Концепции современного естествознания

p align="left">20. Клеточный уровень живого

Клеточный уровень организации связан с морфологической организацией клетки, специализацией клеток в ходе развития организма, функциями клеточной мембраны, механизмами и регуляцией деления клеток. Исследования на этом уровне позволяют решать важнейшие проблемы медицины, в частности лечение онкологических заболеваний.

Клемтка -- элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов (кроме вирусов, о которых нередко говорят как о неклеточных формах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию.

Клетка является структурной и функциональной единицей всех живых организмов на Земле. Отдельные органоиды в составе клетки имеют характерное строение и выполняют определенную функцию. Функции отдельных органоидов в клетке взаимосвязаны и выполняют единые процессы жизнедеятельности. У одноклеточных организмов (одноклеточные водоросли и простейшие) все жизненные процессы проходят в одной клетке, и одна клетка существует как отдельный организм. Благодаря деятельности клетки поступающие извне вещества превращаются в субстраты и энергию, которые утилизируются в процессе биосинтеза белков в соответствии с существующей информацией. Таким образом, на клеточном уровне сопрягаются механизмы передачи информации и превращения веществ и энергии. Элементарные явления на этом уровне создают энергетическую и вещественную основу жизни на других уровнях.

21. Организменный уровень живых систем

Организменный уровень организации - это уровень одноклеточных, колониальных и многоклеточных организмов. Специфика организменного уровня в том, что на этом уровне происходит декодирование и реализация генетической информации, формирование признаков, присущих особям данного вида. Этот уровень изучается морфологией (анатомией и эмбриологией), физиологией, генетикой, палеонтологией.

Элементарной единицей организменного уровня служит особь, которая рассматривается в развитии от момента зарождения до прекращения существования в качестве живой системы, что позволяет назвать этот уровень также онтогенетическим. Закономерные изменения организма в индивидуальном развитии составляют элементарные явления. В ходе онтогенеза, в результате реализации наследственной информации в определенных условиях внешней среды формируется фенотип организмов данного биологического вида.

В каждом отдельном организме происходят все жизненные процессы, характерные для всех живых организмов, -- питание, дыхание, обмен веществ, раздражимость, размножение и т. д. Каждый самостоятельный организм оставляет после себя потомство. У многоклеточных организмов клетки, ткани, органы и системы органов не являются отдельным организмом. Только целостная система органов, специализированно выполняющих различные функции, образует отдельный самостоятельный организм. Развитие организма, начиная с оплодотворения и до конца жизни, занимает определенный промежуток времени. Такое индивидуальное развитие каждого организма называется онтогенезом. Организм может существовать в тесной взаимосвязи с окружающей средой.

22. Популяционно-видовой уровень живого

Популяционно-видовой уровень. Единицей уровня являются особи, объединённые в популяции, которые в свою очередь объединены в виды. Основные признаки уровня: рождаемость, смертность, структура популяции (половая и возрастная), плотность, численность популяции.

Вид - это совокупность сходных между собой по определенному признаку, способных скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство.

Популяции -совокупность особей одного вида, населяющих определённую территорию, более или менее изолированную от соседних совокупностей того же вида

Объединение особей в популяцию происходит на основе общности генофонда. Популяция, в силу возможности межпопуляционных скрещиваний, представляет собой открытую генетическую систему. Действие элементарных эволюционных факторов приводит к эволюционно значимым изменениям генофонда популяции, что и принимается за элементарное явление на этом уровне.

Особи одного вида населяют территорию с известными абиотическими показателями (климат, химизм почв, гидрологические условия) и взаимодействуют с организмами других видов. В процессе совместного исторического развития организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые во времени сообщества -- биогеоценозы, которые служат элементарными единицами биогеоценотического уровня. Видовой состав, а также характеристики местообитания для отдельных биогеоценозов обеспечивают вещественно-энергетические круговороты, которые представляют на рассматриваемом уровне элементарные явления. Ведущая роль в этих круговоротах принадлежит живым организмам. Биоценоз -- это открытая в вещественном и энергетическом плане система. Благодаря этому биогеоценозы объединяются в единый комплекс -- область распространения жизни или биосферу.

23. Биоценоз и биогеоценоз

Биоценоз - взаимосвязанная совокупность микроорганизмов, растений, грибов и животных, населяющих более или менее однородный участок суши или водоема, и характеризующихся определёнными отношениями как между собой, так и с абиотическими факторами окружающей среды (компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы.)

