Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

   Ложный вакуум неустойчив, он  распадается, исчезает отталкивание, и скорость расширения Вселенной из-за действия гравитационного притяжения начинает замедлятся. С распадом ложного вакуума вся запасенная в нем потенциальная энергия выделяется в виде рождения частиц и их кинетической (тепловой) энергии. Образуется горячая плазма, состоящая из элементарных частиц, с температурой ~10²⁹ К, что соответствует кинетической энергии частиц ~10¹⁶ ГэВ. Другими словами, с окончанием эпохи инфляции рождается обычная материя, эволюция которой с этого времени происходит в соответствии с моделью «горячей Вселенной».

   Основным элементом крупномасштабной  структуры Вселенной являются  галактики и скопление. Галактика представляет собой гигантские скопления звезд и их систем, имеющие свой центр (ядро) и различную, не только сферическую, но и часто спиралевидную, эллиптическую, сплюснутую или вообще неправильную форму. Галактик миллиарды и в каждой из них насчитывается миллиарды звезд.

   Наша галактика называется Млечный  Путь и состоит из 150 млрд звезд.  Она состоит из ядра и нескольких спиральных ветвей. Её размеры – 100 тыс. световых лет. Большая часть звезд нашей галактики сосредоточена в гигантским «диске» толщенной около 1500 световых лет. На расстоянии около 30 тыс. световых лет от центра галактики расположено Солнце.

   Ближайшей к нашей галактике (которую световой луч достигает за 2 млн лет) –«туманность Андромеды». Она названа так потому, что именно в созвездии Андромеды в 1917г. был открыт первый внегалактический объект. Его принадлежность к другой галактике была доказана в 1923 г. Э. Хабблом, нашедшим путем спектрального анализа в этом объекте звезды. Позже были обнаружены звезды и в других туманностях.

   А в 1963 г. были открыты КВАЗАРЫ  (квазизвездные радиоисточники)- самые  мощные источники радиоизлучения  во Вселенной со светимостью в сотни раз большей светимости галактик и размерами в десятки раз меньшими их. Было предположено, что квазары представляют собой ядра новых галактик и стало быть процесс образования галактик продолжается и поныне. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. 25. Многообразие живых  организмов, самоорганизация  в природе.

   В настоящее время на Земле  обитает огромное количество  видов живых систем, среди которых  более 500 тыс. видов растений  и около 1,2 млн видов животных.

   Подавляющее большинство ныне живущих организмов (кроме вирусов и фагов) состоят из клеток. По принципу клеточного строения все живые организмы делятся на доклеточные и клеточные. Доклеточные формы жизни – вирусы, открытые в 1892 году русским микробиологом Д. И. Ивановским (1864-1920), и фаги. Вирусы занимают промежуточное место между живым и неживым. Они состоят из белковых молекул и нуклеиновых кислот; не имеют собственного обмена веществ; вне организма или клетки они не проявляют признаков жизни. Все клеточные подразделяются на две группы: безъядерные (бактерии, цианеи) и ядерные, включая растения (багрянки, настоящие водоросли, высшие растения), грибы (низшие и высшие) и животных (простейших и многоклеточных). Безъядерные, видимо, относятся к самым древним формам жизни на Земле.

   Биологические системы отличаются  высоким уровнем целостности  и самоорганизации. Живые системы  – открытые системы постоянно  обменивающиеся веществом, энергией  и информацией со средой. Для  них характерны уменьшение энтропии  вследствие увеличения упорядоченности в процессе органической эволюции и способности к самоорганизации материи. Закономерности изменения энтропии подчиняются второму началу термодинамики. Согласно этому закону в энергетически изолированной системе при неравновесных процессах количество энтропии изменяется в одну сторону. Оно увеличивается, становясь максимальным по достижении состояния равновесия. Живой организм отличается высокой степенью структурированности и низкой энтропией. Это достигается благодаря постоянному притоку извне вещества, энергии и информации, используемых на поддержание и развитие внутренней структуры. Способность противостоять нарастанию энтропии, сохранять высокий уровень упорядоченности является обязательным свойством жизни.

   В настоящее время существует большое количество определений понятия «жизнь», обобщая которые можно характеризовать жизнь как способ существования макромолекулярной открытой системы, которой свойственны иерархическая организация, способность к самовоспроизведению, обмен веществ, тонко регулируемые потоки энергии и информации. Жизнь представляет собой постоянный процесс самообновления, в результате которого воссоздаются структуры, соответствующие снашиваемым и утрачиваемым. Основу живого образуют нуклеиновые кислоты и белки.

   Основой воспроизводства является синтез белков, который проходит в клетках организма при помощи нуклеиновых кислот – ДНК и РНК. Сущность живого наиболее концентрированно выражена в замечательном явлении конвариантной редупликации – самовоспроизведения с возможностью изменения закодированной генетической информации, осуществляемого на основе матричного принципа синтеза макромолекул. В его основе – уникальная способность к самовоспроизведению основных управляющих систем (ДНК и хромосом), которые обладают относительно высокой степенью стабильности. Такая способность и обеспечивает  возможность идентичного самовоспроизведения (явление наследственности). Все основные свойства живого немыслимы без наследственной передачи свойств в ряду поколений.

   С другой стороны, при самовоспроизводстве управляющих систем в живых организмах происходит не абсолютное повторение, а воспроизведение с внесением изменений, что также определяется свойствами ДНК. Абсолютной стабильности в природе не бывает. Любая достаточно сложная молекулярная структура претерпевает структурные изменения в результате движения атомов и молекул. Если эти изменения не ведут к летальному исходу, они будут передаваться по наследству в результате самовоспроизведения по матричному принципу. Конвариантная редупликация дает возможность передачи по наследству мутаций, т.е. дискретных отклонений от исходного состояния.

     Живым существам присущ особый способ взаимодействия с окружающей средой – обмен веществ. Его содержание составляют взаимосвязанные и сбалансированные процессы ассимиляции и диссимиляции. Результатом ассимиляции является образование структур организма, диссимиляции – расщепление органических соединений в целях обеспечения различных сторон жизнедеятельности необходимыми веществами и энергией. Для осуществления обмена веществ необходимы постоянный приток определенных веществ извне и выделение некоторых продуктов диссимиляции во внешнюю среду. Таким образом, организм является по отношению к окружающей среде открытой системой.  

   Процессы ассимиляции и диссимиляции представлены многочисленными химическими реакциями, объединенными в метаболические цепи, циклы, каскады. Последние представляют собой совокупность взаимосвязанных реакций, протекание которых строго упорядочено во времени и пространстве. Упорядоченность различных сторон обмена веществ достигается благодаря структурированности клетки, т.е. наличия в ней обязательных структур (таких, как митохондрии, рибосомы, лизосомы), согласованно выполняющих определенные функции. На важность свойства структурированности указывает такой пример. Тело микоплазмы (микроорганизма, занимающего по размерам промежуточное положение между вирусами и типичными бактериями) превосходит по диаметру атом водорода всего в 1000 раз. Даже в таком малом объеме, благодаря структурированности, осуществляется примерно 100 согласованных во времени и пространстве биохимических реакций, необходимых для жизнедеятельности этого организма. Для сравнения: жизнедеятельность клетки человека требует согласованного протекания более 10 тыс. биохимических реакций.

   Любая упорядоченность для своего  поддержания и развития требует  притока и информации. Обмен энергией и информацией между организмом и средой осуществляется либо в процессе обмена веществом, либо излучением. Так, на этапе диссимиляции, при которой сложные органические соединение распадаются на простые, выделяется энергия, необходимая для реакции биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют еще энергетическим обменом.

