39.Клетка как фундаментальная модель живой материи на микроуровне. Жизненный цикл клетки. Единство и многообразие клеточных типов.
Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого. Клетка любого организма представляет целостную живую систему. Она состоит из трех связанных между собой частей: оболочки, цитоплазмы и ядра. Оболочка клетки осуществляет взаимодействие с внешней средой и с соседними клетками. Она состоит из наружного слоя и плазматической мембраны. Клетки животных и растений различаются по строению. Растительная клетка состоит из оболочки, пластиды, вакуоли, цитоплазмы и ядра. Животная клетка – из оболочки, ядрышка, аппарата Гольджи, хромосом, вакуоли, ядра, цитоплазмы, митохондрий и включения. Загадочным во многом остается и запрограммированный генетически алгоритм ее жизни, названный жизненным циклом клетки (клеточным циклом). Жизненный цикл клетки начинается с момента ее образования после деления родительской клетки и заканчивается либо новым делением, либо превращением в специализированную клетку. Большинство клеток продолжает делиться. Им свойственен клеточный цикл, состоящий из периодически повторяющихся стадий: так называемой интерфазы (1) – этапа подготовки к делению и непосредственно процесса деления – митоза (2). К этапам дифференцировки (3) и функционирования специализированной клетки. Продолжительность жизненного цикла однотипных клеток в нормальных условиях практически одинакова. Рождение. Отправным моментом жизни любой клетки (кроме половой, для которой характерен мейоз) считают деление материнской клетки с образованием двух идентичных дочерних – митоз (от греческого mitos – нить). Во время митоза основная задача материнской клетки – поровну передать равноценный в количественном и качественном отношении генетический материал дочерним клеткам. Созревание. В этот период происходит дифференцировка клеток и становление ключевых ферментных систем. Клетка готовится выполнять предназначенные природой функции, постепенно активизируя свой обмен веществ. Активное функционирование. Интенсивность реакций метаболизма и сопряженного с ним энергетического обмена в это время максимальны.
-
В период активного функционирования интенсивность обмена веществ в клетке максимальна.
Процессы в клетке направлены на обеспечение постоянства внутренней среды и выполнение специфических функций: нейрон воспринимает и передает нервный импульс, эритроцит переносит кислород и так далее. Угасание (старение). Этот процесс запрограммирован генетически и, в первую очередь, проявляется уменьшением выработки и активности ферментов в клетке. При этом замедляются биохимические реакции, тормозится метаболизм и энергетический обмен.
|
Период старения клетки характеризуется уменьшением выработки и активности ферментов |
Естественная гибель клетки (апоптоз)
Разнообразие клеток столь же удивительно, как и разнообразие растений и животных. Проще всего устроены клетки цианобактерий и настоящих бактерий. У них отсутствуют ядра, митохондрии, пластиды и некоторые другие структуры, характерные для клеток высших организмов, не развита система внутренних мембран. В связи с отсутствием ядра такие клетки называются прокариотическими. Бактериальные клетки могут быть округлыми, палочковидными, изогнутыми или скрученными. Клетки шарообразных бактерий (кокков) способны склеиваться друг с другом, образуя пары, комочки, пленки или длинные цепи. Палочковидные бактерии (бациллы) могут образовывать пары или цепочки, но чаще живут как одиночные клетки. Клетки настоящих водорослей и наземных растений, грибов и животных имеют оформленное ядро и называются эукариотическими. Огромное число эукариотических организмов существуют как отдельные клетки: одноклеточные водоросли (хлореллы), одноклеточные грибы (дрожжи) и одноклеточные животные (амебы, инфузории). Клетки многоклеточных растений и животных могут выглядеть совершенно по-разному. Человек, например, как и все прочие позвоночные, состоит из нервных и мышечных клеток, клеток печени, костной ткани и многих других. Разнообразие формы и размеров клеток соответствует разнообразию их функций. Несмотря на это разнообразие в основе своей все клетки очень сходны, и каждая клетка осуществляет все основные жизненные функции, которые свойственны любому живому существу.
40. Второй этап в развитии электромагнитной картины мира. Представление об общей теории относительности.
Принимая законы электродинамики в качестве основных законов физической реальности, А. Эйнштейн ввел в электромагнитную картину мира идею относительности пространства и времени и тем самым устранил противоречие между пониманием материи как определенного вида поля и ньютоновскими представлениями о пространстве и времени. Общая теория была опубликована Эйнштейном в 1916г. Основные принципы общей теории относительности (ОТО) сводятся к следующему:
1) принцип постоянства скорости света специальной теории относительности (СТО) ограничен областями, где гравитационными силами можно пренебречь;
2) принцип относительности СТО распространяется на все движущиеся системы.
Из ОТО был получен ряд важных выводов.
1. Свойства пространства-времени зависят от движущейся материи
2. Луч света, обладающей инертной, а, следовательно, и гравитационной массой, должен искривляться в поле тяготения
3. Частота света под действием поля тяготения должна смещаться в сторону более низких значений.
ОТО рассматривает мир как четырехмерный: к трем пространственным измерениям добавляется время. Все четыре измерения неразрывны, образуют четырехмерный пространственно-временной континуум (пространство-время). Поэтому речь идет уже не о пространственном расстоянии между объектами, как это имеет место в трехмерном мире, а о пространственно-временных интервалах между событиями.
Согласно ОТО, гравитация – это следствие деформации («искривления») пространства-времени под воздействием массы. При этом, чем массивнее, тяжелее тело, тем сильнее пространство-время деформируется вокруг него. То, что нам кажется силой тяжести, на самом деле является внешним проявлением искривления пространства-времени.
41. Обмен веществ и энергии в клетке
В ходе превращения веществ в клетках образуются конечные продукты обмена, которые могут быть токсичными для организма и выводятся из него (например, аммиак). Таким образом, все живые организмы постоянно потребляют из окружающей среды определенные вещества, преобразуют их и выделяют в среду конечные продукты.
Совокупность химических реакций, происходящих в организме, называется обменом веществ или метаболизмом. В зависимости от общей направленности процессов выделяют катаболизм и анаболизм.