По систематическим признакам биоценоз делится на фитоценоз, зооценоз и микробоценоз.

Фитоценоз - устойчивая естественная группировка видов растений в пределах одного биоценоза.

Зооценоз - совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых видов животных, сложившаяся в пределах одного биоценоза.

Микробиоценоз - сообщество микроорганизмов растительного и животного происхождения. Микробиоценозы составляют бактерии, грибы, актиномицеты, микроскопические низшие водоросли и др.

Функционально биоценоз делится по ступеням экологической пирамиды на группы организмов: продуцентов, консументов и редуцентов, объединенных трофическими связями.

Структурно биоценоз делятся на горизонты, слои, ярусы, пологи, меротопы.

Биоценоз характеризуется биомассой и биологической продуктивностью. В месте с биотопом биоценоз составляет биогеоценоз.

Биогеоценоз взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии; одна из наиболее сложных природных систем. К живым компонентам Б. относятся автотрофные организмы (фотосинтезирующие зелёные растения и хемосинтезирующие микроорганизмы) и гетеротрофные организмы (животные, грибы, многие бактерии, вирусы), к косным -- приземный слой атмосферы с её газовыми и тепловыми ресурсами, солнечная энергия, почва с её водо-минеральными ресурсами и отчасти кора выветривания (в случае водного Б. -- вода). В каждом Б. сохраняется как однородность (гомогенная или чаще мозаичногомогенная) состава и строения компонентов, так и характер материально-энергетического обмена между ними. Особенно важную роль в Б. играют зеленые растения (высшие и низшие), дающие основную массу живого вещества. Они производят первичные органические материалы, вещество и энергия которых используются самими растениями и по цепям питания передаются всем гетеротрофным организмам.

Основные показатели биогеоценоза

Видовой состав -- количество видов, обитающих в биогеоценозе.

Видовое разнообразие - количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицу площади или объема.

В большинстве случаев видовой состав и видовое разнообразие количественно не совпадают и видовое разнообразие напрямую зависит от исследуемого участка.

Биомасса -- количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы.

Б. -- динамичная система. Он непрерывно изменяется и развивается в результате внутренних противоречивых тенденций его компонентов. Изменения Б. могут быть кратковременными, обусловливающими легко обратимые реакции компонентов Б. (суточные, погодные, сезонные), и глубокими, ведущими к необратимым сменам в состоянии, структуре и общем метаболизме Б. и знаменующими смену (сукцессию) одного Б. другим. Они могут быть медленными и быстрыми; последние часто происходят под влиянием внезапных перемен в результате стихийных причин или хозяйственной деятельности человека (не только преобразующего и разрушающего природные Б, но и создающего новые, культурные Б.). Наряду с динамичностью, Б. присуща и устойчивость во времени, которая обусловлена тем, что современные природные Б. -- результат длительной и глубокой адаптации живых компонентов друг к другу и к компонентам косной среды. Поэтому Б., выведенные из устойчивого состояния той или иной причиной, после её устранения могут восстанавливаться в форме, близкой к исходной. Б., близкие по составу и структуре компонентов, по метаболизму и направлению развития, относят к одному типу Б., который является основной единицей биогеоценологической классификации.

24. Современные концепции экологии

О проблемах экологии по-настоящему заговорили в 70-х гг. XX в., когда не только специалисты, но и рядовые граждане почувствовали, какую возрастающую угрозу несет существующему и будущим поколениям техногенная цивилизация. Загрязнение атмосферы, отравление рек и озер, кислотные дожди, все увеличивающиеся отходы производства, в особенности использованных радиоактивных веществ, и многое другое -- все это не могло не повлиять на рост интереса широких слоев населения к проблемам экологии. В связи с этим изменился и сам взгляд на предмет экологии. Хотя термин «экология» был введен Э. Геккелем свыше столетия назад и как самостоятельная научная дисциплина она сформировалась еще в 1900 г., тем не менее долгое время экология оставалась чисто биологической дисциплиной. В настоящее время она вышла уже из этих узких рамок и стала, по сути дела, междисциплинарным направлением исследований процессов, связанных с взаимодействием биосферы и общества. Как указывает известный специалист по этим вопросам Ю. Одум, сейчас экология оформилась в принципиально новую интегрированную дисциплину, связывающую физические и биологические явления и образующую мост между естественными и общественными науками.

О связи экологии с общественными и гуманитарными науками свидетельствует появление таких ее разделов, как социальная, медицинская, историческая, этическая экологии.

