|
Реферат: Добрива (Естествознание)
Міністерство науки та освіти України
середня загальноосвітна школа № 16
Творча робота
на тему:
Добрива
Виконала:
Шмілько Христина
8-В клас
Дніпропетровськ
2003
ПЛАН
1. Уведення
3
2. Зміст живильних речовин у ґрунтах 4
3. Добрива 6
Список використовуваної літератури 12
1. Уведення
Харчування - це основа життя будь-якого живого організму, у тому
числі й рослин. Поза харчуванням не можна зрозуміти сутність процесів росту
і розвитку.
З погляду практичного рослинництва найважливішим засобом поліпшення
харчування сільськогосподарських культур є раніше застосування органічних і
мінеральних добрив. Ріст рослинної продукції визначається безліччю
факторів, серед яких ведуча роль усе-таки належить добривам і особливо
мінеральним, виробництво яких нарощує високі темпи.
Ґрунт є основним джерелом забезпечення сільськогосподарських культур
живильними речовинами. Однак у сучасних умовах безупинної інтенсифікації
сільськогосподарського виробництва для щорічного вирощування високих
врожаїв із продукцією гарної якості досить часто виявляється недостатнім та
кількість живильних речовин, що надходить у рослини з органічної речовини і
важкорозчинних мінеральних з'єднань ґрунту в результаті діяльності
мікроорганізмів і кореневої системи рослин. Особливо це відноситься до
Нечорноземної зони, де дерено-підзолисті ґрунти з низьким рівнем
окультуреності займають близько 51% площі. Для ґрунтів цієї зони
характерно, як правило, тимчасове чи тривале надлишкове зволоження.
Переважними несприятливими ознаками дерено-підзолистих ґрунтів є погані
фізично властивості, підвищена кислотність (РН у КС1 менше 5) і низький
зміст органічної речовини - від 1 до 2,5%. Для них характерна також слабка
забезпеченість елементами мінерального харчування для рослин - азоту,
фосфору і калію, багатьох мікроелементів; нерідко (у різновидах легкого
механічного складу) невеликий зміст також магнію і кальцію.
Ґрунту Нечорноземної зони, особливо підзолисті, гостро мають потребу у
вапнуванні і систематичному внесенні мінеральних добрив. У зв'язку з цим
для сільського господарства зони передбачено поставити 120 млн. Т
мінеральних добрив у стандартних туках. Таким чином, на гектар ріллі
прийдеться 126 кг живильних речовин.
2. Зміст живильних речовин у ґрунтах
Запаси живильних речовин у ґрунтах у багато разів перевищують потреба
в них рослин. Однак велика частина з представлена недоступними для рослин
з'єднаннями. Валовий зміст живильних речовин в орному шарі різних ґрунтів
неоднаково.
Зміст азоту (N) коливається від 0,07% до 0:5%. Ґрунтовий азот
знаходиться в основному в недоступній для рослин органічній формі. На долю
мінерального азоту приходиться тільки 1-2% его загальної кількості. Під
впливом мікробіологічних процесів органічні форми азоту переводяться в
доступні для рослин мінеральні форми.
Зміст фосфору (Р2ПРО5) у багатьох ґрунтах складає 0,03-0,25%. Біля
половини його знаходиться в мінеральній формі, а половина - у формі
органічних сполук. У слабко окультурених торф'яних ґрунтах на фосфор в
органічній формі приходиться до 70%. Деяка кількість його міститься в
поглиненому ґрунтовими колоїдами стані. Значна частина мінеральних форм
фосфору в кислих підзолистих ґрунтах і червоноземах знаходиться у
важкодоступних для рослин фосфатах заліза й алюмінію. У нейтральних
ґрунтах, наприклад у чорноземах, мінеральний фосфор представлений більш
доступними для рослин фосфатами кальцію і магнію.
На частку калію (ДО2ПРО) у ґрунті приходиться 0,6-3% маси ґрунту.
Більше калію міститься в глинистих і суглинних ґрунтах, а в ґрунтах легкого
механічного складу (піщаних і супіщаних) його значно менше. Кількість
обмінного калію в орному шарі складає, кг/га: у підзолистих ґрунтах - 150-
300, чорноземах - 400-900, сіроземах - 600-1500. На відміну від азоту і
фосфору калій не утворить у рослинах міцні органічні комплекси. Тому
кількість його в органічній речовині ґрунту незначно.
Кальцію (СаО) у ґрунтах близько 0,2-2% і більш від їхньої маси. Він
представлений силікатами, карбонатами, гіпсом, фосфатами й іншими
з'єднаннями. Частина кальцію знаходиться в поглиненому стані. Найбільш
багаті обмінним кальцієм чорноземи (близько 40 мекв). Найменша кількість
його зустрічається в підзолистих ґрунтах (5-8 мекв), що зв'язано з їхньою
кислотністю. Вапнуванням не тільки зміщається реакція ґрунту, але і
поліпшується харчування рослин кальцієм.
Зміст магнію (Mg) складає 0,4-4% і більш від маси ґрунту і залежить
від складу материнської породи. У ґрунтах, що утворилися на суглинках і
глинах, більше магнію, чим у ґрунтах, що виникли на пісках.
Близько 90-95% магнію в ґрунті входить до складу різних мінералів,
головним чином силікатів і алюмосилікатів, що важко розчиняються у воді, що
тому міститься в них магній не може бути безпосередньо використаний
рослинами. Близько 5-10% магнію знаходиться в поглиненому (обмінному)
стані. Обмінний магній. Як і обмінний калій, відіграє найважливішу роль у
харчуванні рослин, поповнюючи кількість магнію в ґрунтовому розчині в міру
споживання його рослинами. Незначна частина магнію в ґрунті зустрічається у
формі органічних речовин, після розкладання яких він стає доступним для
рослин.