Катаболизм (диссимиляция) — совокупность реакций, приводящих к образованию простых соединений из более сложных. К катаболическим относят, например, реакции гидролиза полимеров до мономеров и расщепление последних до углекислого газа, воды, аммиака, т. е. реакции энергетического обмена, в ходе которого происходит окисление органических веществ и синтез АТФ.
Анаболизм (ассимиляция) — совокупность реакций синтеза сложных органических веществ из более простых. Сюда можно отнести, например, фиксацию азота и биосинтез белка, синтез углеводов из углекислого газа и воды в ходе фотосинтеза, синтез полисахаридов, липидов, нуклеотидов, ДНК, РНК и других веществ.
Синтез веществ в клетках живых организмов часто обозначают понятием пластический обмен, а расщепление веществ и их окисление, сопровождающееся синтезом АТФ, — энергетическим обменом. Оба вида обмена составляют основу жизнедеятельности любой клетки, а следовательно, и любого организма и тесно связаны между собой. С одной стороны, все реакции пластического обмена нуждаются в затрате энергии. С другой стороны, для осуществления реакций энергетического обмена необходим постоянный синтез ферментов, так как продолжительность их жизни невелик
42. Импульс, момент импульса и энергии как меры движения. Законы сохранения.
Количеством движения, или импульсом, называют произведение скорости на массу движущегося тела: p = mv. Эта физическая величина позволяет найти изменение движения тела за какой-нибудь определенный промежуток времени.
Закон сохранения импульса:
► Если сумма внешних сил равна нулю, импульс системы тел остается постоянным при любых происходящих в ней процессах.
Законы сохранения - фундаментальные физические законы, согласно которым при определенных условиях некоторые физические величины не изменяются с течением времениНачало формы
Конец формы
Закон сохранения и превращения энергии - общий закон природы, согласно которому: - Энергия любой замкнутой системы при всех процессах, происходящих в системе, остается постоянной. - Энергия может только превращаться из одной формы в другую и перераспределяться между частями системы.
Для незамкнутой системы увеличение/уменьшение ее энергии равно убыли/возрастанию энергии взаимодействующих с ней тел и физических полей.
Начало формы
Конец формы
Закон сохранения импульса - закон механики, в соответствии с которым:
Векторная сумма импульсов тел в замкнутой системе остается постоянной при любых взаимодействиях этих тел между собой и может только перераспределяться между частями системы.
Начало формы
Конец формы
Закон сохранения массы - закон классической механики, в соответствии с которым при любых процессах, происходящих в системе тел, ее масса остается неизменной.
Начало формы
Конец формы
Закон сохранения механической энергии - физический закон, в соответствии с которым: в замкнутой системе, в которой не действуют силы трения и сопротивления, сумма кинетической и потенциальной энергии всех тел системы остается величиной постоянной.Начало формы
Конец формы
Закон сохранения момента импульса - физический закон, в соответствии с которым момент импульса замкнутой системы относительно любой неподвижной точки не изменяется со временем.
Закон сохранения момента импульса есть проявление изотропности пространства.
Начало формы
Конец формы
Закон сохранения электрического заряда - физический закон, в соответствии с которым в замкнутой системе взаимодействующих тел алгебраическая сумма электрических зарядов (полный электрический заряд) остается неизменной при всех взаимодействиях.
Начало формы
Конец формы
Закон сохранения энергии - физический закон, в соответствии с которым:
Полная механическая энергия системы тел сохраняется в процессе их движения, если внешние и внутренние силы, действующие на систему тел, являются потенциальными.
43.Нуклеиновые кислоты. ДНК- основа генетического материала. Структура ДНК Нуклеиновые кислоты – это линейные неразветвленные гетерополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды, связанные фосфодиэфирными связями. Дезоксирибонуклейновые кислоты (ДНК; устаревшие названия: дезоксипентозонуклеиновые кислоты, ядерные нуклеиновые кислоты, тимонукленновые кислоты, животные нуклеиновые кислоты) -- нуклеиновые кислоты, содержащие в качестве углеводного компонента дезоксприбозу, а в качестве одного из пиримидиновых оснований -- тимин, которым в молекулах рибонуклеиновых кислот соответствуют рибоза и урацил. ДНК представляют собой линейные полимеры дезоксирибонуклеотидов, в последовательности азотистых оснований которых закодирована вся наследственная информация. Таким образом, ДНК данного организма содержит в себе информацию о всех признаках вида и особенностях индивидуума -- его генотип -- и передает эту информацию потомству, воспроизводя определенную последовательность оснований в строении индивидуальных ДНК. Поскольку молекулы ДНК очень больших размеров и существует огромное множество возможных неодинаковых последовательностей из четырех различных нуклеотидов, число разных молекул ДНК практически бесконечно. В природе ДНК содержатся во всех организмах за исключением РНК-содержащих вирусов. ДНК являются типичным компонентом клеточного ядра, в котором они находятся в комплексе с белками, главным образом гистонами, образуя дезоксприбонуклеопротеиды, составляющие основу цитологической структуры хроматина и вещества хромосом. ДНК обнаружена также в хлоропластах растительной клетки и в митохондриях животных и растений, в которых она кодирует часть белков этих структур, благодаря чему они обладают некоторой автономией и лишь частично зависят от ДНК ядра. ДНК представляют собой многоосновные сильные кислоты, щелочные соли которых образуют в воде очень вязкие прозрачные коллоидные растворы, застывающие при концентрации выше 0,25%. Растворы ДНК характеризуются аномальной (структурной) вязкостью, объясняющейся удлиненной формой молекул, и в потоке обладают двойным, лучепреломлением. Химически ДНК представляют собой высокомолекулярные полимеры монодезоксирибонуклеотидов (мононуклеотидов), являющиеся мономерами, из которых построены молекулы ДНК. Каждый мононуклеотид ДНК состоит из остатков фосфорной кислоты, 2-П-дезоксирибозы и пуринового или пиримидинового азотистого основания. Углеводно-фосфатный остаток одинаков во всех мономерах ДНК, азотистое основание же может быть представлено аденином (А), гуанином (Г), цитозином (Ц) или тимином (Т). В ДНК разных организмов имеется некоторое количество так называемых, минорных оснований, например 5-метил-цитозина, частично заменяющего цитозин. У высших животных и человека содержание этого основания достигает 1,5%, у высших растений 5--7% , у бактерий -- не более 0,6% . В ДНК бактерий встречается также 6-метиладенин и иногда другие метилированные азотистые основания.
