Естественнонаучные модели происхождения и развития

Рефераты по естествознанию » Естественнонаучные модели происхождения и развития Скачать

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.

Страницы: 1 2