|
Реферат: Гипотезы происхождения жизни на Земле (Естествознание)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ СЕРВИСА И ЭКОНОМИКИ
Кафедра «Прикладная физика»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по курсу: «Концепции современного естествознания»
по теме: « Гипотезы происхождения жизни»
Выполнила: студентка 1 курса
138 группы
Быкова И.Б.
Преподаватель: Найдёнова С.Н.
Выборг
2003 г.
С О Д Е Р Ж А Н И Е :
1. Введение …………………………………………………………. стр. 1
2. Концепции возникновения жизни ……………………………… стр. 2
3. Гипотеза происхождения жизни А.И. Опарина ……………….. стр. 5
4. Естественнонаучные представления о жизни и её эволюции … стр. 8
5. Геологические эры и эволюция жизни ………………………… стр. 10
6. Используемая литература ……………………………………….. стр. 12
- 1 –
ВВЕДЕНИЕ.
Одним из наиболее трудных и в тоже время интересных в современном
естествознании является вопрос о происхождении жизни. Он труден потому,
что, когда наука подходит к проблемам развития как создания нового, она
оказывается у предела своих возможностей как отрасли культуры, основанной
на доказательстве и экспериментальной проверке утверждений.
Учёные сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения
жизни с такой же точностью, как это было несколько миллиардов лет назад.
Даже наиболее тщательно поставленный опыт будет лишь модельным
экспериментом, лишённым ряда факторов, сопровождавших появление живого на
Земле. Трудность методологическая – в невозможности проведения прямого
эксперимента по возникновению жизни (уникальность этого процесса
препятствует использованию основного научного метода).
Жизнь на Земле представлена громадным разнообразием форм, которым
присуща возрастающая сложность строения и функций. Всем живым организмам
свойственны два признака: целостность и самовоспроизведение. В ходе
индивидуального изменения (онтогенеза) организмы приспосабливаются к
внешним условиям, а смена поколений приобретает эволюционно-исторический
характер (филогенез). Организмы выработали способность к относительной
независимости от внешней среды (автономность). Одно из главных свойств
всякого живого организма — обмен веществ. Наряду с ним существенными
признаками жизни являются раздражимость, рост, размножение, изменчивость,
наследственность. Всякий живой организм как бы стремится к главному —
воспроизведению себе подобных.
- 2 –
2. Концепции возникновения жизни.
Существует пять концепций возникновения жизни:
1. Жизнь была создана Творцом в определённое время – креационизм.
2. Жизнь возникла самопроизвольно из неживого вещества (её придерживался
ещё Аристотель который считал, что живое может возникать и в
результате разложения почвы).
3. Концепция стационарного состояния в соответствии с которой жизнь
существовала всегда.
4. Концепция панспермии – внеземного происхождения жизни;
5. Концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в
результате процессов подчиняющихся физическим и химическим законам.
Согласно креационизму возникновение жизни относится к определённому
событию в прошлом которое можно вычислить. В 1650 г. архиепископ Ашер из
Ирландии вычислил что Бог сотворил мир в октябре 4004 г. до н.э., а в 9
часов утра 23 октября и человека. Это число он получил из анализа
возрастов и родственных связей всех упоминаемых в Библии лиц. Однако к
тому времени на Ближнем Востоке уже была развитая цивилизация, что
доказано археологическими изысканиями. Впрочем, вопрос сотворения мира и
человека не закрыт, поскольку толковать тексты Библии можно по-разному.
Аристотель на основе сведений о животных, которые поступали от
воинов Александра Македонского и купцов-путешественников, сформулировал
идею постепенного и непрерывного развития живого из неживого и создал
представление о «лестнице природы» применительно к животному миру. Он не
сомневался в самозарождении лягушек, мышей и других мелких животных.
Платон говорил о самозарождении живых существ из земли в процессе
гниения.
С распространением христианства идеи самозарождения были
объявлены еретическими, и долгое время о них не вспоминали. Гельмонт
придумал рецепт получения мышей из пшеницы и грязного белья. Бэкон тоже
считал, что гниение – зачаток нового рождения. Идеи самозарождения
поддерживали Галилей, Декарт, Гарвей, Гегель, Ламарк.
В 1688 г. итальянский биолог Франческо Реди серией опытов с
открытыми и закрытыми сосудами доказал, что появляющиеся в гниющем мясе
белые маленькие черви – это личинки мух, и сформулировал свой принцип:
всё живое – из живого. В 1860 г. Пастер показал, что бактерии могут быть
везде и заражать неживые вещества, для избавления от них необходима
стерилизация, получившая название пастеризации.
Теория панспермии (гипотеза о возможности переноса Жизни во
Вселенной с одного космического тела на другие) не предлагает никакого
механизма для объяснения первичного возникновения жизни и переносит
проблему в другое место Вселенной. Либих считал, что «атмосферы небесных
тел, а также вращающихся космических туманностей можно считать как
вековечные хранилища оживлённой формы, как вечные плантации органических
зародышей», откуда жизнь рассеивается в виде этих зародышей во Вселенной.
- 3 –
Подобным образом мыслили Кельвин, Гельмгольц и др. в начале нашего
века с идеей радиопанспермии выступил Аррениус. Он описывал, как с
населённых другими существами планет уходят в мировое пространство
частички вещества, пылинки и живые споры микроорганизмов. Они сохраняют
свою жизнеспособность, летая в пространстве Вселенной за счёт светового
давления. Попадая на планету с подходящими условиями для жизни, они
начинают новую жизнь на этой планете.
Эту гипотезу поддерживали многие, в том числе русские учёные академики
Сергей Павлович Костычев (1877-1931), Лев Семёнович Берг (1876-1950) и
Пётр Петрович Лазарев (1878-1942).