Найбільш багаті магнієм чорноземи, каштанові ґрунти і сіроземи. Менше
магнію в піщаних, супіщаних і деяких торф'яних ґрунтах.
Зміст сірки (SO3) коливається від 0,1 до 0,5% маси ґрунту. Сірка в
ґрунті представлений органічними сполуками (80-90%), де вона знаходиться у
відновленій формі, і мінеральними з'єднаннями з кальцієм, залізом, калієм,
натрієм (10-20), що є джерелом харчування рослин. Процес окислювання сірки,
що входить до складу гумусу й органічних залишків, відбувається під впливом
аеробних бактерій (сульфофікація).
У більшості ґрунтів кількість сірки досить для рослин, однак у
малогумусних підзолистих піщаних ґрунтах її небагато, тому сульфатні форми
добрив тут більш ефективні, чим хлорідні. Сірку в ґрунт вносять також з
органічними добривами, із простим суперфосфатом.
Зміст заліза (Fe2O3) у ґрунтах коливається від 1-11%. У легенях під
механічному складу ґрунтах його менше, ніж у важких.
Залізо в ґрунті знаходиться у формі фероалюмосилікатів, окису і закису
заліза і їх гідратів. Недолік заліза для рослин густо виявляється на
карбонатних чи надто вапнованих ґрунтах, де воно знаходиться у
важкодоступному стані.
3. Добрива
Добрива - це неорганічні й органічні речовини, застосовувані в
сільському господарстві і рибальстві для підвищення врожайності культурних
рослин і рибопродуктивності ставків. Вони бувають: мінеральні (чи хімічні),
органічні і бактеріальні (штучне внесення мікроорганізмів з метою
підвищення родючості ґрунтів).
4.1. Мінеральні добрива, добуті з чи надр промислово отримані хімічні
сполуки, містять основні елементи харчування (азот, фосфор, калій) і
важливі для життєдіяльності мікроелементи (мідь, бор, марганець і ін.).
Мінеральні добрива підрозділяють на прості (одинарні, однобічні,
однокомпонентні) і комплексні. Прості мінеральні добрива містять тільки
одні з головних елементів харчування. До них відносяться азотні, фосфорні,
калійні добрива і мікродобрива. Комплексні добрива містять не менш двох
головних живильних елементів. У свою чергу, комплексні мінеральні добрива
поділяють на складні, складні-змішані і змішані.
Азотні добрива. Виробництво азотних добрив базується не синтезі аміаку
з молекулярного азоту і водню. Азот одержують з повітря, а водень із
природного газу, нафтових і коксових газів. Азотні добрива являють собою
білий чи жовтуватий кристалічний порошок (крім ціанаміду калію і рідких
добрив), добре розчинні у воді, чи не поглинаються слабко поглинаються
ґрунтом. Тому азотні добрива легко вимиваються, що обмежує їхнє
застосування восени як основне добриво. Більшість з них володіє високої
гігроскопічністю і вимагає особливого упакування і збереження. У таблиці №1
приведені дані про склад із властивостях основних азотних добрив.
По випуску і використанню в сільському господарстві найголовніші з
цієї групи - аміачна селітра і сечовина, що складають близько 60% всіх
азотних добрив.
Азотні добрива використовують під усі сільськогосподарські культури.
Таблиця №1
|Добриво |Хімічний |Зміст |Форма |Вплив |Гігроско-пі|
| |склад |азоту, % |азоту |на ґрунт |чність |
|Натрієва |NaNO3 |Не менш 16 |Нітратна |Підщелачиває|Слабка |
|Селітра | | | | | |
|Аміачна |NH4NO3 |34 |Нітратна |Підкисляє |Дуже |
|селітра | | |і амонійна | |сильна |
|Кальцієва |Ca(NO3)2 |Не менш |Нітратна |Підщелачиває|Дуже |
|селітра | |17,5 | | |сильна |
|Аміак |NH3 |82 |Амонійна |Підкисляє |Дуже |
|рідкий | | | | |сильна |
Фосфорні добрива. Фосфор - один з найважливіших елементів харчування
рослин, тому що входить до складу білків. Якщо азот у ґрунті може
поповнюватися шляхом фіксації його з повітря, то фосфати - тільки внесенням
у ґрунт у виді добрив. Головні джерела фосфору - фосфорити, апатити,
вівіаніт і відходи металургійної промисловості - томасшлак, фосфатшлак. Усі
фосфорні добрива - аморфні речовини, білувато-сірий чи жовтуватий кольори.
Основні з них - суперфосфат і фосфоритне борошно. Характеристика фосфорних
добрив приведена в таблиці №2.
По ступені розчинності ці добрива підрозділяють на наступні групи:
1) Розчинні у воді, легкодоступні для рослин - суперфосфати простий і
подвійний, амонізований, збагачений;
2) Важкорозчинні (не розчинні у воді і майже не розчинні в слабких
кислотах), вони не можуть безпосередньо використовуватися рослинами
- це фосфоритне і кісткове борошно.
Фосфоритне борошно - тонко розмелений природний фосфорит, з'єднання
якого важкодоступні рослинам. Це добриво застосовують на кислих
підзолистих, торф'яних, сірих лісових ґрунтах, а також на деградованих і
вилужених чорноземах і червоноземах.