44. Становление квантово-полевой картины мира. Тепловое излучение и гипотеза Планка.
Квантово-полевая картина мира.
Диалектическое единство дискретности и континуальности материи. Вещество и физическое поле – два основных вида материи, которой присущ корпускулярно-волновой дуализм.
Существуют 4 вида движения:
Механическое движение – изменение положения тела относительно других тел с течением времени
Тепловое движение – хаотическое движение больших совокупностей частиц, происходящее по статистическим законам
Электромагнитное движение – движение заряженных частиц (электрический ток) или электромагнитных полей (электромагнитные волны)
Взаимопревращения элементарных частиц
Пространство и время относительны, взаимосвязаны и зависят от материи и ее движения.
Существуют 4 фундаментальных взаимодействия, осуществляемых по принципу близкодействия:
Гравитационное взаимодействие
Слабое взаимодействие
Электромагнитное взаимодействие
Сильное взаимодействие.
Гипо́теза
Пла́нка — гипотеза,
выдвинутая 14
декабря 1900
года Максом
Планком и заключающаяся в том, что
при тепловом
излучении энергия испускается
и поглощается не непрерывно, а
отдельными квантами (порциями).
Каждая такая порция-квант имеет энергию 
пропорциональной частоте ν излучения:
где h или 
—
коэффициент пропорциональности,
названный впоследствии постоянной
Планка.
Выдвижение этой гипотезы считается моментом рождения квантовой механики.
Теплово́е излуче́ние — электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии.
Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.
Равновесное излучение — тепловое излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с веществом.
Основные свойства теплового излучения.
Тепловое излучение происходит по всему спектру частот от нуля до бесконечности
Интенсивность теплового излучения неравномерна по частотам и имеет явно выраженный максимум при определенной частоте
C ростом температуры общая интенсивность теплового излучения возрастает
C ростом температуры максимум излучения смещается в сторону больших частот (меньших длин волн)
Тепловое излучение характерно для тел независимо от их агрегатного состояния
Отличительным свойством теплового излучения является равновесный характер излучения. Это значит что если мы поместим тело в термоизолированный сосуд, то количество поглощаемой энергии всегда будет равно количеству испускаемой энергии.
Абсолютно черное тело — это физическая абстракция (модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение
—
для абсолютно
черного тела Серое
тело —
это такое тело, коэффициент
поглощения которого
не зависит от частоты, а зависит только
от температуры
—
для серого тела
45. Климат на земле. Формирование и эволюция.
Климат (от греч. klíma, родительный падеж klímatos, буквально — наклон; подразумевается наклон земной поверхности к солнечным лучам), многолетний режим погоды, свойственный той или иной местности на Земле и являющийся одной из ее географических характеристик. При этом под многолетним режимом понимается совокупность всех условий погоды в данной местности за период в несколько десятков лет; типичная годовая смена этих условий и возможные отклонения от нее в отдельные годы; сочетания условий погоды, характерные для различных ее аномалий (засухи, дождевые периоды, похолодания и прочее). Около середины 20 в. понятие Климат, относившееся ранее только к условиям у земной поверхности, было распространенно и на высокие слои атмосферы. Исследования осадочных отложений, ископаемых остатков флоры и фауны, радиоактивности горных пород и др. показывают, что Климат Земли в различные эпохи существенно менялся. В течение последних сотен миллионов лет (до антропогена) Земля, по-видимому, была более тёплой, чем в настоящее время: температура в тропиках была близка к современной, а в умеренных и высоких широтах гораздо выше современной. В начале палеогена (около 70 млн. лет назад) температурные контрасты между экваториальными и приполярными областями начали возрастать, однако до начала антропогена они были меньше ныне существующих. В антропогене температура в высоких широтах резко снизилась и возникли полярные оледенения. Последнее сокращение ледников в Северном полушарии закончилось, по-видимому, около 10 тыс. лет назад, после чего постоянный ледовый покров остался главным образом в Северном Ледовитом океане, в Гренландии и на др. арктических островах, а в Южном полушарии — в Антарктиде. Для характеристики Климат нескольких последних тыс. лет имеется обширный материал, полученный с помощью палеографических методов исследования (дендрохронология, палинологический анализ и пр.), на основании изучения археологических данных, фольклорных и литературных памятников, а в более позднее время — и летописных свидетельств. Можно заключить, что за последние 5 тыс. лет Климат Европы и близких к ней районов (а вероятно, и всего земного шара) колебался в сравнительно узких пределах. Сухие и тёплые периоды несколько раз сменялись более влажными и прохладными. Примерно за 500 лет до н. э. осадки заметно увеличились и Климат стал более прохладным. В начале н. э. он был сходен с современным. В 12—13 вв. Климат был более мягким и сухим, чем в начале н. э., но в 15—16 вв. опять произошло значительное похолодание и увеличилась ледовитость морей. За последние 3 столетия накоплен всё возрастающий материал инструментальных метеорологических наблюдений, получивших глобальное распространение. С 17 до середины 19 вв. Климат оставался холодными влажным, ледники наступали. Со 2-й половины 19 в. началось новое потепление, особенно сильное в Арктике, но охватившее почти весь земной шар. Это так называемое современное потепление продолжалось до середины 20 в. На фоне колебаний Климат, охватывающих сотни лет, происходили кратковременные колебания с меньшими амплитудами. Изменения Климат имеют, таким образом, ритмический, колебательный характер. Климатический режим, господствовавший до антропогена, — тёплый, с малыми температурными контрастами и отсутствием полярных оледенений — был устойчивым. Напротив, Климат антропогена и современный Климат с оледенениями, их пульсациями и резкими колебаниями атмосферных условий — неустойчив. По выводам М. И. Будыко, совсем небольшое повышение средних температур земной поверхности и атмосферы может привести к уменьшению полярных оледенений, а проистекающее отсюда изменение отражательной способности (альбедо) Земли — к дальнейшему потеплению их сокращению льдов до полного их исчезновения. Погода — это ежедневное состояние атмосферы и является хаотичной нелинеарной динамической системой. Климат — это усредненное состояние погоды и он, напротив, стабилен и предсказуем. Климат включает в себя такие показатели как средняя температура, количество осадков, количество солнечных дней и другие переменные, которые могут быть измерены в каком-либо определенном месте. На Земле выделяют следующие климатические пояса: 1)Экваториальный пояс: Экваториальный климат,Субэкваториальный пояс ,Тропический муссонный климат,Муссонный климат на тропических плато
2)Тропический пояс: Тропический сухой климат,Тропический влажный климат,
3)Субтропический пояс :Средиземноморский климат,Субтропический континентальный климат,Субтропический муссонный климат,Климат высоких субтропических нагорий,Субтропический климат океанов
4)Умеренный пояс:Умеренный морской климат,Умеренно-континентальный климат,Умеренный континентальный климат
,Умеренный резко континентальный климат,Умеренный муссонный климат
5)Субполярный пояс :Субарктический климат,Субантарктический климат,
6)Полярный пояс: Полярный климат
,Арктический климат,Антарктический климат.