Для обоснования панспермии обычно используют наскальные рисунки с
изображением предметов, похожих на ракеты или космонавтов, или появления
НЛО. Полёты космических аппаратов разрушили веру в существование разумной
жизни на планетах солнечной системы, которая появилась после открытия
Скиапарелли каналов на Марсе (1877). Но пока следов жизни на Марсе не
найдено.
В конце 60-х годов вновь возрос интерес к гипотезам панспермии.
Так, геолог Б.И.Чувашов (Вопросы философии. 1966) писал, что жизнь во
Вселенной, по его мнению, существует вечно.
При изучении вещества метеоритов и комет были обнаружены многие
«предшественники живого» – органические соединения, синильная кислота,
вода, формальдегит, цианогены. Формальдегид, в частности, обнаружен в 60%
случаев в 22 исследованных областях, его облака с концентрацией примерно
1 тысяча молекул в куб.см заполняют обширные пространства. В 1975 г.
предшественники аминокислот найдены в лунном грунте и метеоритах.
Сторонники гипотезы занесения жизни из космоса считают их «семенами»,
посеянными на Земле.
В представлениях о зарождении жизни в результате физико-химических
процессов важную роль играет эволюция живой планеты. По мнению многих
биологов, геологов и физиков, состояние Земли за время её существования
всё время изменялось. В очень давние времена Земля была горячей планетой,
её температура достигала 5-8 тысяч градусов. По мере остывания планеты
тугоплавкие металлы и углерод конденсировались и образовывали земную
кору, которая не была ровной из-за активной вулканической деятельности и
всевозможных подвижек формирующегося грунта. Атмосфера первичной Земли
сильно отличалась от современной. Лёгкие газы – водород, гелий, азот,
кислород, аргон и другие – не удерживались пока недостаточно плотной
планетой, тогда как их более тяжёлые соединения оставались (вода, аммиак,
двуокись углерода, метан). Вода оставалась в газообразном состоянии, пока
температура не упала ниже 100оС.
Химический состав нашей планеты сформировался в результате
космической эволюции вещества солнечной системы, в ходе которой возникли
определённые пропорции количественных соотношений атомов. Поэтому
современные данные о соотношении атомов химических элементов оказываются
важными. Космическое обилие кислорода и водорода выразилось в обилии воды
и её многочисленных окислов. Относительно более высокая
распространённость углерода явилась одной из причин, определивших большую
вероятность возникновения жизни. Обилие кремния, магния и железа
способствовало образованию в земной коре и метеоритах силикатов.
Источниками сведений о распространённости элементов служат данные о
составе Солнца, метеоритов, поверхностей Луны и планет. Возраст
метеоритов
- 4 –
примерно соответствует возрасту земных пород, поэтому их состав помогает
восстановить химический состав Земли в прошлом и выделить изменения,
вызванные появлением жизни на Земле.
Научная постановка проблемы возникновения жизни принадлежит Энгельсу,
считавшему, что жизнь возникла не внезапно, а сформировалась в ходе
эволюции материи. В этом же ключе высказался и К.А.Тимирязев: «Мы вынуждены
допустить, что живая материя осуществлялась так же, как и все остальные
процессы, путём эволюции… Процесс этот, вероятно, имел место и при переходе
из неорганического мира в органический» (1912).
- 5 -
3. Гипотеза происхождения жизни А.И. Опарина
Еще Ч.Дарвин понял, что жизнь может возникнуть только при отсутствии
жизни. В 1871 г. он писал: «Но если бы сейчас …в каком-либо теплом водоеме,
содержащем все необходимые соли аммония и фосфора и доступном воздействию
света, тепла, электричества и т.п., химически образовался белок, способный
к дальнейшим, все более сложным превращениям, то это вещество немедленно
было бы разрушено или поглощено, что было невозможно в период до
возникновения живых существ». Гетеротрофные организмы, распространенные
сейчас на земле, использовали бы вновь возникающие органические вещества.
Поэтому возникновение жизни в привычных нам земных условиях невозможно.
Второе условие, при котором жизнь может возникнуть, - отсутствие
свободного кислорода в атмосфере. Это важное открытие сделал русский ученый
А.И.Опарин в 1924 г. (к такому же выводу в 1929 г. пришел английский ученый
Дж.Б.С.Холдейн). А.И.Опарин высказал предположение, что при мощных
электрических разрядах в земной атмосфере, которая 4-4,5 млрд. лет назад
состояла из азота, водорода, углекислого газа, паров воды и аммиака,
возможно, с добавкой синильной кислоты (ее обнаружили в хвостах комет),
могли возникнуть простейшие органические соединения, необходимые для
возникновения жизни. Поэтому возникающие на поверхности Земли органические
вещества могли накапливаться, не окисляясь. И сейчас на нашей планете они
накапливаются только в бескислородных условиях, так возникают торф,
каменный уголь и нефть. Создатель материалистической гипотезы возникновения
жизни на Земле, русский биохимик, академик Александр Иванович Опарин (1894-
1980) посвятил всю свою жизнь проблеме происхождения живого.
Американский биолог Ж.Леб в 1912 г. первым получил из смеси газов под
действием электрического разряда простейший компонент белков – аминокислоту
глицин.
Возможно, кроме глицина он получил и другие аминокислоты, но в то
время еще не было методов, позволяющих определить их малые количества.