Таблиця №2
|Добриво |Хімічний |Форма |Вплив |
| |склад |фосфорної кислоти |на ґрунт |
|Суперфосфат |Ca(H2PO4)2+ |Водорозчинна |Підкисляє |
|простій |+2CaSO4+H2O | | |
|Гранульований | | | |
|Суперфосфат |Ca(H2PO4)2+ |Водорозчинна |Підкисляє |
|подвійний |+H2O | | |
|гранульований | | | |
|Преципітат |CaHPO4x2H2O |Розчиняється в |Слабко |
| | |лимоно-кислому |нейтралізує |
| | |амонії |кислотність |
Калійні добрива. Калій - необхідний елемент для рослин. В основному
він знаходиться в молодих зростаючих органах, клітинному соку рослин і
сприяє швидкому нагромадженню вуглеводів.
Багато калійних добрив являють собою природні калійні солі,
використовувані в сільському господарстві в розмеленому виді. Великі
розробки їх знаходяться в Солікамську, на Західній Україні, у Туркменії.
Відкрито поклади калійних руд у Казахстану, Сибіру.
Значна кількість хлору в багатьох калійних добривах негативно впливає
на ріст і розвиток рослин, а зміст натрію (у калійній солі і сильвініті)
погіршує фізико-хімічні властивості багатьох ґрунтів, особливо чорноземних,
каштанових і солонцевих.
На бідних калієм легких ґрунтах і торфовищах усі без винятку
сільськогосподарські культури мають потребу в калійних добривах. Недолік
калію в ґрунті заповнюється головним чином внесенням гною. Калій не
застосовують на солоних і солонцюватих ґрунтах, тому що він погіршує їхньої
властивості. Калій легко розчиняється у воді і при внесенні поглинається
колоїдами ґрунту, тому він малорухомий, однак на легких ґрунтах легко
вимивається.
Калійні добрива підрозділяються на три групи:
1) Концентровані, що є продуктами заводської переробки калійних руд -
хлористий калій, сірчанокислий калій, калійно-магнієвий концентрат,
сульфат калію-магнію (калімагнезія);
2) Сирі калійні солі, що представляють собою розмелені природні калійні
руди - каїніт, сильвініт;
3) Калійні солі, одержувані шляхом змішання сирих калійних солей з
концентрованими, звичайно з хлористим калієм - 30-ти і 40%-ные
калійні солі.
Як калійні добрива використовують також грубну золу і цементний пил.
Найбільш розповсюджені калійні добрива і їх властивості приведені в таблиці
№3.
Таблиця №3
|Добриво |Хімічний |Гігроскопічність |Вплив |
| |Склад | |на ґрунт |
|Калій хлористий |KC1 з Na1 |Малогігроскопічніс|Підкисляє |
| | |ть | |
|Калій |До2SO4 |Негігроскопічен |Підкисляє |
|сірчанокислий | | | |
|(сульфат калію) | | | |
Комплексні добрива. Їх підрозділяють по складу: подвійні (азотно-
фосфорні, азотно-калійні, фосфорно-калійні) і потрійні (азотно-фосфорно-
калійні); по способі виробництва: складні, складні-змішані (комбіновані) і
змішані добрива. До складних добрив промислового виробництва відносять
(калієва селітра, амофос, діамофос). Їх одержують при хімічній взаємодії
вихідних компонентів, складно-змішані (нітрофос, нітрофоска, нітроамофос,
нітроамофоска, фосфорно-калійні, рідкі комплексні й ін.) - у єдиному
технологічному процесі з простих чи складних добрив. Змішані добрива
одержують шляхом змішування простих.
Складні і складно-змішані добрива характеризуються високою концентрацією
живильних речовин, тому застосування таких добрив забезпечує значне
скорочення витрат господарства на їхнє транспортування, змішування,
збереження і внесення.
До числа недоліків комплексних добрив відноситься те, що пропорції в змісті
NPK у них варіюють у нешироких межах. Тому при внесенні, наприклад,
необхідної кількості азоту, інших живильних елементів вноситься чи менше
більше, ніж потрібно.
У невеликій кількості застосовують і багатофункціональні добрива, що
містять, крім основних живильних елементів, мікроелементи і біостимулятори,
що роблять специфічний вплив на ґрунт і рослини.
4.2. Органічні добрива - це перегній, торф, гній, пташиний кал
(гуано), різні компости, органічні відходи міського господарства (стічні
води, осадки стічних вод, міське сміття), сапропель, зелене добриво. Вони
містять найважливіші елементи харчування, в основному в органічній формі, і
велике кількості мікроорганізмів. Дія органічних добрив на врожай культур
позначається протягом 3-4 років і більш.
Гній. Це основне органічне добриво у всіх зонах країни. Він являє
собою суміш твердих і рідких виділень сільськогосподарських тварин з
підстилкою і без її. У гної містяться всі живильні речовини, необхідні
рослинам, і тому його називають повним добривом. Якість гною залежить від
виду тварин, складу кормів, кількості і якості підстилки, способу
нагромадження й умов збереження.
У залежності від способів змісту худоби розрізняють гній підстилковий
(твердий), одержуваний при змісті худоби на підстилці, і безпідстилковий
(напіврідкий, рідкий).
Підстилковий гній містить близько 25% сухої речовини і близько 75%
води. У середньому в такому гної 0,5% азоту, 0,25% фосфору, 0,6% калію і
0,35% кальцію. У його склад входять також необхідні для рослин
мікроелементи, зокрема 30-50м марганцю, 3-5м бора, 3-4м міді, 15-25м цинку,
0,3-0,5 молібдену на 1тн.