Экологические системы и их структура. К экологическим системам обычно относят все живые системы вместе с их экологической нишей, т.е. окружающей средой, начиная от отдельной популяции и кончая биосферой. Все они являются открытыми системами, которые обмениваются с окружающей природной средой веществом, энергией или информацией. Наименьшей единицей экологии является популяция. Следовательно, ни молекулярный, ни клеточный, ни организменный уровни, о которых шла речь в предыдущей главе, не рассматриваются в экологии, хотя и живая молекула, и клетка, и тем более организм представляют собой открытые системы, которые могут существовать благодаря взаимодействию со средой. Еще более крупным системным объединением в экологии считается биом, который включает в свой состав живые системы и неживые факторы на обширной территории, например лиственные породы деревьев на Среднерусской возвышенности. экосистеме можно выделить два уровня:

* на верхнем, автотрофном уровне, который называют также зеленым поясом, мы встречаемся с растениями, содержащими хлорофилл и перерабатывающими солнечную энергию и простые неорганические вещества в сложные органические соединения;

* на нижнем, гетеротрофном уровне происходит преобразование и разложение этих органических соединений в простые, неорганические.

25. Проблема горения в химии XVIII века (Дальтон, Лавуазье)

Центральная проблема химии XVIII Вопрос в. состоял в следующем: что с случается горючими веществами, когда они в сгорают воздухе? Для объяснения процессов И. горения Э. Бехером и его Г. учеником Шталем была предложена теория Тела, флогистона. содержащие большое количество флогистона, хорошо; горят тела, которые не загораются, дефлогистированными. являются Флогистон - это некоторая субстанция, невесомая которую содержат все горючие и тела которую они утрачивают при Эта горении. теория позволяла объяснять многие процессы химические и предсказывать новые химические она явления. прочно удерживала свои позиции, Лавуазье пока в конце XVIII в. течение В почти всего ХVIII в. на (опираясь открытия К. Шееле сложного воздуха состава и Дж.В. Пристли кислорода, не 1774) разработал кислородную теорию горения. уже К установленному до него списку (металлы, элементов углерод, сера и фосфор) добавил он новые - кислород, который с вместе водородом входит в состав а воды, также и другой компонент - воздуха не поддерживающий жизни азот.

Лавуазье что показал, все прежде считавшиеся хаотическими в явления химии могут быть систематизированы сведены и в закон сочетания элементов, и старых новых. В соответствии с системой новой химические соединения делились в на основном три категории: кислоты, основания, раз соли.

Лавуазье и навсегда покончил со алхимической старой номенклатурой, основанной на случайных - ассоциациях «винное масло», «винный камень», сахар» «свинцовый и др. Таким образом, рационализировал Лавуазье химию и объяснил причину разнообразия большого химических явлений: она заключается материальном в различии химических элементов и соединений. их Он ввел (при активном К. участии Бертолле) новую.Л. Новая номенклатура из исходила того, что каждое химическое должно вещество иметь одно определенное название, его характеризующее функции и состав.д. Например, калия оксид состоит из калия и хлорид кислорода, натрия - из натрия хлора, и сульфид водорода - из и водорода серы, и т.

Кроме Лавуазье того, поставил вопрос и о в количествах, которых сочетаются различные элементы собой, между и с помощью закона материи сохранения привел химию к представлению необходимости о количественного выражения пропорций, в сочетались которых элементы. Таким образом, Лавуазье научную осуществил революцию в химии: он химию превратил из совокупности множества не друг связанных с другом рецептов, подлежавших один изучению за одним, в общую основываясь теорию, на которой можно было только не объяснять все известные явления, и но предсказывать новые.

Следующий важный в шаг развитии научной химии сделан был Дж. Изучая химический газов, состав он исследовал весовые кислорода, количества приходящиеся на одно то и же весовое количество (например, вещества азота) в различных количественному по составу окислах, и кратность установил этих количеств, например, пяти в окислах азота (N2O, N2Оз, NO, NО2 и N2O5) кислорода количество на одно и же то весовое количество азота как относится 1:2:3:4:5. Так был закон открыт кратных отношений. При он этом ввел в химию атомного понятие веса.

Дальтон правильно объяснил закон этот атомным строением вещества способностью и атомов одного вещества с соединяться различным количеством атомов вещества.

26. Химия XIX века: Законы Ж.Пруста, Гей-Люссака, Авогадро

Открытые Ж. Л. Гей-Люссаком в начале 19 в. законы, описывающие некоторые свойства газов.

