Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

Другое дело шарлатаны, «открыватели» так называемых «паранормальных» явлений (от греческого «пара»– возле, около). Они сознательно  вводят в заблуждение людей, извлекая из этого моральные или материальные дивиденды. Это те же наперсточники, но работающие не на улицах и вокзалах, а в комфортабельных условиях и претендующие на уважение со стороны  общества. Воистину, Кашпировский –  это «Чумак ХХ века» (около 10-15 лет  тому назад эти два телевизионных  «целителя всего» буквально завладели  вниманием страны и не сходили  годами с экранов центрального телевидения). Излечение тысяч больных, страдающих самыми различными заболеваниями, за один сеанс, «заряжание» воды во всем городском  водопроводе, управление выпадениями  осадков над целыми регионами, розыск пропавших по фотокарточке – мало что еще придумано для околпачивания  отчаявшихся людей.

Столь резкая оценка отнюдь не свидетельство снобизма со стороны признанной, «правительственной»  науки к Золушке, или стремление избавиться от конкурентов. Это естественное желание сэкономить драгоценное  время и, в конце концов противостоять  натиску на человеческое достоинство.

Чтобы сказать  новое слово в науке, надо, как  минимум, знать старые. Случайные  открытия в науке конечно изредка  происходили, но все они были сделаны  людьми, хорошо подготовленными профессионально (рентгеновские лучи, радиоактивность  и т.п.). Случай обычно улыбается тому, кто хорошо знает, что с ним  делать.

 

 

 

2.79. Молекула как система атомов .Молекула есть наименьшая структурная единица химического состояния.

Молекулы состоят  из атомов одинаковых или различных  химических элементов. Силы, удерживающие атомы в молекулах, являются проявлением  электромагнитного взаимодействия.

Существует два  типа связей атомов в молекулах: ионная и ковалентная.

Ионная связь  заключается в том, что валентные  электроны у атомов ряда элементов  слабо связанны с атомом в целом, легко теряются атомом. В этом случае атом превращается в положительно заряженный ион.

Атомы других элементов, напротив, могут захватывать “чужие”  электроны, образуя отрицательно заряженный ион.

Между разноименно  заряженными ионами действуют кулоновские  силы притяжения, которые обеспечивают образование и устойчивость молекул. Например, в молекуле хлористого натрия NaCl атом натрия Na на подуровне 3s один электрон, слабо связанный с атомом в целом. Атом же хлора Cl имеет почти заполненный уровень (не хватает одного электрона). Этот недостающий электрон захватывается атомом хлора у атома натрия, в результате чего образуется два иона: Na⁺ и Cl^- . За счет ионной связи образуются молекулы – пары “щелочной металл – галоген”, “щелочноземельный металл – оксиген” и др.

Ионная связь  характеризуется полным обменом  зарядами между ионами, за счет объединения  внешних электронных оболочек. Общая  молекулярная оболочка подобна оболочке инертных газов. Это довольно сильная  связь: например, для молекулы NaCl энергия связи, приходящаяся на одну молекулу, равна 7,9эВ.

Ковалентная связь  – это связь атомов посредством  общих электронных пар. Она возникает, например, при образовании молекул  из одинаковых атомов (Н², О², N² и др.). В этом случае выделить положительные и отрицательные ионы невозможно.

Рис. 1. Образование ковалентной связи

Как показано на рис.1. в промежутке между положительно заряженными ядрами возникает область  отрицательного пространственного  заряда, обусловленного наличием “общих”  электронов.

Сила кулоновского притяжения, действующая со стороны  отрицательно заряженного ядра на положительный, больше, чем сила отталкивания последних, что обеспечивает существование  молекул данного типа. При этом происходит лишь частичный обмен  зарядами. В каждой ковалентной связи  участвуют только два электрона  – по одному от каждого атома. Эти  электроны наиболее вероятно находятся  в области перекрытия их волновых функций.

Ковалентная связь  направленная и обладает свойством  насыщения, т.е. у атома может быть столько ковалентных связей, сколько  у него валентных электронов.

Рис. 2. Ковалентная связь атома углерода

Например, четырехвалентный атом углерода С может вступать в  ковалентную связь только с четырьмя такими же атомами (рис.2)

Свойства молекулы определяются не только ее составом, т.е. видом входящих в нее атомов, но и пространственной структурой. Между  молекулами (а также атомами и  ионами) действуют силы, величина которых  зависит от агрегатного состояния  вещества. В случае твердых тел  и жидкостей эти силы задают объем  тела. Он может изменяться (уменьшаться  или увеличиваться) только под воздействием внешней силы. Это означает, что  молекулы располагаются на некотором  расстоянии друг от друга (r_p- равновесное расстояние) .

Если расстояние между молекулами оказывается меньше равновесного (r < r_p), между молекулами возникают силы отталкивания, при r > r_p – силы притяжения.  
Рис.3. Межмолекулярные силы

Силы межмолекулярного взаимодействия представляют собой  равнодействующую сил отталкивания и притяжения, компенсирующих друг друга при равновесном состоянии  между молекулами.