Открытие Леба прошло незамеченным, поэтому первый абиогенный синтез
органических веществ (т.е. идущий без участия живых организмов) из
случайной смеси газов приписывают американским ученым С.Миллеру и Г.Юри. В
1953 г. они поставили эксперимент по программе, намеченной Опариным, и
получили под действием электрических разрядов напряжением до 60 тыс. В,
имитирующих молнию, из водорода, метана, аммиака и паров воды под давлением
в несколько Паскалей при t=80С сложную смесь из многих десятков
органических веществ. Среди них преобладали органические
(карбоновые) кислоты – муравьиная, уксусная и яблочная, их альдегиды, а
также аминокислоты (в том числе глицин и аланин). Опыты Миллера и Юри были
многократно проверены на смесях разных газов и при разных источниках
энергии (солнечный свет, ультрафиолетовое и радиоактивное излучение и
просто тепло). Органические вещества возникали во всех случаях. Полученные
Миллером и Юри результаты побудили ученых различных стран заняться
исследованиями возможных путей предбиологической эволюции. В 1957 году в
Москве состоялся первый Международный симпозиум по проблеме происхождения
жизни.
По данным, полученным в последнее время нашими учеными, простейшие
органические вещества могут возникать и в космическом пространстве при
температуре, близкой к абсолютному нулю. В принципе Земля могла бы
получить абиогенные органические вещества и как приданое при возникновении.
В результате океан превратился в сложный раствор органических веществ
(т.н. первичный океан), которым в принципе могли бы питаться анаэробные
бактерии
- 6 -
(организмы, способные жить и развиваться при отсутствии свободного
кислорода и получающие энергию для жизнедеятельности за счет расщепления
органических или неорганических веществ). Кроме аминокислот в нем были и
предшественники нуклеиновых кислот – пуриновые основания, сахара, фосфаты и
др.
Однако низкомолекулярные органические вещества еще не жизнь. Основу
жизни представляют биополимеры – длинные молекулы белков и нуклеиновых
кислот, слагающиеся из звеньев – аминокислот и нуклеотидов. Реакция
полимеризации первичных звеньев в водном растворе не идет, так как при
соединении друг с другом двух аминокислот или двух нуклеотидов отщепляется
молекула воды. Реакция в воде пойдет в обратную сторону. Скорость
расщепления (гидролиза) биополимеров будет больше, чем скорость их
синтеза. В цитоплазме наших клеток синтез биополимеров - сложный процесс,
идущий с затратой энергии АТФ. Чтобы он шел, нужны ДНК, РНК и белки,
которые сами являются результатом этого процесса. Ясно, что биополимеры не
могли возникнуть сами в первичном океане.
Возможно, первичный синтез биополимеров шел при замораживании
первичного океана или же при нагревании сухого его остатка. Американский
исследователь С.У. Фокс, нагревая до 130С сухую смесь аминокислот, показал,
что в этом случае реакция полимеризации идет (выделяющаяся вода испаряется)
и получаются искусственные протеиноиды, похожие на белки, имеющие до 200 и
более аминокислот в цепи. Растворенные в воде, они обладали свойствами
белков, представляли питательную среду для бактерий и даже катализировали
(ускоряли) некоторые химические реакции, как настоящие ферменты. Возможно,
они возникали в предбиологическую эпоху на раскаленных склонах вулканов, а
затем дожди смывали их в первичный океан. Есть и такая точка зрения, что
синтез биополимеров шел непосредственно в первичной атмосфере и
образующиеся соединения выпадали в первичный океан в виде частиц пыли.
Следующий предполагаемый этап возникновения жизни – протоклетки. А.И.
Опарин показал, что в стоящих растворах органических веществ образуются
коацерваты – микроскопические «капельки», ограниченные полупроницаемой
оболочкой – первичной мембраной. В коацерватах могут концентрироваться
органические вещества, в них быстрее идут реакции, обмен веществ с
окружающей средой, и они даже могут делиться, как бактерии. Подобный
процесс наблюдал при растворении искусственных протеиноидов Фокс, он назвал
эти шарики микросферами.
В протоклетках вроде коацерватов или микросфер шли реакции
полимеризации нуклеотидов, пока из них не сформировался протоген –
первичный ген, способный катализировать возникновение определенной
аминокислотной последовательности - первого белка. Вероятно, первым таким
белком был предшественник фермента, катализирующего синтез ДНК или РНК. Те
протоклетки, в которых возник примитивный механизм наследственности и
белкового синтеза, быстрее делились и забрали в себя все органические
вещества первичного океана. На этой стадии шел уже естественный отбор на
скорость размножения; любое усовершенствование биосинтеза подхватывалось, и
новые протоклетки вытесняли все предыдущие.
Последние этапы возникновения жизни – происхождение рибосом и
транспортных РНК, генетического кода и энергетического механизма клетки с
использованием АТФ – еще не удалось воспроизвести в лаборатории. Все эти
структуры и процессы имеются уже у самых примитивных микроорганизмов, и
принцип их строения и функционирования не менялся за всю историю Земли.
Поэтому заключительный этап происхождения жизни мы можем пока
реконструировать только предположительно – до тех пор, пока его не удастся
воссоздать в экспериментах.
- 7 -
Пока можно лишь утверждать, что на возникновение жизни в земном
варианте потребовалось относительно мало времени – менее одного млрд. лет.
Уже 3,8 млрд. лет назад существовали первые микроорганизмы, от которых
произошло все многообразие форм земной жизни.
Жизнь возникла на земле абиогенным путем. В настоящее время живое
происходит только от живого (биогенное происхождение). Возможность
повторного возникновения жизни на земле исключена.
-8 -
4. Естественнонаучные представления о жизни и её эволюции
Дарвин вскрыл движущие силы эволюции живой природы. Он попытался понять
и объяснить действительную природу внутренних противоречий органического
мира. Его теория не только объясняет характер этих противоречий, но и
указывает пути, по которым они разрешаются в мире животных и растений.