1) Закон теплового расширения газов утверждает, что изменение объёма данной массы газа при постоянном давлении прямо пропорционально изменению температуры

(v2 -- v1)/v1 = aDt

или

v2 = v1 (1 + aDt),

где v1 -- объём газа при исходной температуре t1; v2 -- при конечной t2; Dt = t2 -- t1; a -- коэффициент теплового расширения газов при постоянном давлении. Величина a для всех газов при нормальных условиях приблизительно одинакова и при измерении температуры газа в °С a = 1/273,15 (или 0,00367). Сочетая этот закон с законом Бойля--Мариотта, Э. Клапейрон вывел уравнение состояния идеального газа, связывающее р, v и Т (см. Клапейрона уравнение).

2) Закон объёмных отношений гласит, что объёмы газов, вступающих в химическую реакцию, находятся в простых отношениях друг к другу и к объёмам газообразных продуктов реакции. Другими словами, отношение объёмов, в которых газы участвуют в реакции, соответствует отношению небольших целых чисел. Измеряя при одинаковых условиях объёмы водорода, хлора и хлористого водорода, Гей-Люссак нашёл, что один объём водорода и один объём хлора, соединяясь, дают два объёма хлористого водорода, т. е. отношение объёмов равно 1: 1: 2. Сходная картина имеет место и при других реакциях с участием газов. Этот закон сыграл важную роль в создании атомно-молекулярной теории. Он послужил толчком для открытия Авогадро закона, с помощью которого Авогадро впервые сделал правильный вывод о составе молекул простых газов (H2, Cl2, N2 и т.д.) и строго разграничил понятия атома и молекулы. Когда молекулярные формулы всех газов точно известны, отыскание отношения объёмов газов, вступающих между собой в реакцию, уже не требует сложных измерений. Так, из уравнения синтеза хлористого водорода из водорода и хлора Н2 + Cl2 = 2HCl легко видеть, что отношение объёмов газов в этом случае равно 1: 1: 2.

Закон Авогамдро -- одно из важных основных положений химии, гласящее, что «в равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и тоже число молекул». Второе следствие из закона Авогадро: молярная масса первого газа равна произведению молярной массы второго газа на относительную плотность первого газа по второму.

Закон Пруста - Открыл гидроокиси металлов, показал, что металлы могут образовывать более одного оксида и сульфида. Выделил из виноградного сока глюкозу.

Закон постоянства состава один из основных законов химии: каждое определённое химическое соединение, независимо от способа его получения, состоит из одних и тех же элементов, причём отношения их масс постоянны, а относительные количества их атомов выражаются целыми числами.

27. Теория химического строения А. Бутлерова

Русский химик, академик Петербургской Академии Наук (с 1874 г.), председатель Отделения химии Русского физико-химического общества (1878-1882), почетный член многих научных обществ. Родился в 1828 г. в Чистополе, в 1849 г. окончил Казанский университет. Работал там же: с 1857 г.- профессор, в 1860 и 1863 - ректор. С 1868 г. профессор Петербургского университета.

Занимаясь изучением углеводородов, Бутлеров понял, что они представляют собой совершенно особый класс химических веществ. Анализируя их строение и свойства, ученый заметил, что здесь существует строгая закономерность. Она и легла в основу созданной им теории химического строения.

Основные идеи теории химического строения Бутлеров впервые высказал в 1861. Главные положения своей теории он изложил в докладе «О химическом строении вещества», прочитанном в химической секции Съезда немецких естествоиспытателей и врачей в Шпейере.

Основные положения теории химического строения

Атомы в молекулах соединены друг с другом в определенной последовательности согласно их валентностям. Последовательность межатомных связей в молекуле называется ее химическим строением и отражается одной структурной формулой (формулой строения).

1. Химическое строение можно устанавливать химическими методами. (В настоящее время используются также современные физические методы).

2. Свойства веществ зависят от их химического строения.

3. По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы - предвидеть свойства.

4. Атомы и группы атомов в молекуле оказывают взаимное влияние друг на друга.

Теория Бутлерова явилась научным фундаментом органической химии и способствовала быстрому ее развитию. Опираясь на положения теории, А.М. Бутлеров дал объяснение явлению изомерии, предсказал существование различных изомеров и впервые получил некоторые из них.

28. Периодическая система Д. И. Менделеева

Периодимческая системма химимческих элемемнтов (таблимца Менделемева) -- классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработан Д. И. Менделеевым в 1869--1871 годах и устанавливал зависимость свойств элементов от массового числа атомов (или их атомной массы).

Страницы: 1, 2, 3, 4