Крім живильних речовин, гній містить велика кількість мікроорганізмів
(у 1т 10-15кг живих мікробних кліток). При внесенні гною ґрунтова
мікрофлора збагачується корисними групами бактерій. Органічна речовина
служить енергетичним матеріалом для ґрунтових мікроорганізмів, тому після
внесення гною в ґрунті відбувається активізація азотфіксуючих і інших
мікробіологічних процесів.
Гній робить багатобічна дія як на ґрунт, так і на рослину. Він
підвищує концентрацію вуглекислого газу в ґрунтовому і приґрунтовому
повітрі, знижує кислотність ґрунту і рухливість А1, підвищує насиченість ее
підставами. При систематичному його внесенні збільшується зміст гумусу і
загального азоту в ґрунті, поліпшується її структура, краще поглинається й
утримується волога.
Безпідстилковий (рідкий) гній накопичується у великій кількості на
великих тваринницьких фермах і комплексах при безпідстилковому змісті
худоби і застосуванні гідравлічної системи збирання екскрементів. Такий
гній являє собою рухливу суміш калу, сечі, залишків корму, води і
газоподібних речовин, що утворяться в період збереження. По змісту вологи
його розділяють на напіврідких
( до 90%), рідкий (90-93%).
Кількість і якість безпідстилкового гною залежить від виду і віку
тварин, типу годівлі, способу змісту худоби і технології нагромадження
гною.
Велика частина живильних речовин у цьому добриві знаходиться в
легкодоступній для рослин формі (до 70% азоту в аміачній формі), що
обумовлює більш сильну його дію в порівнянні з підстилковим гноєм у рік
внесення і слабке в наступні роки. Фосфор і калій з підстилкового гною
засвоюються рослинами так само, як і з мінеральних добрив.
Пташиний кал. Це швидкодіюче органічне добриво. Живильні речовини в
ньому добре засвоюються рослинами. Курячий кал містить 0,7-1,9% азоту, 1,5-
2% Р2ПРО5, 0,8-1% ДО2О і 2,4% СаО.
Пташиний кал використовують як підгодівлю зернових і технічних
культур, розчиняють його в 8-10 частинах води і вносять у ґрунт
культиваторами – рослиноживильника.
Торф. Це добриво являє собою суміш напіврозкладених в умовах
надлишкового зволоження залишків рослин, в основному болотних. Торф може
бути низького ступеня розкладання (до 20%), середньої (20-40%) і високої
(більш 40%). Широко застосовують у сільському господарстві як добриво.
Розрізняють три типи торфу: верхівковий, низинний і перехідний.
Верховий торф утвориться на бідних живильними речовинами піднесених
позначках рельєфу (сфагнові мохи, пухівки, шейхцерія болотна, підбіл,
багно, осока болотна й ін.). Верховий торф характеризується підвищеною
кількістю органічної речовини, високою кислотністю, великою поглинальною
здатністю і малим змістом живильних речовин. Застосовують зазначений торф
головним чином як підстилку і для компостування.
Низинний торф утвориться на багатих живильними речовинами знижених
частинах рельєфу (осоки, гіпнові мохи, очерет, хвощ, таволга, шабельники й
ін.). Низинний торф містить більше живильних речовин і менше органічної
речовини, чим верхівковий. Найбільше доцільно його використовувати для
готування різних компостів.
Перехідної торф займає проміжне положення між верхівковим і низинним.
По кількості золи (у %) торфу підрозділяють на нормальні (до 12) і
високозольні (більш 12).
Торф'яні компости. Торф широко застосовують для готування компостів.
При компостуванні з гноєм торф швидше розкладається і повніше
використовується рослинами. Добре компостується торф (верхівковий чи
перехідний) з вапном. Гарні результати одержують при додаванні до торфу 20
кг фосфоритного борошна на 1тн. Торфофосфоритні компости особливо ефективні
на супіщаних ґрунтах, а торфовапняні - на кислих.
Крім цей торф використовують на полях зрошення, де його компостують з
осадом стічних вод. Широко застосовують також торфофекальні компости. Ці
компости вважаються сильнодіючими.
Осадки стічних вод. Їх одержують при очищенні стічних вод міст на
очисних спорудженнях. Вологість свіжого осаду складає близько 97%. Для
зниження вологості до 80% вони проходять етап природного сушіння на мулових
площадках і механічного зневоднювання на вакуум-фільтрах із застосуванням
реагентів (хлорне залізо і вапно), а для зниження вологості до 25-30% -
проходять термічне сушіння в барабанних печах.
Осадки з мулових площадок можна використовувати під усі культури, але
найбільше доцільно їх застосування під овочеві і силосні культури, цукровий
буряк. Осадки після термічного сушіння, що містять більше вапна і заліза,
бажаніше вносити під чуйні на вапно культури.
Сапропель(прісноводний мул). Він являє собою відкладену в
прісноводних водоймах суміш землі з напіврозкладеними рослинними і
тваринами залишками. Містить органічні речовини (до 15-30% і більш), азот,
фосфор, калій, вапно, мікроелементи, деякі вітаміни, антибіотики,
біостимулятори.
Найбільша кількість живильних речовин спостерігається в мулі водойм,
що знаходяться біля населених пунктів.
Сапропелі застосовують як у чистому виді, так і у виді компостів із
гноєм, фекаліями і гнойовою рідотою.
Зелене добриво. Воно являє собою зелену масу рослин-сидератів, що
заорюється в ґрунт у щілинах збагачення її живильними речовинами, головним
чином азотом, поліпшення водяного, повітряного і теплового режимів.
