи ДНК, отвечающий за информацию о структуре одной молекулы белка. Генетический код заключает в себе правило перевода информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Он триплетен (3 осн = 1 амин. Кисл), универсален (одинаков в ядрах на Земле), вырожден (т.е. имеет начало и конец). Как показали исследования по молекулярной биологии, осн. Механизм с помощью которого ДНК передает и перерабатывает ген. Информацию  - явл. петля обратной связи, т.е. ДНК содержащая всю информацию, участвует в последовательности реакций, в ходе которых вся информация кодируется в виде последовательности протеинов. Некоторые ферменты осущ. Обратную связь, активируя автокаталитический процесс репликации ДНК, позволяющий копировать ген. Информацию. (сравнимо с печатаньем фоток) Далее идет стадия транскрипции - переноса самого кода ДНК путем образования одноцепочной молекулы и РНК на одной нити ДНК, и наконец стадия трансляции - это синтез белка на основе ген. кода. Такое взаимодействие молеукл ДНК, белков и РНК лежит в основе жизнедеятельности клетки и ее воспроизведения. Поскольку явление наследственности, в общем смысле этого понятия, есть воспроизведение по поколениям сходного типа обмена веществ, очевидно, что общим субстратом наследственности является клетка в целом.

Разновидности мутаций. Мутации - материал эволюции.

Мутация - Редкие, случайно возникающие стойкие изменения генотипа, затрагивающие весь геном (совокупность генов), целые хромосомы или их части. Конечный эффект мутации - изменение свойств белков. Мутационная изменчивость играет роль главного поставщика наследственных изменений. Именно она является первичным материалом всех эволюционных преобразований. Принята распространенная классификация мутаций на Соматические и половые, последние делятся на три вида: Генные, Хромосомные, Геномные. Генные мутации – наиболее частые.

Похожие рефераты: