Реферат по "Концепции современного естествознания"

Химикам важно понять, каким образом из минимума химических элементов (основу жизнедеятельности живых организмов составляют 38 химических элементов) и химических соединений (большинство образовано на основе 6—18 элементов) образовались сложнейшие биосистемы.

    Функциональный подход в эволюционной химии. В рамках этого подхода также изучается роль катализа и выявляются законы, которым подчиняются процессы самоорганизации химических систем.

Роль  каталитических процессов усиливалась  по мере усложнения состава и структуры  химических систем. Именно на этом основании  некоторые ученые стали связывать  химическую эволюцию с самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем.

На основе этих наблюдений профессор МГУ А.П. Руденко выдвинул теорию саморазвития открытых каталитических систем. Очень скоро она была преобразована в общую теорию химической эволюции и биогенеза. В ней решены вопросы о движущих силах и механизмах эволюционного процесса, т. е. о законах химической эволюции, об отборе элементов и структур и их причинной обусловленности, о высоте химической организации и иерархии химических систем как следствии эволюции.

   Сущность этой теории состоит  в том, что эволюционирующим  веществом являются катализаторы, а не молекулы. При катализе идет реакция химического взаимодействия катализатора с реагентами с образованием при этом промежуточных комплексов со свойствами переходного состояния. Именно такой комплекс Руденко назвал элементарной каталитической системой. Если в ходе реакции идет постоянный приток извне новых реактивов, отвод готовой продукции, а также выполняются некоторые дополнительные условия, реакция может идти неограниченно долго, находясь на одном и том же стационарном уровне. Такие многократно возобновляемые комплексы являются элементарными открытыми каталитическими системами.

   Саморазвитие, самоорганизация и  самоусложнение каталитических  систем происходят за счет  постоянного притока трансформируемой  энергии. А так как основным  источником энергии является базисная реакция, то максимальное эволюционное преимущество получают каталитические системы, развивающиеся на базе экзотермических реакций. Таким образом, реакция является не только источником энергии, но и орудием отбора наиболее прогрессивных эволюционных изменений катализаторов.

     Тем самым Руденко сформулировал  основной закон химической эволюции, согласно которому с наибольшей  скоростью и вероятностью реализуются  те пути эволюционных изменений  катализаторов, которые связаны  с ростом их абсолютной каталитической активности. При этом по параметру абсолютной каталитической активности складываются механизмы конкуренции и естественного отбора.

        Теория саморазвития каталитических  систем дает следующие возможности:  выявлять этапы химической эволюции и на этой основе классифицировать катализаторы по уровню их организации; использовать принципиально новый метод изучения катализа; дать конкретную характеристику пределов в химической эволюции и перехода от химогенеза (химического становления) к биогенезу, связанного с преодолением второго кинетического предела саморазвития каталитических систем.

         Набирает теоретический и практический  потенциал новейшее направление,  расширяющее представление об  эволюции химических систем, - нестационарная кинетика.

Развитие  химических знаний позволяет надеяться  на разрешение многих проблем, которые  встали перед человечеством в  результате его наукоемкой и энергоемкой  практической деятельности.

         Химическая наука на ее высшем  эволюционном уровне углубляет представления о мире. Концепции эволюционной химии, в том числе о химической эволюции на Земле, о самоорганизации и самосовершенствовании химических процессов, о переходе от химической эволюции к биогенезу, являются убедительным аргументом, подтверждающим научное понимание происхождения жизни во Вселенной.

         Химическая эволюция на Земле  создала все предпосылки для  появления живого из неживой  природы. 

Жизнь во всем ее многообразии возникла на Земле  самопроизвольно из неживой материи, она сохранилась и функционирует уже миллиарды лет.

   Жизнь полностью зависит от  сохранения соответствующих условий  ее функционирования. А это во  многом зависит от самого человека.   

Заключение 

        Для исследования закономерностей в химии также широко используются математические методы. Это возможно потому, что при всем различии свойств химических элементов все они обладают и общей характеристикой - атомным весом. Сравнение элементов по этому признаку позволило Д.И. Менделееву построить Периодическую систему элементов. На выделении общих свойств химических веществ и соединений обычно и основывается применение математических методов в химии.

В химии весьма отчетливо проявляется неравноценность отдельных химических элементов. Подавляющее большинство химических соединений (96% из более 8,5 тыс. известных в настоящее время) - это органические соединения. В их основе лежат 18 элементов (наибольшее распространение имеют всего 6 из них).                                                                                         

      Это происходит в силу того, что, во-первых, химические связи прочны (энергоемки) и, во-вторых, они еще и лабильны. Углерод как никакой другой элемент отвечает всем этим требованиям энергоемкости и лабильности связей. Он совмещает в себе химические противоположности, реализуя их единство.  

   Однако подчеркнем, что материальная  основа жизни не сводится ни  к каким, даже самым сложным,  химическим образованиям. Она не  просто агрегат определенного  химического состава, но одновременно и структура, имеющая функции и осуществляющая процессы. Поэтому невозможно дать жизни только функциональное определение.

     В последнее время химия все  чаще предпринимает штурм соседних  с нею уровней структурной  организации природы. Например, химия  все более и более вторгается в биологию, пытаясь объяснить основы жизни.

                В развитии химии происходит  не смена, а строго закономерное, последовательное появление концептуальных  систем. При этом вновь появляющаяся  система опирается на предыдущую  и включает ее в себя в преобразованном виде. Таким образом, появляется система химии - единая целостность всех химических знаний, которые появляются и существуют не отдельно друг от друга, а в тесной взаимосвязи, дополняют друг друга и объединяются в концептуальные системы знаний, которые находятся между собой в отношениях иерархии. 
 

ГЛАВА III. Система: природа — биосфера — человек. 

       Человечество, несмотря на всю свою сегодняшнюю  мощь и независимость, было и остается составной частью единой многообразной природы. Человек, общество неразрывно с ней связаны и не в состоянии существовать и развиваться вне природы, и в первую очередь без непосредственно окружающей их природной среды.

       Связь человека с окружающей средой особенно ярко выражена в сфере материального производства. Природные богатства (в первую очередь такие, как полезные ископаемые) служат естественной основой материального производства и жизни общества в целом. Даже «выйдя из природы», человечество не в состоянии существовать без продуктов труда, полученных в результате материального производства, «очеловечивания природы», а, следовательно, без природы как таковой. Она является естественной основой жизнедеятельности человека и общества в целом.

       Наиболее  тесно человек связан с такими составляющими природы и биосферы, как географическая и окружающая среда. Географическая среда есть та часть природы (растительный и животный мир, вода, почва, атмосфера Земли), которая вовлечена в сферу жизни человека, прежде всего в производственный процесс. Она оказывает существенное влияние на самые разные стороны жизни человека, и в первую очередь на развитие материального производства. Многообразие свойств природы явилось естественной основой разделения труда человека (охота, рыбная ловля, земледелие, скотоводство, добыча полезных ископаемых и т.д.). От особенностей географической среды зависят конкретные направления человеческой деятельности, в частности развитие тех или иных отраслей производства в различных странах и на континентах.

       Влияние природы в виде конкретной географической среды на историческое развитие того или иного народа различно и может быть весьма существенным, как, например, в виде наличия или отсутствия полезных ископаемых, благоприятных природных условий для производства сельскохозяйственных продуктов. Данное различие было особенно чувствительным для человека на ранних ступенях существования общества, когда преобразование предметов природы составляло лишь весьма незначительный процент по сравнению с прямым их использованием в готовом виде.

       В период невысокого уровня развития общества неблагоприятные природные условия существенно его тормозили. Не случайно, поэтому древние цивилизации возникли первоначально именно в наиболее комфортных для человеческого вида условиях — в южных, близких к экватору, странах (на берегах Нила, Евфрата, Тигра, Ганга, Инда и т.д.). Благоприятный климат требовал значительно меньших затрат труда на изготовление жилищ и одежды, на производство продуктов. На Юге открывались большие возможности для дальнейшего разделения труда, возникновения прибавочного продукта, появления культуры.

       Однако  лучшие природные условия южных  стран обеспечивали эти преимущества главным образом на ранних ступенях развития человечества. В дальнейшем же положительная роль благоприятного для общества климата парадоксальным образом стала превращаться в отрицательную, ибо отсутствовал стимул для последующего развития производства и общества в целом. В этом не было естественной необходимости. Именно поэтому активная прежде история народов южных регионов как бы замораживается в Средневековье.

       Если  бы человек находил все необходимые  ему средства к существованию в готовом виде, то он не имел бы стимулов для совершенствования производства, а, следовательно, и для своего собственного развития. Таким образом, не только наличие тех или иных природных условий для производства, но и одновременно их недостаток также оказывал ускоряющее влияние на развитие общества. В этом проявляется взаимодействие составляющих системы «природа — биосфера — человек». Практика показала, что именно наличие разнообразных природных условий является наиболее важным благоприятным фактором развития человека. 

3.1 Биосфера, ее структура  и функции. 

       Длительный  период добиологического развития нашей  планеты, определяющийся действием  физико-химических факторов неживой природы, закончился качественным скачком – возникновением органической жизни. С момента своего появления организмы существуют и развиваются в тесном взаимодействии с неживой природой, причем процессы в живой природе на поверхности нашей планеты стали преобладающими. Под действием солнечной энергии развивается принципиально новая (планетарных масштабов) система – биосфера. В составе биосферы различают:

       - живое вещество, образованное совокупностью  организмов;

       - биогенное вещество, которое создается  в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др.);

       - косное вещество, образующееся без  участия живых организмов (основные  породы, лава вулканов, метеориты);

       - биокосное вещество, представляющее  собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

       Эволюция  биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как  космического тела и протекающих  в ее недрах химических преобразований, биологической эволюцией живых организмов и развитием человеческого общества.

       Границы жизни определяются факторами земной среды, которые препятствуют существованию  живых организмов. Верхняя граница  биосферы проходит на высоте около 20 км от поверхности Земли и отграничена озоновым слоем, который задерживает коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца, губительную для жизни. В гидросфере земной коры живые организмы населяют все воды Мирового океана – до 10–11 км в глубину. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.

       Атмосфера. Газовая оболочка Земли состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся диоксид углерода (0,003 %) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для процессов жизнедеятельности особенно важны: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества; диоксид углерода, используемый зелеными растениями в фотосинтезе; озон, создающий экран, защищающий земную поверхность от ультрафиолетового излучения. Атмосфера образовалась в результате мощной вулканической и горообразовательной деятельности, кислород появился значительно позднее как продукт фотосинтеза.

       Гидросфера. Вода – важный компонент биосферы и необходимое условие существования живых организмов. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием геологических процессов в литосфере, при которых выделялось большое количество водяного пара.