Значительное место во всех трудах Дарвина, и в частности, в
«Происхождении видов», занимают доказательства самого факта органической
эволюции.
Сейчас общепризнанно, что в основе всего живого лежат сходные
химические соединения группы белков, среди которых особое положение имеют
нуклеопротеиды. Это — соединения белковых тел и нуклеиновых кислот.
Нуклеопротеиды составляют основной компонент клеточного ядра растений и
животных. Исследования в области молекулярной биологии показали, что
нуклеиновые кислоты ответственны за многие важные процессы
жизнедеятельности организмов. При этом особую роль играют макромолекулы
дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и рибонуклеиновой кислоты. (РНК).
Молекула ДНК во взаимодействии с другими субстанциями клетки определяет
синтез белка и ферментов, регулирующих обмен веществ в организме. Белки и
нуклеопротеиды (в особенности ДНК и РНК) являются обязательной составной
частью всех биологических организмов. Следовательно, с точки зрения
химической эволюции они лежат в основе жизни всех известных на Земле
биологических форм.
Помимо этого между неживой и живой природой существует извечная,
непрерывная связь. «Между косным и живым веществом есть — непрерывная,
никогда не прекращающаяся связь, которая может быть выражена как
непрерывный биогенный ток атомов из живого вещества в косное вещество
биосферы, и обратно. Этот биогенный ток атомов вызывается живым веществом.
Он выражается в непрекращающемся никогда дыхании, питании, размножении и т.
п.».
На единство живой природы указывает и дифференцированность тела
животных и растений. Таким образом, единство мира организмов проявляется
как в их химическом составе, так и в строении, и функционировании. Этот
факт не мог ускользнуть от внимания естествоиспытателей. Идея сходства
живых организмов привела Ж. Кювье к учению о типах животного царства. В
дальнейшем она получила разработку в трудах К. Бэра, Э. Геккеля, А. О.
Ковалевского, И. И. Мечникова, которые доказывали, что сходство животных не
может быть объяснено иначе, как общностью их происхождения.
На единство органического мира указывает и существование так называемых
промежуточных форм, к которым относятся животные и растения, занимающие
переходное, промежуточное положение между крупными таксонами.
В органическом мире нет жестких границ между его подразделениями. В то
же время границы между видами всегда реальны. Дарвин уделяет большое место
проблеме вида и видообразования. Не случайно в заглавие его труда вынесены
слова «происхождение видов». Как важнейшая единица систематизации вид
занимает центральное место в эволюционной теории. Задачей эволюционной
теории является объяснение механизма возникновения жизни и изменения
реальных видов животных и растений, населяющих Землю.
Доказательством эволюции служит и сходство органов животных,
выражающееся в их положении, соотношении в общем плане строения и в
развитии из сходного зачатка зародыша. Сходные органы называются
гомологичными органами. Эволюционная теория объясняет сходство органов
общностью происхождения сравниваемых форм, тогда как сторонники
креационистских концепций истолковывали это сходство как волю творца,
- 9 -
создававшего группы животных по определенному плану.
Подтверждением идеи эволюции является отражение истории развития
организмов на их строении и на процессах зародышевого развития, а также
географическое распространение организмов.
Особое место в разработке и углублении эволюционных представлений
занимает генетика. Представления о неизменности генов начинают
преодолеваться в 20—30-е годы XX в. в связи с возникновением популяционной,
эволюционной генетики. Выяснение структуры популяций позволило по-новому
посмотреть на эволюционные процессы, разыгрывающиеся на популяционном
уровне. Генетика дала возможность проследить основные этапы эволюционного
процесса от появления нового признака в популяции до возникновения нового
вида. Она принесла в исследование внутривидового, микроэволюционного уровня
точные экспериментальные методы.
Элементарная единица наследственности — ген, представляющий собой
участок молекулы ДНК, который определяет развитие элементарных признаков
особи. Элементарная эволюционная единица должна отвечать следующим
требованиям: конечности деления;
способности наследственного изменения в смене биологических поколений;
реальности и конкретности существования в естественных условиях. Такой
единицей эволюции считается популяция — элементарная единица эволюционного
процесса, а наследственное изменение популяции представляет собой
элементарное эволюционное явление. Оно отражает изменение генотипической
структуры популяции. Ген подвержен мутациям — наследственным изменениям
отдельных особей. Мутация — дискретное
изменение кода наследственной информации особи. Различают генные,
хромосомные, геномные, а также внеядерные типы мутаций.
Процесс возникновения мутаций поддерживает очень высокую степень
генетической разнородности природных популяций. Но, выполняя роль
«поставщика» элементарного материала, сам мутационный процесс не направляет
ход эволюционных изменений, он обладает вероятностным, статистическим
характером.
Закономерности эволюции находят свое выражение в жизни отдельного
индивида, но движущие силы эволюции содержатся внутри системы индивидов, в
данном случае популяции. Разрешение противоречий популяции служит основой
всей эволюции и при этом определяет преобразование организма как составной
части популяции. Отношения между организмами в популяции носят сложный
характер. Их изучение затрудняется тем, что помимо внутрипопуляционных
взаимодействий организмы испытывают влияние со стороны других популяций,
других видов и еще шире — условий окружающей среды.
- 10 -
5. Геологические эры и эволюция жизни
Под влиянием эволюционной теории и геологам пришлось пересмотреть
свои представления об истории нашей планеты. Органический мир развивался в
течении миллиардов лет вместе с той средой, в которой ему приходилось
существовать, т.е. вместе с Землёй. Поэтому эволюцию жизни невзможно понять
без эволюции Земли, и наоборот. Брат А.О. Ковалевского Владимир Ковалевский
(1842-1883) положил эволюционную теорию в основу палеонтологии – науки об
ископаемых организмах.