Из большого числа  исходных молекул (мономеров) могут  образовываться большие и прочные макромолекулы.

Макромолекулы одного и того же вида отличаются друг от друга  размерами, формой, некоторыми другими  признаками и объединяются в общий  класс исходных полимеров. Примером могут служить органические вещества - углеводороды.

Простейшее углеводородное соединение – метан. Молекула его имеет следующую структуру:

Н

¦

Н — С — Н  или СН₄

¦

Н

В соответствии с  общей формулой предельных углеводородов C_nH_2n+2 можно получить и другие углеводородные соединения, такие как: этан – C₂H₆(CH₃ – CH₃) пропан – C₃H₈(CH₃ – CH₂– CH₃) и др.

Для непредельных углеводородов (в молекулах которых между атомами углерода имеются двойные или тройные связи) общая формула может иметь вид C_nH_2n-2. Например, молекула ацетилена H – C ? C – H.

По иному обстоит  дело при синтезе макромолекул в  живых организмах (биосинтез). В этом случае образуются абсолютно идентичные макромолекулы (например, белки), что  обеспечивает устойчивость в воспроизводстве  себе подобных живых организмов. Программа  построения молекул заложена в молекулах  – матрицах, несущих информацию о наследственности (типа дезоксирибонуклеиновой кислоты –ДНК).

 

3.146. Механизмы эволюции. Биологические виды

Вплоть  до XVII в. исследователи опирались  на представление о виде, созданное  еще Аристотелем, который воспринимал  виды как совокупности сходных особей. Термин «вид» (лат. species — взгляд, образ) указывает на способ выделения этих совокупностей – по их морфологическому сходству. Такой подход без принципиальных изменений был использован многими  выдающимися биологами, включая  К. Линнея. Он установил, что в пределах вида многие существенные признаки меняются постепенно, так что их можно выстроить  в непрерывный ряд. Между двумя  разными видами можно обнаружить разрыв постепенности в распределении  признаков.

Дальнейшие  исследования в области таксономии привели к формированию биологической  концепции вида. Согласно современному определению вид — это совокупность географически и экологически близких  популяций, особи которых способны в природных условиях скрещиваться между собой и обладают общими морфофизиологическими признаками, и биологически изолированных от популяций других видов.

 

Изоляция и видообразование

Разнообразие  видов, существующее в природе, огромно, их общая численность составляет несколько миллионов. Со времен возникновения  жизни на Земле количество существовавших когда-либо видов, как полагают специалисты, вероятно, в 50—100 раз больше. Очевидно, что все ныне существующие и вымершие виды имели предков, которые дали им начало. Процесс образования новых  видов из предковых называется видообразованием.

Выделяют  три основных пути, ведущих к появлению  новых видов. Первый из них — преобразование существующих видов. В ходе эволюции вид А меняется и превращается в вид В. Такой процесс называется филетическим видообразованием и не предполагает изменения числа видов. Второй путь связан со слиянием двух существующих видов А и В и образованием нового вида С. При этом говорят о  гибридогенном происхождении видов. Третий путь видообразования обусловлен дивергенцией (разделением) одного предкового вида на несколько независимо эволюционирующих видов. Именно по этому пути и шла  в основном эволюция биоразнообразия  на Земле. Термин «видообразование»  в узком смысле этого слова  означает увеличение числа видов.

Изоляция  как пусковой механизм видообразования. Каждый вид – это замкнутая  генетическая система. Особи одного вида могут друг с другом скрещиваться и давать плодовитое потомство, а  представители разных видов не скрещиваются вовсе, а если и скрещиваются, то потомства не дают, а если и дают, то потомство это бесплодно. Следовательно, дивергентному видообразованию  должно предшествовать возникновение  изолированных популяций внутри предкового вида. Существуют разные формы  внутривидовой изоляции.

Пространственная  изоляция возникает между популяциями, далеко отстоящими других от друга  или разделенными географическими  барьерами. Для многих наземных животных непреодолимыми преградами для распространения  служат моря и реки, для водных –  массивы суши. Понятно, что и расстояние, и непреодолимость барьера –  понятия относительные. Они определяются биологией видов. Для малоподвижных  видов животных, например улиток, расстояние в несколько сотен метров оказывается  достаточным для изоляции. В то же время между популяциями ветроопыляемых растений обмен пыльцой происходит на десятки и сотни километров. Для одних видов крохотный  ручей служит непреодолимым барьером, в то время как другие легко  пересекают широкие реки и моря.