46. Планетарная модель атома Резерфорда и ее особенности
Модель атома, предложенная Резерфордом в 1911 г., напоминала солнечную систему: в центре находится атомное ядро, а вокруг него но своим орбитам движутся электроны. Ядро имеет положительный заряд, а электроны — отрицательный. Вместо сил тяготения, действующего в Солнечной системе, в атоме действуют электрические силы. Электрический заряд ядра атома, численно равный порядковому номеру в периодической системе Менделеева, уравновешивается суммой зарядов электронов — атом электрически нейтрален. Неразрешимое противоречие этой модели заключалось в том, что электроны, чтобы не потерять устойчивость, должны двигаться вокруг ядра. В то же время они, согласно законам электродинамики, обязательно должны излучать электромагнитную энергию. Но в таком случае электроны очень быстро потеряли бы всю свою энергию и упали на ядро. Следующее противоречие связано с тем, что спектр излучения электрона должен быть непрерывным, так как электрон, приближаясь к ядру, менял бы свою частоту. Опыт же показывает, что атомы излучают свет только определенных частот. Именно поэтому атомные спектры называют линейчатыми. Другими словами, планетарная модель атома Резерфорда оказалась несовместимой с электродинамикой Дж. К. Максвелла.
такой атом не может быть устойчивым: двигаясь по круговым (или эллиптическим) орбитам, электрон испытывает ускорение, а поэтому он должен излучать электромагнитные волны, несущие энергию. Потеря энергии приведет электрон к падению на ядро. Таким образом, подобный атом не может быть устойчивым, а потому в реальности не может существовать. Таким образом, классическая физика не могла найти объяснения устойчивости атомов. Суть опыта Резерфорда:Резерфорд изучал явление, которое наблюдалось при бомбардировке пластинки тонкой золотой фольги альфа-частицами, излучаемыми таким радиоактивным элементом, как уран. Оказалось, что с помощью угла отражения альфа-частиц можно изучать структуру устойчивых элементов, из которых состоит пластинка. Согласно принятым тогда представлениям, модель атома была подобна пудингу с изюмом: положительные и отрицательные заряды были равномерно распределены внутри атома и, следовательно, не могли в значительной мере изменять направление движения альфа-частиц. Резерфорд, однако, заметил, что определенные альфа-частицы отклонялись от ожидаемого направления в значительно большей степени, чем это допускалось теорией. Работая с Эрнестом Марсденом, студентом Манчестерского университета, ученый подтвердил, что довольно большое число альфа частиц отклоняется дальше, чем ожидалось, причем некоторые под углом более чем 90 градусов. Тот факт, что многие альфа-частицы проходили сквозь фольгу, не отклоняясь от своего направления движения, говорит о том, что атом не является сплошным образованием. Так как масса альфа-частицы почти в 8000 раз превосходит массу электрона, то электроны, входящие в состав атомов фольги, не могут заметно изменить траекторию альфа-частиц. Рассеяние альфа-частиц может вызывать положительно заряженная частица атома – атомное ядро. Планетарная модель атома не могла объяснить ни устойчивости атомов, ни линейчатый характер спектра газов и паров.
I постулат - постулат стационарных состояний:
В атоме существуют стационарные квантовые состояния, не изменяющиеся с течением времени без внешнего воздействия на атом.
В этих состояниях атом не излучает электромагнитных волн, хотя и движется с ускорением.
Каждому стационарному состоянию атома соответствует определенная энергия атома.
Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны.
II постулат - правило частот: При переходе атома из одного стационарного состояния в другое излучается или поглощается 1 фотон.
47. ЭВОЛЮЦИЯ ФОРМ ЖИЗНИ
Возраст самых ранних следов жизни (остатков бактерий) – около 3,5 млрд лет.
Докембрий. Самая древняя эпоха развития жизни – докембрийская – длилась свыше 3 млрд лет.
Первые обитатели нашей планеты были гетеро-трофами (используют для своего питания готовые органические вещества.) и питались за счет органических веществ, растворенных в первородном океане. Постепенно в первородном океане стали иссякать органические вещества, накопившиеся в нем абиогенным путем. Появление аутотрофных организмов(организмы, способные вырабатывать потребное для них количество органических веществ самостоятельно из веществ минеральных) обеспечило дальнейший непрерывный синтез органических веществ. Но аутотрофный синтез органических веществ сопровождался выделением кислорода в атмосферу. Накопление последнего изменило восстановительный характер атмосферы на окислительный, что привело к массовой гибели анаэробов. Это явление называют первым глобальным экологическим кризисом. Именно в это время и появились первые аэробные организмы, (способные использовать кислород для дыхания) Присутствие свободного кислорода в атмосфере под воздействием грозовых разрядов привело к образованию озона, который и составил известный защитный экран, блокирующий коротковолновое излучение.