Первые следы органических остатков геологи обнаруживают уже в
древнейших отложениях, относящихся к протерозойской геологической эре,
охватывающей огромный промежуток времени – 700 млн лет. Земля в тот период
была почти сплошь покрыта океаном. В нём обитали бактерии, простейшие
водоросли, примитивные морские животные. Эволюция тогда шла настолько
медленно, что проходили десятки миллионов лет, пока органический мир
сколько-нибудь заметно изменялся.
В палеозойскую эру (продолжительностью около 365 млн лет) эволюция
всего живого шла уже более быстрыми темпами. Образовались большие
пространства суши, на которой появились наземные растения. Особенно бурно
развивались папоротники: они образовывали гигантские дремучие леса. Морские
животные тоже усовершенствовались, что привело к образованию огромных
панцирных рыб. В каменноугольном (карбоновом) периоде, на который падает
расцвет палеозойской фауны и флоры, появились земноводные. А в пермский
период, завершавший палеозойскую эру и начинавший мезозойскую (она удалена
от нас на 185 млн лет) появились пресмыкающиеся.
Ещё быстрее животный и растительный мир Земли стал развиваться в
мезозойскую эру. Уже в самом её начале пресмыкающиеся стали господствовать
на суше. Появились и первые млекопитающие – сумчатые. Всеобщее
распространение получили хвойные деревья, возникли разнообразные птицы и
млекопитающие.
Около 70 млн лет назад наступила кайнозойская эра. Виды млекопитающих
и птиц продолжали совершенствоваться. В растительном мире преобладающая
роль перешла к цветковым. Сформировались виды животных и растений, которые
обитают на Земле и сейчас.
С возникновением человека около 2 млн лет назад начинается нынешний
период кайнозойской эры – четвертичный или антропоген. Человек в
геологическом масштабе времени – совершенный младенец. Ведь 2 млн лет для
природы – чрезвычайно малый срок. Наиболее значительным событием в
кайнозойской эре стало возникновение большого числа культурных растений и
домашних животных. Все они – результат творческой деятельности человека,
разумного существа, способного к целенаправленной деятельности.
Если Дарвин, разрабатывая теорию эволюции, изучал опыт селекционеров,
то вооружённые научной теорией селекционеры научились выводить новые сорта
значительно быстрее и целенаправленнее. Здесь особая роль принадлежит
российскому учёному Н.И.Вавилову (1887-1943), разработавшему учение о
происхождении культурных растений. Эволюция живого продолжается, но уже под
влиянием человека.
Мы знаем теперь, что целесообразность органических форм – это не
нечто наперёд данное, а результат долгого и сложного процесса развития
материи, и, следовательно, целесообразность органических форм относительна.
Человек теперь активно изменяет живую природу. Возрастающее вмешательство
человека в природные процессы порождает новые серьёзные проблемы, которые
могут быть решены лишь при условии, что сам человек возьмёт на себя заботу
об окружающей природе, о сохранении тех тонких
- 11 -
соотношений в биосфере, которые сложились в ней за миллионы лет эволюции
жизни на Земле.
Учение о биосфере было создано замечательным учёным В.И. Вернадским
(1863-1945). Под биосферой учёный понимал ту тонкую оболочку Земли, в
которой процессы протекают под прямым воздействием живых организмов.
Биосфера находится на стыке всех других оболочек Земли – литосферы,
гидросферы и атмосферы и играет важнейшую роль в обмене веществ между ними.
Огромные количества кислорода, углерода, азота, водорода и других элементов
постоянно проходят через живые организмы Земли. В.И.Вернадский показал, что
нет практически ни одного элемента в таблице Менделеева, который не
включался бы в живое вещество планеты и не выделялся из него при его
распаде. Поэтому лик Земли как небесного тела фактически сформирован
жизнью. Вернадский впервые показал, какую решающую геологическую роль
играло на нашей планете живое вещество.
Вернадский акцентировал внимание и на огромной геологической роли
человека. Он показал, что будущее биосферы – это ноосфера, т.е. сфера
разума. Учёный верил в силу человеческого разума, верил в то, что все
активнее вторгаясь в природные эволюционные процессы, человек сумеет
направить эволюцию живого таким образом, чтобы сделать нашу планету ещё
прекраснее и богаче.
- 12 –
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Т.Я.Дубнищева «Концепция современного естествознания» учебник., М., 2000
г.
2. С.Х.Карпенков «Концепции современного естествознания». М., «Высшая
школа» 2000 г.
3. А.А.Горелов «Концепции современного естествознания». М. «Центр» 1998 г.
4. А.И.Опарин «Жизнь, её природа, происхождение и развитие» М. 1960 г.
5. Поннамперума С. «Происхождение жизни», М., «Мир», 1977 г.
6. Йосип Клечек Вселенная и земля – М. Артия 1985
7. Кесарев В.В. Эволюция вещества во вселенной – М. Атомиздат 1976
Реферат на тему: Гипофиз
Петербургский университет экономики и финансов
ЗАОЧНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
Специальность Бухгалтерский учет и аудит 4х г. Личное дело № 9884290
Контрольная работа «Концепции современного естествознания»
На тему «Физико-химические основы человеческой психики и социального
поведения»
Выполнил: Студент I курса Чуева Зоя Георгиевна
Адрес: СПб., Московский пр., д. 202 кв. 74
Дата отправки работы Место работы и занимаемая
в институт __________ должность: ГНИ по
Приморскому
Дата регистрации работы району, инспектор
Факультетом___________
Санкт-Петербург
1999
П Л А Н
Введение ……………………………………...…3
1.Гомеостаз ……………………………………..3
2. Биология поведения……………………….6
3. Примеры физико-химических реакций обусловливающих поведение
человека..8
Список использованной литературы …..10
Введение
Любой организм может существовать лишь в определенных условиях. Наша
наследственность требует, например, чтобы окружающая нас газовая среда
содержала кислород. Пусть это будет искусственно получаемый кислород,
например в условиях космического полета, но человеку необходим кислород,
чтобы жить.