Найбільше значення зелене добриво має на малоплодючих дерено-підволистих,
піщаних, суглинних і супіщаних ґрунтах, а також на зрошуваних землях і у
вологих районах Закавказзя.
Найважливіша умова підвищення ефективності зеленого добрива - це
правильне сполучення його з іншими органічними і мінеральними добривами і
хімічною меліорацією ґрунтів. Такий спосіб добрива широко застосовується,
тому що він дешевий (часто не вимагає транспортних засобів), і по хімічному
складі зелене добриво близьке до гною.
4.3. Бактеріальні добрива. Препарати, що містять корисні для рослин
бактерії, відносяться до бактеріальних добрив. Вони здатні поліпшувати
харчування сільськогосподарських культур і не містять живильних речовин.
СПИСОК ВИКОРИСТОВУВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Штефан В.К. - «Життя рослин і добрив» - М., 1981р.
2. Артюшин А.М., Державін Л.М. - «Короткий словник по добривах» - 2-і вид.,
М., 1984р.
3. За редакцією Нікляєва В.С. - «Основи землеробства і рослиноводства» - 3-
і вид., М., 1990р.
4. Вронський В.А. - «Прикладна екологія» - Ростову-на-Дону, 1996р.
Реферат на тему: Естественнонаучные модели происхождения и развития
ИНСТИТУТ БИЗНЕСА, ПРАВА И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по предмету: «Концепция современного естествознания»
на тему: «Естественнонаучные модели происхождения и
развития
жизни».
Преподаватель:
Юдов Виктор Сергеевич
Студентка:
Могарычёва Н.О.
Группа 92-ЮЗ
2000г.
Содержание.
Стр.
I.
Введение..................................................................
. 3
II. Развитие представлений о происхождении
жизни :
1. Концепции возникновения жизни...................... 3
2. Отличие живого от неживого.............................. 4
III. Возникновение жизни :
1. Вещественная основа жизни ............................... 5
2. Этапы эволюции жизни ....................................... 8
3. Завоевание суши ................................................... 9
4. Эволюция растений .............................................. 9
5. Эволюция животных ............................................10
IV.
Заключение...............................................................
10
Список литературы.......................................................
11
I Введение.
Естествознание всегда оказывало значительное воздействие на
развитие гуманитарных наук. Особенно мощным это воздействие стало сейчас -
в эпоху научно-технической революции. Изучение естествознания способствует
выработке ориентиров, установок, ценностей рационализаторского отношения к
миру, природе, обществу, человеку. Это очень важно именно в наше время,
когда накатывается новая очередная историческая волна мифологизации
культуры, массовое сознание реформируется, в нём всё чаще ставятся под
сомнение достижения, ценности и возможности научного познания мира, когда
происходит всплеск интереса к мистицизму, расцвет оккультизма, магии,
астрологии; когда бегство от материализма к мистике, от науки к мифу стало
модой. В этих условиях приобретает особую значимость утверждение идеалов
научнорационализаторского отношения к действительности, на которых
построена вся наша цивилизация.
Жизнь на Земле чрезвычайно многообразна. Она представлена
ядерными и доядерными одно- и многоклеточными существами. Богатейший мир
многоклеточных представлен тремя царствами - грибами, растениями и
животными. Одним из наиболее трудных и в то же время интересных в
современном естествознании является вопрос о происхождении жизни. Учёные
сегодня не в состоянии воспроизвести процесс возникновения жизни с такой же
точностью, как это было несколько миллиардов лет назад. Вопрос о
происхождении жизни интересен не только сам по себе, но и тесной связью с
проблемой отличия живого от неживого, а также связью с проблемой эволюции
жизни.
II. Развитие представлений о происхождении жизни.
1.Концепции возникновения жизни.
Происхождение жизни - одна из трёх важнейших мировоззренческих
проблем наряду с проблемами происхождения нашей Вселенной и проблемой
происхождения человека.
Попытки понять, как возникла и развивалась жизнь на Земле, были предприняты
ещё в глубокой древности. Существует пять концепций возникновения жизни:
1) Креанизм - божественное сотворение живого.
2) Концепция многократного самопроизвольного зарождения жизни из неживого
вещества.
3) Концепция стационарного состояния, в соответствии с которой жизнь
существовала всегда.
4) Концепция внеземного происхождения жизни.
5) Концепция происхождения жизни на Земле в историческом прошлом в
результате процессов, подчиняющихся физическим и химическим законам.
Религиозно-идеалистический подход исходил из того,
что возникновение жизни на Земле не могло осуществиться естественным,
закономерным, объективным образом. Жизнь является следствием божественного,
творческого акта, и потому всем существам свойственна особая, независимая
от материального мира, жизненная сила, которая направляет все процессы
жизни.
В основе второго, материалистического подхода,
лежало представление о том, что под влиянием естественных факторов живое
может возникнуть из неживого, органическое из неорганического. Несмотря на
свою примитивность, первые исторические формы концепции самозарождения
сыграли прогрессивную роль в борьбе с креанизмом. Идея самозарождения
получила широкое распространение в средневековье и эпоху Возрождения, когда
допускалась возможность самозарождения не только простых, но и довольно
высокоорганизованных существ, даже млекопитающих (например, мышей из
тряпок).Невозможность произвольного зарождения жизни была доказана целым
рядом опытов. Применение микроскопа в биологических исследованиях
способствовало открытию большого разнообразия одноклеточных организмов. На
этой основе вновь возродились старые идеи произвольного самозарождения
простейших существ. Окончательно версия о самозарождении была развенчана
Л.Пастером в середине XIX в. Он показал, что не только в запаянном сосуде,
но и в незакрытой колбе с S образной горловиной хорошо прокипячённый бульон
остаётся стерильным, потому что через такую горловину не могут проникнуть
микробы. Так было доказано, что новый организм в наше время может появиться
от другого живого существа.
Появление жизни на Земле пытались объяснить и
занесением её из других космических миров.
Естествознание XX в. Сделало шаг вперёд в изучении жизни, её проявлений на
Земле и за её пределами. Сейчас уже определённо выяснено, что «азбука»
живого сравнительно проста. В любом существе, живущем на Земле,
присутствует 20 аминокислот, 5 оснований, 2 углевода и один фосфат.
Существование небольшого числа одних и тех же молекул во всех живых
организмах убеждает нас, что всё живое должно иметь единое происхождение.
Отрицание возможности самозарождения жизни в настоящее время не
противоречит представлениям о принципиальной возможности развития
органической природы и жизни в прошлом из неорганической материи.
Не исключается возможность занесения определённых пред посылочных факторов
жизни на Земле из Космоса. Однако в изученной пока человеком части
Вселенной, только на Земле они привели к формированию и расцвету жизни.
К концу XX в. Осталась наиболее перспективной пятая концепция.
2. Отличие живого от неживого.
В вещественном плане в состав живого обязательно входят
высокоупорядочные органические соединения : белки и нуклеиновые кислоты. В
структурном плане живое отличается от неживого клеточным строением. В
функциональном плане для живых тел характерно воспроизводство самих себя.
Также живые тела отличаются от неживых наличием обмена веществ,
способностью к росту и развитию, способностью к движению, раздражимостью и
т. д. Неотъемлемой частью живого являетличие воды, солей и т.д. Также и
для возникновения жизни нужны определённые диапазоны температур,
влажности, давления, уровня радиации и время.«В некотором смысле живые
системы можно сравнить с хорошо налаженным производством: с одной стороны,
они являются вместилищем многочисленных химических превращений, с другой -
демонстрируют великолепную пространственно-временную организацию с весьма
неравномерным распределением биохимического материала»(2). Ели бы
возраст Вселенной был меньше, то жизнь также не могла бы возникнуть.
Возникновение жизни явилось результатом процессов, протекавших сначала
миллиарды лет во Вселенной, а затем миллионы
1) Селье Г. От мечты к открытию. М., 1987 г., С.32.
2)Пригожин И., Стенгирс И. Порядок из хаоса. М., 1986 г. С.211.
лет на Земле. От неорганических соединений к органическим, от
органических к биологическим - таковы последовательные стадии, по которым
осуществляется процесс зарождения жизни. « Специфичность жизни, отличие
живых систем от неорганического мира хорошо видны с точки зрения химии. В
живых системах протекает множество отдельных химических реакций ...,
многие из которых давно и хорошо изучены. Для живого специфичен
определённый порядок этих реакций, их последовательность и объединение в
целостную систему» (1).
В сложном процессе возникновения жизни на Земле можно выделить
несколько основных этапов :
1) образование простых органических соединений;
Происхождение жизни связано с протеканием определённых химических реакций
на поверхности первичной планеты. На начальных этапах своей истории Земля
представляла собой раскалённую планету. Вследствие вращения при постепенном
снижении температуры в поверхностных слоях концентрировались атомы легких
элементов ( водорода, углерода, азота и т.д.), из которых и состоят тела
живых организмов. При дальнейшем охлаждении Земли появились химические
соединения: вода, метан, водород и др. Физические и химические свойства
воды и углерода определили то, что именно они оказались у колыбели жизни.
На Земле основой жизни является углерод, он способен создавать
разнообразные, подвижные, низкоэлектропроводные, насыщенные водой, длинные
цепеобразные структуры. Соединения углерода с водородом, кислородом, азотом
и др. обладают каталитическими, строительными, энергетическими свойствами.
На начальных этапах сложилась первичная атмосфера Земли,
которая носила не окислительный, как сейчас, а восстановительный характер.
Первичная атмосфера содержала водород, соединения углерода (метан) и азота
(аммиак). Отсутствие кислорода было вероятно необходимым условием
возникновения жизни. Лабораторные опыты показывают, что органические
вещества легче создаются в восстановительной среде, чем в атмосфере.
Дальнейшее снижение температуры обусловило переход ряда газообразных
соединений в жидкое и твёрдое состояние, а также образование земной коры.
Когда температура Земли опустилась ниже 100 град. С,
произошло сгущение водяных паров. Длительные ливни привели к образованию
больших водоёмов. В результате активной вулканической деятельности из
внутренних слоёв Земли на поверхность выносилось много раскалённой массы, в
т.ч. карбидов, которые вступали в химические реакции с растворёнными в воде
веществами. Так на поверхности молодой планеты Земля в большом количестве
накапливались простейшие органические соединения. А.И.Опарин полагал, что
органические вещества могли создаваться и в океане из более простых
соединений. Энергию для этих реакций синтеза доставляла солнечная радиация.
__________________________________________________________________
1) Мир вокруг нас. М., 1983 г., с, 101.
« Органический синтез осуществлялся в период, предшествовавший образованию
Солнечной системы и во время её образования, он имел место уже на том
этапе, когда Земля ещё окончательно не сформировалась» (1).
Механизм отбора действовал на самых ранних стадиях зарождения органических
веществ - из множества образующихся веществ сохранялись устойчивые к
дальнейшему усложнению.