Важным этапом нужно считать появление первых многоклеточных существ. К концу докембрия земные моря населяли разнообразные животные: медузы, плоские черви, губки, полипы. Все они были мягкотелыми, лишенными скелета. Возникновение у животных скелета раковин, панцирей и так далее обозначило начало новой геологической эры.
Палеозойская эра, начавшаяся 570 млн лет назад, длилась 340 млн лет. Ученые делят ее на шесть периодов. Самый ранний из них – кембрий (он продолжался 70 млн лет). В этот период у самых разнообразных животных начинает развиваться скелет.
За кембрием следует ордовик (60 млн лет). В море процветают трилобиты. Появляются первые позвоночные.
В следующем периоде – силуре (30 млн лет) – на сушу выходят первые растения (псилофиты). Вслед за ними на сушу начинают переселяться животные – многоножки, черви, пауки и скорпионы.
У позвоночных появляется новый, неизвестный прежде орган – челюсти, произошедшие из жаберных щелей бесчерепных, одновременно у рыб возникают парные плавники, увеличивающие маневренность.
Следующий период – девон (60 млн лет). Сушу заселяют плауны, папоротники, хвощи, мхи. В их зарослях уже живут первые насекомые. Происходит выход на сушу позвоночных. В девоне кистеперые рыбы дали начало первым земноводным – стегоцефалам.
Карбон, каменноугольный период (65 млн лет). Насекомые осваивают воздух. У растений появились семена вместо спор, у яиц рептилий – скорлупа.
Пермь (55 млн лет). Влажные леса из папоротников и плаунов исчезли. Широко разрослись хвойные. Земноводных теснят рептилии.
Мезозойская эра началась 230 млн лет назад и длилась 163 млн лет. Она делится на 3 периода: триас (35 млн лет), юру (58 млн лет) и мел (70 млн лет). Океаны Земли богаты моллюсками. Появляются цветковые. Мезозой, особенно юру, можно самом начале мезозоя появляются млекопитающие.
Кайнозойская эра. (67 млн лет назад). Она продолжается и сейчас. Ученые разделяют ее на 3 периода: палеоген, неоген и антропоген.
48. Особенности свойств микромира.Принцип неопределенности Гейзенберга В конце XIX — начале XX вв. физика вышла на уровень исследования микромира, для описания которого концептуальные построения классической физики оказались непригодными. В результате научных открытий были опровергнуты представления об атомах как о последних неделимых структурных элементах материи. Невидимый нам микромир состоит из мельчайших частиц материи — электронов, протонов, нейтронов,атомов и т.д. Свойства объектов этого мира совершенно не похожи на свойства привычного макромира. Свойства микрочастиц невозможно описать с позиций классической физики, поэтому возникла принципиально новая физика — квантовая механика.
Изучая микрочастицы, ученые столкнулись с парадоксальной, с точки зрения классической науки, ситуацией: одни и те же объекты обнаруживали как волновые, так и корпускулярные свойства. Первый шаг в этом направлении был сделан немецким физиком М. Планком. Как известно, в конце XIX в. в физике возникла трудность, которая получила название "ультрафиолетовой катастрофы". В соответствии с расчетами по формуле классической электродинамики интенсивность теплового излучения абсолютно черного тела должна была неограниченно возрастать, что явно противоречило опыту. В процессе работы по исследованию теплового излучения, которую М. Планк назвал самой тяжелой в своей жизни, он пришел к ошеломляющему выводу о том, что в процессах излучения энергия может быть отдана или поглощена не непрерывно и не в любых количествах, а лишь в известных неделимых порциях — квантах. Сумма энергий этих мельчайших порций энергии — квантов определяется через число колебаний соответствующего вида излучения и универсальную естественную константу, которую М. Планк ввел в науку под символом h: E = hy, ставшим впоследствии знаменитым (где h — квант энергии, у — частота). Если введение кванта еще не создало настоящей квантовой теории, как неоднократно подчеркивал М. Планк, то все же 14 декабря 1900 г., в день опубликования формулы, был заложен ее фундамент. Поэтому в истории физики этот день считается днем рождения квантовой теории. А поскольку понятие элементарного кванта действия служило в дальнейшем основой для понимания всех свойств атомной оболочки и атомного ядра, то 14 декабря 1900 г. следует рассматривать и как день рождения всей атомной физики и начало новой эры естествознания. Изучение свойств света показал, что он обладает сложной природой, сочетающей в себе волновые и корпускулярные свойства. Такие явления как дифракция и интерференция объясняются волновыми свойствами, а фотоэффект — корпускулярными. В результате возник так называемый корпускулярно-волновой дуализм.
Принцип неопределённости в квантовой механике.
Этот принцип впервые сформулировал выдающийся немецкий физик Вернер Гейзенберг (1901—1976) в виде соотношения неточностей при определении сопряженных величин в квантовой механике, который теперь обычно называют принципом неопределенности. Суть его заключается в следующем: если мы стремимся определить значение одной из сопряженных величин в квантово-механическом описании, например, координаты х, то значение другой величины, а именно скорости или скорее импульса р = mv, нельзя определить с такой же точностью. Иначе говоря, чем точнее определяется одна из сопряженных величин, тем менее точной оказывается другая величина. Это соотношение неточностей, или принцип неопределенности, выражается следующей формулой:
где х — обозначает координату, р — импульс, h — постоянную Планка, а Δ — приращение величины.
Таким образом, принцип неопределенности постулирует:
Невозможно с одинаковой точностью определить и положение, и импульс микрочастицы. Произведение их неточностей не должно превышать постоянную Планка.