Не все люди могут делать все одинаково хорошо, поскольку они наследуют
разные способности. Даже если вы не обладаете каким либо талантом, в той
же степени как и кто-то другой, вы должны развивать в себе те способности ,
которые у вас есть и приносить пользу на своем месте и преодолевать
имеющиеся ограничения с помощью сотрудничества.
Поведение всех организмов включает как врожденные формы поведения, так и
поведение, возникающее в результате обучения. Примером врожденного
поведения служат главным образом такие врожденные автоматические реакции
на воздействие среды, как рефлексы.
Ученые постепенно узнают все больше и больше о врожденном и приобретенном
поведении. Биологи видят, что поведение организма является результатом
взаимодействия его генотипа – унаследованных признаков и его собственного
приобретаемого опыта.
1.Гомеостаз
Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в
окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых
систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся
среды и обусловливает их выживание. Для обеспечения стационарного
состояния у всех организмов – от морфологически простых до наиболее сложных
выработались разнообразные анатомические, физиологические и поведенческие
приспособления, служащие одной цели – сохранению постоянства внутренней
среды.
Впервые мысль о том, что постоянство внутренней среды обеспечивает
оптимальные условия для жизни и размножения организмов, была высказана в
1857г. французским физиологом Клодом Бернаром. На протяжении всей его
научной деятельности Клода Бернара поражала способность организмов
регулировать и поддерживать в достаточно узких границах такие
физиологические параметры, как температура тела или содержание в нем воды.
Это представление о саморегуляции как основе физиологической стабильности
он резюмировал в виде ставшего классическим утверждения: «Постоянство
внутренней среды является обязательным условием свободной жизни».
Клод Бернар постоянно подчеркивал различие между внутренней средой, в
которой живут организмы, и внутренней средой, в которой находятся их
отдельные клетки (у млекопитающих это тканевая, или интерстициальная,
жидкость), и понимал, как важно, чтобы внутренняя среда оставалась
неизменной. Так, например, млекопитающие способны поддерживать температуру,
тела несмотря на колебания окружающей температуры. Если становится слишком
холодно, животное может переместиться в более теплое или более защищенное
место, а если это невозможно, вступают в действие механизмы саморегуляции,
которые повышают температуру тела и препятствуют теплоотдаче. Адаптивное
значение этого заключается в том, что организм как целое функционирует
более эффективно, так как клетки, из которых он состоит, находятся
оптимальных условиях системы саморегуляции действуют не только на уровне
организма, но и на уровне клеток. Организм является суммой составляющих его
клеток, и оптимальное функционирование организма как целого зависит от
оптимального функционирования образующих его частей.
В 1932 году американский физиолог Уолтер Кэннон ввел термин гомеостаз
(состояние) для определения механизмов, поддерживающих «постоянство
внутренней среды». Функция гомеостатических механизмов состоит в том, что
он поддерживает стабильность клеточного окружения и тем самым обеспечивает
независимость организма от внешней среды – в той мере, в какой эти
механизмы эффективны. Независимость от условий окружающей среды является
показателем жизненного успеха и на этом основании млекопитающих следует
рассматривать как преуспевающий класс: они способны поддерживать
относительно постоянный уровень активности, несмотря на колебания внешних
условий.
Для того чтобы обеспечить более или менее стабильную активность
организма, необходима регуляция на всех уровнях – от молекулярного до
популяционного. Это требует использования различных биохимических,
физиологических и поведенческих механизмов, наиболее соответствующих уровню
сложности и образу жизни данного вида, и во всех этих отношениях
млекопитающие, очевидно, лучше вооружены, чем простейшие.
Как показывают исследования, существующие у живых организмов способы
регуляции имеют много общих черт с регулирующими устройствами в неживых
системах, как машины. И в том и в другом случае стабильность достигается
благодаря определенной форме управления. Винер в 1948 г. дал науке об
управлении название кибернетики (рулевой). Кибернетика занимается, в
частности, общими закономерностями регулирования в живых и неживых
системах. Физиологи, изучающие растения и животных, часто используют точные
математические модели теории управления для объяснения механизмов действия
биологических регуляционных систем.
Строгое применение теории управления к биологическим процессам
позволило глубже понять функциональные взаимоотношения между компонентами
многих физиологических механизмов и прояснить многие вещи, которые ранее
казались запутанными. Так, например, живые системы рассматриваются как
открытые системы, поскольку они нуждаются в постоянном обмене веществами с
окружающей средой. В самом деле, живые системы, находятся в динамическом
равновесии со средой; нужен постоянный приток энергии, чтобы предотвратить
полное уравновешивание с окружающим миром. Равновесие возможно только после
смерти организма, когда он становится термодинамически стабильным по
отношению к среде. Основные компоненты любой системы управления показаны на
рис.1
Вход Детектор Эффектор
Выход
Модулятор
Рис.1. Основные компоненты системы управления
Мерой эффективности всякой управляющей системы является степень
отклонения регулируемого параметра от должного (оптимального) уровня и
скорость возвращения к этому уровню. Гомеостатические механизмы должны
иметь свободу колебаний, так как именно колебания активируют систему
управления и возвращают переменную к оптимальной величине. Подобные системы
основаны на таком соединении их компонентов, при котором выход может
регулироваться входом, т.е. они действуют по принципу обратной связи. В
большинстве систем с обратной связью выход служит одновременно входом.