2) возникновение сложных органических соединений.
Благодаря высокой температуре, грозовым разрядам, усиленному
ультрофиолетному излучению, относительно простые молекулы органических
соединений при взаимодействии с другими веществами усложнялись и
образовывались углеводы, жиры, аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты.
Возможность такого синтеза доказана опытами А.М.Бутлерова, который ещё в
середине прошлого столетия получил из формальдегида - углеводы (сахар). А в
1953-1957 г.г. химиками различных стран в целом ряде экспериментов были
синтезированы органические кислоты, в т.ч аминокислоты, которые являются
материалом для образования белковых молекул. Эксперименты в этом
направлении оказались перспективными, совершенно определённо показали
возможность образования белковых молекул в условиях отсутствия жизни.
С определённого этапа в процессе химической эволюции на Земле, активное
участие стал принимать кислород, с накоплением которого в атмосфере
восстановленные соединения стали окисляться. При окислении метана
образовывались метиловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота и т.д.,
которые с дождевой водой попадали в первичный океан. Эти вещества вступая
в реакции с аммиаком и цианистым водородом, дали начало аминокислотам. Так
воды первичного океана постепенно насыщались разнообразными органическими
веществами, образуя «первичный бульон».
3) « первичный бульон» и образование коацерватов.
После того, как углеродистые соединения образовали « первичный бульон»,
могли уже организоваться биополимеры - белки и нуклеиновые кислоты,
обладающие свойством самовоспроизводства себе подобных. В водах первичного
океана концентрация органических веществ увеличивалась, происходило их
смешивание, взаимодействие и объединение в мелкие обособленные структуры
раствора. Эти структуры русский учёный А.И.Опарин назвал «коацерватными
каплями или коацерватами» (2). Коацерваты имеют достаточно сложную
организацию и обладают рядом свойств, которые сближают их с простейшими
живыми системами ( способны поглощать из окружающей среды разные вещества и
увеличиваться в размерах, в них могут происходить процессы распада и
выделяться продукты распада). Однако всё это не даёт основания для
отнесения их к живым системам, но предпосылки живого уже содержались.
1) Холдейн Дж. Происхождение предбиологических систем. М., 1966 г., С.167.
ся деятельность, активность. « Все живые существа должны или действовать
или погибнуть. Мышь должна находиться в постоянном движении, птица летать,
рыба плавать и даже растение должно расти».(1).
К важным свойствам живых систем относятся:
1) компактность;
2) способность создавать порядок из хаотического теплового движения
молекул. Чем более сложно устроено живое вещество, тем более в нём
скрытой энергии;
3) обмен с окружающей средой веществом, энергией, информацией;
4) жизнь качественно превосходит другие формы существования материи в плане
многообразия и сложности химических компонентов и динамики протекающих в
живом превращений;
5) в самоорганизации живых систем, схемы реакций просты, а молекулы -
сложны;
6) у живых систем есть прошлое, у неживых его нет;
7) жизнь организма зависит от двух факторов - наследственности,
определяемой генетическим аппаратом, и изменчивости, зависящей от условий
окружающей среды и реакции на них индивида. Интересно, что сейчас жизнь
не могла бы возникнуть из-за кислородной атмосферы и противодействия
других организмов. Раз зародившись, жизнь находится в процессе постоянной
эволюции;
8) способность к избыточному само производству.
III. Возникновение жизни.
1. Вещественная основа жизни.
В 1924 г. в книге А.И.Опарина впервые была сформулирована
естественнонаучная концепция, согласно которой возникновение жизни -
результат длительной эволюции на Земле: сначала химической, затем
биологической. С позиций современной науки жизнь возникла из неживого
вещества в результате эволюции материи, являющейся результатом естественных
процессов, происходивших во Вселенной. Жизнь - это свойство материи,
которое ранее не существовало и появилось в особый момент истории нашей
планеты Земля. Жизнь возможна только при определённых физических и
химических условиях: температура, на
2) Опарин А.И. Материя - жизнь - интеллект. М., 1977 г.
2. Этапы эволюции жизни.
Жизнь возникла не тогда, когда образовались очень сложные
органические соединения, а тогда, когда начал действовать механизм
редупликации. Начало жизни на Земле - появление нуклеиновых кислот,
способных к воспроизводству белков. На границе между коацерватами -
сгустками органических веществ -могли выстраиваться молекулы сложных
углеводородов, что приводило к образованию примитивной клеточной мембраны,
обеспечивающей коацерватам стабильность. В результате включения в коацерват
молекулы, способной к самовоспроизведению, могла возникнуть клетка,
способная к росту.
Таким образом, завершение процесса биогенеза связано с возникновением у
более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению составных
частей, с переходом к матричному синтезу белка. Это было величайшим
качественным скачком в эволюции материи. Однако механизм такого перехода
пока не ясен. Основная трудность здесь состоит в том, что для удвоения
нуклеиновых кислот нужны белки, а для создания белков - нуклеиновые
кислоты. По этому поводу существуют разные гипотезы, но все они так или
иначе не полны. В настоящее время наиболее перспективными являются
гипотезы, которые опираются на принципы теории самоорганизации,
синергетики. Синергетика изменила представление о мире, развитие понимается
как процесс становления качественно нового, того, что ещё не существовало в
природе и предсказать которое невозможно. Как показывает синергетика
энергия имела для возникновения жизни не меньшее значение, чем вещество.