49. Происхождение и эволюция человека. Отличительная черта человека – создание и применение орудий труда. С их помощью он изменяет среду обитания, сам производит необходимое; животные же используют лишь данное природой. Применение орудий труда резко уменьшило зависимость человека от природы, ослабило действие естественного отбора, В процессе труда (совместная охота, изготовление орудий) люди объединялись, что порождало необходимость общения и вело к возникновению речи как способа этого общения. Под влиянием труда и речи «мозг обезьяны постепенно превратился в человеческий мозг, который при всем сходстве с обезьяньим далеко превосходит его по величине и совершенству». Предполагается, что общие предки человекообразных обезьян и человека – стадные узконосые обезьяны, жившие на деревьях в тропических лесах. Переход их к наземному образу жизни, вызванный похолоданием климата и вытеснением лесов степями, привел к прямо хождению. Выпрямленное положение тела и перенос центра тяжести вызвали перестройку дугообразного позвоночного столба, свойственного всем четвероногим животным, на S-образный, что придало ему гибкость. Образовалась пружинящая стопа, расширился таз, грудная клетка стала шире и короче, челюстной аппарат легче и главное – передние конечности освободились от необходимости поддерживать тело, их движения стали более свободными и разнообразными, функции усложнились. Предшественники человека. В начале кайнозоя, более 40 млн. лет назад, появились первые приматы. От них обособились несколько ветвей эволюции, приведших к современным человекообразным обезьянам, другим приматам и человеку. Современные человекообразные обезьяны – не предки человека, но происходят от общих с ним, уже вымерших предков – наземных человекообразных обезьян – дриопитеков. Они появились 17 – 18 млн. лет назад, в конце неогена, и вымерли около 8 млн. лет назад. Обитали в тропических лесах. Некоторые их популяции и положили, видимо, начало эволюции человека, его предшественникам – австралопитекам. Австралопитеки– вымершая группа приматов. Эти двуногие существа размером с шимпанзе имели много черт, сближающих их с человеком (форма зубов, строение черепной коробки, форма таза). Однако размером мозга (650 см ) они не превосходили современных человекообразных обезьян. Раскопки показали, что австралопитеки жили свыше 5 млн. лет назад, а следовательно, для эволюции предков человека путем отбора было достаточно времени. Более поздние из австралопитеков явились, видимо, непосредственными предками людей. Они получили название «человек умелый». По своему внешнему виду и строению человек умелый не отличался от человекообразных обезьян, но уже умел изготовлять примитивные режущие и рубящие орудия из гальки. Этапы становления человека. В эволюции человека (Homo) различают три этапа: 1. Древнейшие люди, к которым относятся питекантроп, синантроп и гейдельбергский человек (вид человек прямоходящий – Homo erectus). 2. Древние люди – неандертальцы (первые представители вида человек разумный – Homo sapiens). 3. Современные (новые) люди, включающие ископаемых кроманьонцев и современных людей Первые представители рода Homo появились около 2 млн. лет, а современный человек – не позднее 50 тыс. лет назад. Древнейшие люди жили 2 млн. – 500 тыс. лет назад. Питекантроп «обезьяночеловек».Питекантропы ходили на двух ногах, объем мозга у них увеличился, они пользовались примитивными орудиями труда в виде дубин и слегка обтесанных камней. Низкий лоб, мощные надбровные дуги, полусогнутое тело с обильным волосяным покровом – все это указывало на их недавнее (обезьянье) прошлое. Синантроп во многом сходен с питекантропом, это географический вариант человека прямоходящего. Синантропы уже умели поддерживать огонь. Древние люди. К ним относятся неандертальцы. Неандертальцы жили в ледниковую эпоху 200 – 35 тыс. лет назад в пещерах, где постоянно поддерживали огонь, одевались в шкуры. Орудия труда неандертальцев много совершеннее и имеют некоторую специализацию: ножи, скребла, ударные орудия. Челюсти свидетельствовала о членораздельной речи. Современные люди. Возникновение людей современного физического типа произошло относительно недавно, около 50 тыс. лет назад. Кроманьонцы обладали всем комплексом физических особенностей: членораздельная речь, на что указывал развитый подбородочный выступ; строительство жилищ, первые зачатки искусства (наскальные рисунки), одежда украшения, совершенные костяные и каменные орудия труда, первые прирученные животные – все свидетельствует о том, что это настоящий человек, окончательно обособившийся от своих звероподобных предков. Неандертальцы, кроманьонцы и современные люди образуют один вид – Homo sapiens – человек разумный; этот вид сформировался не позднее 100 – 40 тыс. лет тому назад.
50.
51. Теории эволюции живых организмов.Ч. Дарвин.
Под эволюцией понимают необратимое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, прогрессивным усложнением строения форм живого. Сам термин « эволюция » (от лат. evolutio – развертывание) впервые был использован в одной из эмбриологических работах швейцарским натуралистом Шарлем Боннэ в 1762 г.
К. Линней (шведский врач)под видом он понимал совокупность сходных по строению особей, дающих плодовитое потомство. Линней считал, что вид состоит из многих сходных индивидов, которые произошли от одной первоначальной, созданной Богом, пары.
Считал, что вид неизменяемый
«Класс» высший
Рассматривал только один признак
Описал более 100 тыс. видов растений в своём труде «Философия ботаники»( 1780)
Ввёл понятие «вид»
Вид = имя сущ. + имя прилаг.
Вид род семейство класс
Предложил систематику
теория Жана Батиста Ламарка
Ламарк ввёл в обращение и ещё один термин, ставший общепринятым — «биология» (в 1802 году).
Основные принципы эволюционной теории Ч. Дарвина Все живые организмы имеют индивидуальную наследственную изменчивость
Все живые организмы размножаются в геометрической прогрессии
Жизненные ресурсы для любого вида живых организмов ограничены.В условиях борьбы за существование выживают и дают потомство наиболее приспособленные особи. Поэтому возникает борьба за существование
Выживание и преимущественное размножение приспособленных особей Дарвин назвал естественным отбором.
В условиях борьбы за существование выживают и дают потомство наиболее приспособленные особи.
Потомки наследуют благоприятные свойства для данной среды
Дарвин выделил три основные формы борьбы за существование:
Внутривидовую – наиболее напряжённую, потому что особи одного вида живут в одинаковых условиях и имеют одинаковые потребности при ограниченности пищевых ресурсов;
Межвидовую – борьбу с особями других видов, в том числе с хищниками, паразитами;
Борьбу с неживой природой – засухой, наводнениями, сильными морозами.