Существуют два вида обратной связи – отрицательная и положительная. Первая
более распространена в гомеостатических системах живых организмов.
Отрицательная обратная связь повышает стабильность системы. При
нарушении равновесия системы возникает ряд последствий, которые приводят к
устранению этого нарушения и к возвращению системы в исходное состояние.
Примером биологических механизмов с отрицательной обратной связью регулятор
напряжения дыхательных газов в крови частота сердечных сокращений,
артериального кровяного давления, уровней гормонов и метаболинов в крови,
водного и электролитного баланса, регуляция температуры тела.
Положительная обратная связь редко встречается в биологических
системах, так как она приводит к нестабильности системы и экстремальным
состояниям. В этих ситуациях возникшее возмущение вызывает такие
последствия, которые еще более его усиливают.
В организме существуют еще более сложные регуляторные устройства, чем
упомянутые выше механизмы включают дополнительные детекторы
(физиологические системы раннего предупреждения) или дополнительные
эффекторы (на случай основных), действующие на разных уровнях. Так,
например, у гомойтермных животных детекторы температуры находятся внутри
тела и на его поверхности, обеспечивая почти постоянную температуру
внутренних областей тела.
Внутреннюю среду организма можно рассматривать на двух уровнях – на
уровне клеток и на уровне тканей.
Клетка содержит цитоплазму, состав которой модулируется избирательной
проницаемостью клеточной мембраны и активностью ферментов, зависящей от
синтеза белков. Плазматическая мембрана позволяет проникать в клетки и
выходить из них лишь определенным молекулам и скорость обмена ими через
мембрану строго регулируется возможностями диффузии, осмотическими и
электрическими градиентами, активными механизмами, включающими транспортные
системы мембран, и перемещениями мембранных структур, как, например, при
пиноцитозе и фагоцитозе. Аналогичным образом природа и количество веществ,
синтезируемых внутри клетки регулируются скоростями синтеза белков.
Внутриклеточным метаболизмом управляют ферменты, образующиеся в результате
считывания последовательности оснований ДНК и трансляции ее в первичную
структуру ферментных белков. Участки ДНК, кодирующие специфические белки,
называются генами. Как предполагается «включение» и «выключение» генов
контролируется системами индукции и репрессии.
В заключении хотелось бы подчеркнуть адаптивное значение
гомеостатических механизмов. Все метаболические системы работают наиболее
эффективно лишь в узких пределах по обе стороны от оптимальных условий.
Роль органов и систем, участвующих в гомеостазе, в том и состоит, что,
работая порознь и сообща, препятствовать отклонениям от оптимума,
вызываемым изменениями внешней и внутренней среды.
2. Биология поведения
Поведение – совокупность действий организма. Выживание организмов
зависит от их способности разрешать проблемы отношений с внешней средой. В
течение всей жизни организм сталкивается с рядом изменений среды. В
настоящее время внешние условия определяются такими постоянно действующими
факторами, как температура, свет, и сила тяжести плюс те условия, которые
возникли в результате эволюции миллионов различных видов организмов. Помимо
физических факторов, внешняя среда организма прямо или косвенно включает
всех животных и все растения.
Поведение можно определить как совокупность всей действий организма.
Поведенческие реакции часто становятся более очевидными, если внешние
условия подвергаются изменениям. Поведенческие реакции на эти изменения
могут включать каждую часть и каждую функцию организма, т.е. весь организм.
Высшей формой поведения является мышление. Мышление позволяет решать
сложные проблемы, не прибегая к методу проб и ошибок.
Можно было бы спросить: имеется ли связь между поведением и эволюцией
многоклеточных организмов? Ранее поведение было определено как совокупность
действий организма. Чтобы организм выжил, он должен вырабатывать
определенные ответные реакции на воздействия среды.
Чтобы вид выжил, его индивидуумы должны вести себя таким образом,
чтобы добыть пищу, избежать хищников, дать потомство и обеспечить его
выживание. Представители вида, ведущие себя соответствующим образом,
обеспечивают выживание вида. В этом смысле каждый живущий ныне вид
адаптировался, в том числе и человек.
В разные периоды своей жизни организм сталкивается с различными
проблемами. Весь жизненный цикл организма - материал для эволюционного
отбора. В процессе эволюции не может быть отобрана какая-либо отдельная
стадия жизненного цикла организма. Иными словами, помимо окраски,
физиологии, устойчивости к болезням общее поведение организма весьма важно,
для того чтобы к конце концов он выжил.
Многие виды существуют миллионы лет и могут успешно жить, пока не
возникают какие-то новые условия среды. Если эти новые условия достаточно
суровы, вид может вымереть. Так динозавры процветали миллионы лет в
мезозойскую эру, а затем внезапно вымерли (внезапно в геологическом
масштабе времени).
Было ли вымирание динозавров связано с какими-то дефектами в их
физиологии? Или ограниченность присущих им форм поведения привела к
положению, из которого не было выхода? Рассматривая проблемы естественного
отбора, биологи учитывают особенности поведения наряду с особенностями
строения.
В основе поведенческих реакций вида лежит его генотип. В этом смысле
каждый вид обладает наследственно обусловленным соответствием поведения
тому образу жизни, который он ведет. Другими словами, вид и в этом
отношении адаптирован к условиям своего существования. Если биолог
утверждает, что существует взаимосвязь между структурой и функцией, он
подразумевает, что гены структурной адаптации и гены поведенческой
адаптации должны наследоваться вместе. Присущая пауку структурная и
физиологическая способность выделять белок, образующий нити паутины, была
бы бесполезной, если бы в его поведении не было такой особенности, как
способность плести сеть. Только человек и животные немногих других видов
могут в течение жизни приспособиться к резким изменениям среды. Способность
человека к мышлению и адаптивное поведение обеспечили ему ведущую роль в
мире живой природы.