Следующим шагом в организации должно быть образование
мембран, которые отделяли смеси органических веществ от окружающей среды. С
их появлением и получается клетка - «единица жизни», главное структурное
отличие живого от неживого. В проблеме возникновения жизни ещё много
неопределённого, она ещё далека от своего окончательного разрешения. Знание
условий, которые способствовали возникновению жизни на Земле, позволяют
понять почему в наше время невозможно появление живых существ из
неорганических систем. В нашу эпоху отсутствуют условия для синтеза. Теперь
живые существа появляются только вследствие размножения.
Состав клетки: 70% кислорода, 17% углерода, 10% водорода, 3% азота. Синтез
белка осуществляется в цитоплазме клетки. Почти в каждой из клеток человека
синтезируется свыше 10000 разных белков. Первичные живые организмы были
анаэробными ( жили без кислорода) питались и воспроизводились за счёт
«органического бульона», возникшего из неорганических систем. С «
кислородной революцией» связан переход от прокариотов (клетки у которых
нет ядра) к эукариотам ( есть ядро, где сосредоточены хромосомы).
Прокариоты - это простые, выносливые организмы, обладающие высокой
способностью к быстрому размножению, легко приспосабливающиеся к
изменяющимся условиям природной среды. Клетки без ядра напоминают нынешние
бактерии и сине-зелёные водоросли. Возраст самых древних организмов около 3
млрд. лет.
У эукариотов ДНК уже собраны в хромосомы, такие клетки появляются примерно
2 млрд. лет тому назад. Такая клетка воспроизводится без каких либо
существенных изменений. В неизменной природной среде «дочерние» клетки
имеют столько же шансов на выживание, сколько и « материнская».
Дальнейшая эволюция эукариотов была связана с разделением на растительные и
животные клетки.
Следующим важным этапом развития жизни было возникновение примерно 900 млн.
лет назад полового размножения, слияния ДНК двух индивидов. Это
значительно повысило видовое разнообразие и резко ускорило эволюцию.
Значительным шагом в дальнейшем усложнении организации живых существ было
появление многоклеточных организмов (кишечно-полостные и т.д.). Эволюция
многоклеточных шла в направлении совершенствования способов передвижения,
лучшей координации деятельности клеток, совершенствование способов дыхания
и др. Первые позвоночные, по-видимому, возникли в мелководных пресных
водоёмах. Это мелкие существа, покрытые чешуёй, которая помогала защищаться
от крупных хищников. Эволюция позвоночных шла в направлении образования
челюстных рыбообразных.
3. Завоевание суши.
Важнейшим событием в эволюции форм живого является выход растений
и живого из воды и последующее образование большого многообразия наземных
растений и животных. Содержание кислорода в воздухе выше, чем в воде, что
предполагало выработку соответствующих приспособлений. Растения,
переселившиеся на сушу, получали значительные преимущества: солнечной
энергии здесь больше, фотосинтез становится более совершенным. Первые
наземные растения - псилофиты; они занимали промежуточное положение между
наземными сосудистыми и водорослями.
Вслед за растениями из воды на сушу последовали различные виды
членистоногих, первые обитатели суши напоминали по виду современных
скорпионов.
4. Эволюция растений.
Растительные клетки покрыты жёсткой целлюлозной
оболочкой, которая их защищает, но одновременно не даёт им перемещаться и
получать пищу в процессе передвижения. Первый важный результат растительной
деятельности - фотосинтез - создание органического вещества из углекислоты
и воды при использовании солнечной энергии, улавливаемой хлорофилом.
Продукт фотосинтеза - кислород в атмосфере. Растительные клетки
совершенствовались в направлении использования фотосинтеза для накопления
питательных веществ. После выхода растений на сушу эволюция была связана с
усилением компактности тела, развитием корневой системы, тканей, клеток,
проводящей системы и т.д.
Переход от трахеид к сосудам обеспечивал приспособление к засушливым
условиям. В наземных условиях оказались непригодными для размножения
свободно плавающие половые клетки; здесь для целей размножения формируются
разносимые ветром споры или семена. Постепенно происходит дифференциация
тела на корень, стебель, лист. Дальнейшая эволюция шла по пути
совершенствования семян.
5. Эволюция животных.
Животные клетки имеют эластичные оболочки и потому не
теряют способности к передвижению, это им даёт возможность самим искать
пищу. Животные клетки эволюционировали в направлении совершенствования
способов передвижения и способов поглощать и выделять крупные частицы через
оболочку. Вышедшие на сушу рептилии оказались перспективной формой.
Возникло множество видов; некоторые рептилии становятся хищными, другие -
растительноядными. В условиях похолодания исключительные преимущества
получают теплокровные животные - птицы и млекопитающие. От древних хищных
происходят копытные. От некоторых видов насекомоядных обособляется отряд
приматов. Некоторые виды приматов переходят к прямо хождению. Так в
биологическом мире вызревали предпосылки возникновения Человека и мира
Культуры.
IV. Заключение.
Биология XX в. Углубила понимание существенных черт
живого, раскрыв молекулярные основы жизни. В основе современной
биологической картины мира лежит представление о том,что мир живого -
это грандиозная Система высоорганизованных систем.
Несомненно, в модели происхождения жизни, будут включаться новые знания, и
они будут всё более обоснованными. Но чем более качественно новое
отличается от старого, тем труднее объяснить его возникновение.
Список литературы :
1. Найдыш В.М. Концепция современного естествознания. «Гардарики»., Москва,
1999 г.
2. Горелов А.А. Концепция современного естествознания. Изд. «Центр»,
Москва, 1997 г.
| |