Согласно учению Дарвина, движущими силами эволюции служат изменчивость, наследственность и естественный отбор, составляющие так называемую Дарвиновскую триаду.
52. Мегамир.»Горячее» рождение Вселенной.Модели развития Вселенной, неоднозначность сценария. Между мегамиром и макромиром нет строгой границы. Обычно полагают, что он начинается с расстояний около 107 и масс 1020 кг. Опорной точкой начала мегамира может служить Земля (диаметр 1,28×10+7 м, масса 6×1021 кг. Поскольку мегамир имеет дело с большими расстояниями, то для их измерения вводят специальные единицы: астрономическая единица, световой год и парсек. Астрономическая единица (а.е.) – среднее расстояние от Земли до Солнца, равное 1,5×1011м. Световой год – расстояние, которое проходит свет в течение одного года, а именно 9,46×1015м. Парсек (параллакс-секунда) – расстояние, на котором годичный параллакс земной орбиты (т.е. угол, под которым видна большая полуось земной орбиты, расположенная перпендикулярно лучу зрения) равен одной секунде. Это расстояние равно 206265 а.е. = 3,08×1016 м = 3,26 св. г. Небесные тела во Вселенной образуют системы различной сложности. Так Солнце и движущиеся вокруг него 9 планет образуют Солнечную систему. Все планеты – остывшие тела, светящиеся отраженным от Солнца светом. В ясную ночь мы видим множество звезд, которые составляют лишь ничтожную часть звезд, входящих в нашу Галактику. Основная часть звезд нашей галактики сосредоточена в диске, видимом с Земли «сбоку» в виде туманной полосы, пересекающей небесную сферу – Млечного Пути. Часто говорят, что наша Галактика называется Млечный Путь (собственно, слово галактика происходит от греческого слова «галактос» – молочный, млечный). Все небесные тела имеют свою историю развития. Возраст Вселенной равен 15…20 млрд. лет (иногда указывают среднее число – 18 млрд. лет). Возраст Солнечной системы оценивается в 5 млрд. лет, Земли – 4,5 млрд. лет. Основоположник теории «горячей» Вселенной — американский физик Георгий Антонович Гамов. В 1946 г. он заложил основы этой теории и в дальнейшем занимался ее изучением. Гамов на протяжении почти десяти лет консультировался с различными учеными и занимался разработкой формулы и схемы. В результате кропотливого труда появилась А — Б — Г- теория по именам ее создателей: Алфер, Бете, Гамов. Теория «горячей» Вселенной дала необходимые соотношения таких веществ, как водород и гелий в современной Вселенной. Тяжелые элементы рождались, возможно, при взрывах сверхновых звезд. Также Гамов в своей заметке, опубликованной в 1953 г., предсказал фоновое излучение. Вопросом происхождения нашей Солнечной системы занимается космогония. Одну из главных теорий происхождения Солнечной системы выдвинул Кант. Он утверждал, что Солнечная система образовалась из хаоса. Также он говорил, что все мировое пространство заполнено некоей инертной материей, которая является неупорядоченной, но «стремится преобразоваться в более организованную путем естественного развития». В результате проведенных исследований и многочисленных наблюдений Кант представил свою структуру Вселенной: Вселенная — это не что иное, как иерархия самогравитирующих систем. Все системы, считал он, должны иметь сходную структуру. Теория Лапласа. Лаплас на основе идей Канта создал свою теорию, которая получила наименование небулярной гипотезы Канта- Лапласа. Небулярная гипотеза Канта не была известна по одной банальной причине: издатель, который напечатал данный труд Канта, обанкротился, а его книжный склад в Кенигсберге был опечатан. Небулярная теория Канта- Лапласа долгое время оставалась первой ротационной гипотезой о возникновении солнечной системы. Данная теория имела и свои недостатки: 1) она не объясняла больших размеров орбит внешних планет- гигантов и медленности вращения Солнца; 2) она не отвечала на вопрос, почему «момент количества планет почти в двадцать девять раз больше момента количества Солнца, если солнечная система изолирована». Существовали также катастрофические гипотезы происхождения Солнечной системы. Например, Джинс предположил, что когда- то мимо нашего Солнца прошла неподалеку какая- то другая звезда, и вследствие этого на Солнце появились «приливные выступы», которые трансформировались в газообразные струи, из которых позже и возникли планеты. Академик Василий Григорьевич Фесенков считал, что планеты образовались в результате процессов, которые происходили «внутри» Солнца. В результате ядерных реакций происходили выбросы масс из Солнца, из которых позже и сформировались планеты.