3. Примеры физико-химических реакций обусловливающих поведение человека
Почти у всех организмов, находящихся на различных ступенях
эволюционной лестницы, развивались определенным образом дифференцированные
клетки и ткани, которые определяют взаимоотношения организма с внешней
средой и ответные реакции на ее изменения.
Эти клетки и ткани организованы в высокоразвитую нервную систему,
реагирующую и объединяющую деятельность различных частей тела человека.
Организмы обладают способностью отвечать на физические и химические
изменения, происходящие во внутренней и внешней среде. Изменения среды,
которые вызывают такие ответные реакции, называются стимулами, или
раздражателями. Специализированные нервные клетки, которые способны
воспринимать стимулы и «переводить» их на язык нервных импульсов,
развивались в процессе эволюции у большинства животных. Эти же ткани могут
осуществлять непосредственную ответную реакцию животного на стимулы среды.
От типа нервной системы при других равных условиях зависят: различная
скорость выработки условных рефлексов и их прочность, различия скорости
иррадиации и концентрации возбуждения и торможения, разная устойчивость к
действию факторов, вызывающих нарушение высшей нервной деятельности, и
приспособленность к различным воздействиям внешней среды. Тип нервной
системы определяет не только поведения организма, но характер деятельности
его внутренних органов, обусловленный функциональным состоянием
симпатической и парасимпатической систем.
Рассмотрим влияние фармакологических веществ на нервную деятельность
и поведение. Кофеин, например, усиливает возбуждение и действует также
только в малых дозах, а в больших дозах он вызывает переход возбуждения в
торможение.
Гормоны, образующиеся в организме в естественных условиях:
адренокортикотропный гормон, адреналин, норадреналин, тироксин – действуют
на условные рефлексы в зависимости от дозы. Очень малые дозы адреналина и
тироксина увеличивают условные рефлексы. Адренокортикотропный гормон
усиливает условное торможение. Установлено, что образование условных
рефлексов у новорожденных зависит от поступления в кровь гормонов
(адреналина, тироксина и др.)
На физиологические процессы в организме большое влияние оказывают
эмоции. Происходящие при эмоциях характерные физиологические процессы
являются рефлексами головного мозга. Они вызываются лобными долями больших
полушарий через вегетативные центры, лимбическую систему и ретикулярную
формацию. Возбуждение из этих центров распространяется по вегетативным
нервам, которые непосредственно изменяют функции внутренних органов,
осуществляют трофические влияния на скелетную мускулатуру и вызывают
поступления в кровь гормонов, медиаторов и метаболинов, воздействующих в
свою очередь, на вегетативную иннервацию органов.
При гневе и боли повышается секреция норадреналина, а при тревоге и
страхе секреция адреналина. Половой акт сопровождается одновременным
возбуждением парасимпатической и симпатической систем. Психические процессы
вызывают как двигательные, так и вегетативные реакции, например, расширение
кровеносных сосудов в сокращающихся скелетных мышцах, потоотделение и др.
психические процессы вызывают как двигательные, так и вегетативные реакции.
Например, одно только намерение согнуть руку увеличивает ее объем
вследствие расширения кровеносных сосудов мышц, несмотря на то что
задуманное движение не делается.
Возбуждение симпатической системы при эмоциях может чрезвычайно
увеличивать силу и выносливость скелетных мышц как за счет трофического
влияния, так и за счет повышения кровяного давления и увеличения
кровоснабжения. Так, например, описан случай когда человек в детстве,
спасаясь от дикого животного, перепрыгнул через высокую стену, через
которую он впоследствии мог перепрыгнуть , только достигнув зрелого
возраста. При эмоции может также расслабляться мускулатура вследствие
подавления рефлексов положения тела. В результате возбуждения симпатической
системы и усиления пластического тонуса может наступить оцепенение
мускулатуры, реакция обмирания, застывание тела в определенной позе –
каталепсия. Возбуждение симпатической системы при эмоциях сопровождается
мобилизацией всех сил, запасов организма, всех «резервуаров энергии».
Большая часть физиологических изменений, происходящих при эмоциях
обусловлена участием симпатической системы, но в этих изменениях участвует
и парасимпатическая система. Возбуждение парасимпатической системы
обеспечивает процессы пищеварения, всасывания, отложения запасов
питательным материалов в организме и его укрепление.
Это позволяет заключить, что парасимпатическая система
восстанавливает затраты организма, совершающиеся во время его деятельности,
способствует сохранению и накоплению «резервуаров энергии».
Список использованной литературы
Гальперин С.И. Физиология человека и животных Учебное пособие для студентов
университетов и педагогических факультетов. Изд. 4-е переработанное и
дополненное. Изд-во «Высшая школа» 1970, 656 с.
От молекул до человека. Пер.с англ. К.С. Бурдина и И.М.Пархоменко. Общ.
Ред. и предисл. Проф. Н.П.Наумова Пособие для учителей. М.: «Просвещение»,
1973. 480с.
Концепции современного естествознания: Сер. «Учебники и учебные пособия»
Ростов н/Д: «Феникс», 1997, - 448с.
Концепции современного естествознания: Учебник для ВУЗОВ. – М.: Культура и
спорт, ЮНИТИ, 1999. – 288с.
-----------------------
Регулятор
Заданная величина
(установка)
| |