   Область жизни представлена совокупностью  отдельных организмов, т.е. характеризуется дискретностью. Продолжительность жизни организма ограничена. В связи с этим сохранение жизни во времени зависит от такого свойства, как способность к размножению, а именно к воспроизведению себе подобных по типу обмена веществ и главным чертам морфофизиологической (структурной) организации.

   Существует также свойства, распространяющиеся  на область жизни в целом.  Они отражают универсальные принципы существования жизни во времени и пространстве. Одно из таких свойств – включенность организма в процесс эволюции. Благодаря этому жизнь как особое явление материального мира сохраняется на протяжении вот уже более 3 млрд. лет. Второе такое свойство – существование отдельных организмов лишь во взаимодействии с другими в составе сообщества (биоценозов).  

   Биологические системы являются  открытыми системами, обменивающимися  веществом, энергией и информацией  с окружающей средой. Процессы  самоорганизации являются основой  развития любого организма с  момента зарождения до момента  смерти. По мере развития организма повышается уровень его структурной организации: от одноклеточной зиготы (зародышевой клетки) к функционально ориентированным клеткам, далее к специализированным органам, тканям и, наконец, к целому организму. Все процессы, определяющие эти структурные переходы, носят избирательный характер, т.е. протекают в определенных пространственно-временных рамках с определенной интенсивностью, подчиняясь принципу целостности развивающегося организма. Эти процессы чрезвычайно сложны, и для их анализа необходим большой объем специальных знаний. Поэтому мы не будем их рассматривать, а обсудим живые системы, развитие которых характеризуется промежуточным уровнем сложности, например амебы вида Dictyostelium discoideum. Здесь развитие по существу сводится к переходному явлению, и отмечающему переход от одноклеточной стадии жизни к многоклеточной.

   На рис. 1 показан жизненный цикл амебы этого вида. На рис. 1, а амебы находится в одноклеточной стадии. Они движутся во внешней среде, питаются бактериями и размножаются путем 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 (в лаборатории это легко  сделать искусственно, а в природе такое может случится вследствие неблагоприятных изменений среды обитания). Это условие является аналогом некоторого ограничения в физическом или химическом эксперименте. При этом можно видеть, что отдельные клетки не умирают. Вместо этого в ответ на данное ограничение они начинают агрегироваться по направлению к некоторому центру притяжения (рис. 1, б). Изначальная однородность распределения клеток нарушается – пространство структурируется. Возникающее при этом многоклеточное тело способно двигаться главным образом в целях отыскивания более благоприятных условий температуре и влажности (рис. 1, в).

                           Рис. 1 Жизненный цикл амебы Dictyostelium discoideum 

После такой миграции в результате дифференциации из многоклеточного тела возникает два типа клеток, причем клетки одного типа образуют своеобразную ножку, а клетки другого типа – плодовое тело, внутри которого образуются споры (рис. 1, г). В конечном счете споры рассеиваются в среде обитания (рис. 1, д), и при благоприятных условиях они прорастают, с тем чтобы превратиться в амеб. После этого начинается новый жизненный цикл.

   Рассмотрим несколько подробнее стадию агрегации. В течение этого процесса наблюдаются следующие явление. Прежде всего, в условиях нехватки питательных веществ некоторые клетки начинают синтезировать и выделять во внеклеточную среду химическое вещество, известное под названием циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) и играющее роль своего рода сигнала. Его синтез и выделение происходят периодически, с четким периодом. Диффундируя во внеклеточной среде, выделенный клетками – «пионер» цАМФ достигает поверхности соседних клеток. После этого происходят события двух типов. Во-первых, эти клетки направленно движутся в область повешенной концентрации цАМФ (так называемый хемотаксис). В результате возникает распределение плотности клеток. Во-вторых, процесс агрегации ускоряется за счет способности клеток усиливать сигнал и передавать его дальше по среде. Это позволяет организму контролировать большую территорию и формировать многоклеточное тело, содержащее около 10⁵ клеток.