Кроме пространственной изоляции, встречается и экологическая  изоляция. Эта форма биологической  изоляции основывается на разнообразии организмов по экологии их размножения  и предпочтительному мес­тообитанию. Обычно они имеют предпочтение к  размножению либо в определенных местах, либо в определенные сроки. Например, в озере Севан обнаружено 6 изолированных популяций одного вида форели, имеющих различные места  нереста в реках и ручьях, питающих озеро. В других случаях решающее значение имеет временбя изоляция. Убедительным примером служат популяции  четных и нечетных лет у тихоокеанских  лососей. Цикл развития этих рыб составляет два года, после чего они поднимаются  в верховья рек, впадающих в океан, нерестятся и погибают. Популяции  четных и нечетных лет могут жить по соседству друг с другом, но, тем  не менее, они практически никогда  не скрещиваются.

 

Направления эволюции

Направление эволюции каждой систематической группы определяется взаимоотношениями между  особенностями среды, в которой  протекает эволюция данного таксона, и его генетической организацией, которая сложилась в ходе его  предшествующей эволюции.

 

Генетические и онтогенетические основы эволюции

Морфологические различия между таксонами, как и  внутривидовая изменчивость, обусловлены  генетическими различиями. Мы знаем, однако, что гены кодируют не готовые  признаки, а пути их развития в онтогенезе.

Гены  контролируют не только рост и деление  клеток, но и их избирательную гибель в онтогенезе – апоптоз. Запуск такой  самоубийственной программы является необходимым элементом общей  программы развития каждого организма. Рассмотрим роль программированной  гибели клеток на примере формирования лап у курицы и утки. Начальные  стадии развития у них одинаковы.

Гены  определяют не только скорость деления  и направление миграции клеток в  развивающемся эмбрионе, они также  определяют хронологию развития. Они  включаются в работу на определенном этапе онтогенеза в ответ на сигналы, полученные от других генов, и продукты активации этих генов – белки  и (или) РНК активируют или инактивируют другие группы генов. Даже небольшие  изменения во времени активации  генов могут приводить к значительным изменениям во всем дальнейшем развитии и соответственно в морфологии и  физиологии взрослых организмов. Когда  мы сравниваем особенности онтогенеза у представителей разных таксонов, мы часто наблюдаем различия в  относительных темпах развития разных систем.

 

Единое древо жизни

Вся совокупность данных биологии развития, палеонтологии, биогеографии, сравнительной анатомии, эмбриологии, молекулярной генетики убедительно  свидетельствуют о том, что все  разнообразие жизни на Земле сформировалось путем постепенной эволюции –  наследственного изменения свойств  живых организмов.

Все многообразие форм современных организмов возникло под действием таких факторов эволюции как мутационный процесс, дрейф генов, миграции, изоляция и  естественный отбор во всех его формах.

Все современные  организмы происходят от общих предков. Общий предок близких друг другу  видов жил на Земле несколько  миллионов лет назад. Общий предок организмов, принадлежащих к одному классу (рыб, земноводных, рептилий), жил  сотни миллионов лет назад. Около  миллиарда лет назад существовал  общий предок основных типов животных (червей, моллюсков, членистоногих, хордовых). А в безумно далеком прошлом, почти 4 миллиарда лет назад, жил  на Земле общий предок всех живых  организмов. Не следует думать, что  в то время на Земле больше никого не было. Было множество других организмов, но их потомки вымерли по тем или  иным причинам. Все мы – бактерии, водоросли, растения, грибы, животные –  являемся потомками единственного  общего предка.

Чарльз  Дарвин писал: «Родство всех существ  одного класса иногда изображают в  форме большого дерева. Я думаю, что  это сравнение очень близко к  истине. Зеленые ветви с распускающимися  почками представляют существующие виды, а ветви предшествующих лет  соответствуют длинному ряду вымерших видов. Разветвления ствола, делящиеся  на своих концах сначала на большие  ветви, а затем на более и более  мелкие веточки, были сами когда-то, когда  дерево еще было молодо, побегами, усеянными  почками; и эта связь прежних  и современных почек, через посредство разветвляющихся ветвей, прекрасно  представляет нам классификацию  всех современных и вымерших видов, соединяющую их в соподчиненные  друг другу группы. Из многих побегов, которые расцвели, когда дерево еще  не пошло в ствол, сохранилось  всего два или три, которые  разрослись теперь в большие ветви, несущие остальные веточки: так  было и с видами, живущими в давно  прошедшие геологические периоды, — только немногие из них оставили по себе еще ныне живущих модифицированных потомков. С начала жизни этого  дерева много более или менее  крупных ветвей засохло и обвалилось; эти упавшие ветви различной  величины представляют собой целые  отряды, семейства и роды, не имеющие  в настоящее время живых представителей и нам известные только в ископаемом состоянии. Как почки в процессе роста дают начало новым почкам, а эти, если только сильны, разветвляются  и заглушают многие слабые ветви, так, полагаю, было при воспроизведении  и с великим Древом Жизни, наполнившим  своими мертвыми опавшими сучьями кору земли и покрывшим ее поверхность  своими вечно расходящимися и  прекрасными ветвями».