53. Человек: поведение и высшая нервная деятельность. Высшая нервная деятельность — это процессы, происходящие в высших отделах центральной нервной системы животных и человека. К этим процессам относят совокупность условных и безусловных рефлексов, а также «высших» психических функций, которые обеспечивают адекватное поведение животных и человека в изменяющихся окружающих природных и социальных условиях. Термин "высшая нервная деятельность" ввел в науку И П. Павлов. Проявлением высшей нервной деятельности у человека являются многочисленные осознаваемые и неосознанные условные рефлексы, возникающие и исчезающие в течение жизни, а также ощущения, восприятия, воображение, память, мышление, чувства, воля и другие психические процессы и состояния. У человека они тесно связаны с речью. Индивидуальные особенности высшей нервной деятельности сказываются на темпераменте, характере, способностях человека. И. П. Павлов сформулировал три основных принципа работы головного мозга позвоночных. -Принцип структурности. Психическая функция любой степени сложности осуществляется отделами головного мозга. -Принцип детерминизма. Любой психический процесс — ощущение, воображение, память, мышление, сознание, воля, чувства и другие — есть отражение материальных событий, происходящих в окружающем мире и в организме. Именно эти материальные явления в итоге определяют поведение. -Принцип анализа и синтеза. Сложные предметы и явления действительности воспринимаются обычно не целиком, а по отдельным признакам. Раздражители, воздействуя на рецепторы соответствующих органов чувств, вызывают потоки нервных импульсов. Они поступают в мозг и там синтезируются, в результате чего возникает целостный субъективный образ. Эти образы составляют своеобразную модель окружающей обстановки и дают возможность ориентироваться в ней. Исследования высшей нервной деятельности показали, что работа мозга проявляется в процессах возбуждения и торможения. Раздражитель, вызвавший процесс возбуждения, вызывает деятельность органов; раздражитель, вызвавший процесс торможения, прекращает ее. Исследования ученых показали, что процессы возбуждения и торможения взаимосвязаны. Возбуждение связано с передачей нервных импульсов по нейронным цепям, торможение — с прерыванием потока нервных импульсов в одном из звеньев такой цепи. И. П. Павлов создал учение о первой и второй сигнальных системах. Первая сигнальная система существует и у человека, и у животных. Любые внешние раздражители, в том числе и условные, которые являются сигналами безусловных раздражителей, образуют первую сигнальную систему. Центры этой системы находятся в коре головного мозга и через рецепторы воспринимают непосредственные, конкретные раздражители (сигналы) внешнего мира, - предметы или явления. У человека они создают материальную основу для ощущений, представлений, восприятий, впечатлений об окружающей природе и общественной среде, и это соcтавляет базу конкретного мышления. Когда человек начинает понимать смысл слов, когда они начинают означать определенные понятия, обобщения, тогда слова создают вторую сигнальную систему. Вторая сигнальная система существует только у человека. Она возникла в результате совместной трудовой деятельности людей и связана с функцией речи: со словом слышимым (речь) и видимым (письмо). Посредством слова передаются сигналы о конкретных раздражителях, и в этом случае слово служит принципиально новым раздражителем - сигналом сигналов. Речь является средством общения между людьми. Человек мыслит словами, поэтому мышление неразрывно связано со второй сигнальной системой и является результатом функции всей коры головного мозга. В зависимости от преобладания первой или второй сигнальной систем людей разделяют на типы: художественный - доминирует первая сигнальная система, образное мышление мыслительный - преобладание второй сигнальной системы, словесное мышление, выраженная способность к абстрагированию средний тип - характерна взаимная уравновешенность двух сигнальных систем и к которому относится большинство людей Эти различия человеческих типов высшей нервной деятельности связаны с явлением функциональной асимметрии головного мозга, которое проявляется в том, что правое и левое полушария мозга выполняют различные функции. Левое полушарие в большей степени отвечает за логическое, абстрактное мышление, словесное восприятие, а правое - за образное восприятие и мышление, эмоциональность психических процессов
54. .Закон Хаббла, «красное» смещение и нестационарность Вселенной Фундаментальным свойством Вселенной является ее общее расширение. Наблюдения показывают, что скопления (и сверхскопления) галактик, разделенные расстояниями, превышающими 100—300 Мпс, удаляются друг от друга. Этот факт установлен Э. Хабблом в конце 20-х годов. Давно известно, что когда источник звука удаляется от нас, воспринимаемая нами частота звуковых колебаний уменьшается, а при приближении источника она, наоборот, возрастает. Аналогичное явление имеет место и при распространении света. Оно получило название эффекта Доплера. Если источник излучения движется от нас, и притом с большой скоростью, то частота воспринимаемых колебаний также понижается. Цвет при этом меняется, переходя, скажем, от синего к желтому или от желтого к красному. Э. Хаббл, наблюдая свет, испускаемый далекими галактиками, установил, что спектральные линии в их излучении смещены в красную сторону спектра. При этом, чем дальше от нас галактика, тем больше это «красное смещение» приходящего от нее излучения. Отсюда следует, что галактики удаляются от нас и скорость их удаления тем больше, чем дальше находится галактика. Но ведь наша собственная Галактика, из которой мы ведем наблюдения,— отнюдь не центр мира, и, очевидно, нужно считать, что галактики или, точнее, скопления галактик, разбегаются не от нас, а вообще все они удаляются друг от друга. Если расстояние между скоплениями есть L, то скорость их взаимного удаления v=HL. Это соотношение называют законом Хаббла; Н — постоянная Хаббла, ее величина не зависит от положения скоплений в пространстве. По современным оценкам H = 55—75 км/(с•Мпс). За несколько лет до открытия Хаббла нестационарность Вселенной была предсказана А. А. Фридманом, основоположником современной космологии. Опираясь на общую теорию относительности А. Эйнштейна, Фридман разработал модель однородной Вселенной, которая, как оказалось, не может находиться в состоянии покоя, а должна быть нестационарной. Эта нестационарность и проявляется в разбегании галактик и их скоплений. Оно происходит так, что общая однородность распределения скоплений (или сверхскоплений) не нарушается. Как показывает теория, сохранение однородности требует, чтобы скорости удаления тел друг от друга были прямо пропорциональны расстояниям между ними; именно это и найдено в астрономических наблюдениях. Скорости космологического разбегания весьма значительны. Если скопление галактик находится от нас на расстоянии, скажем, тысячи мегапарсеков, то,— по закону Хаббла,— оно удаляется от нас со скоростью не меньше 55 тысяч км/с. Самые далекие квазары имеют скорости удаления, лишь немногим уступающие скорости света, равной 300 000 км/с. Расширение происходит с большими скоростями, а всемирное тяготение, взаимное притяжение космических систем, стремится его затормозить и обратить расширение сжатием. Тяготение, очевидно, тем сильнее, чем больше массы систем и меньше расстояния между ними, и потому можно ожидать, что судьба расширения зависит от плотности вещества во Вселенной. Чтобы тяготение преодолело расширение, плотность должна быть достаточно большой, а именно превышать некоторое критическое значение. Критическую плотность можно найти, оценивая запас энергии разлета по наблюдаемым скоростям космических систем. Современные данные приводят к величине от 10-29 до 5•10-30 г/см3, что соответствует примерно десяти или пяти атомам водорода в кубическом метре. Это больше усредненной плотности галактик, но не превосходит, по-видимому, ту плотность, которую могли бы дать «скрытые массы». Вопрос о судьбе космологического расширения остается, таким образом, открытым: если «скрытые массы» действительно существуют и создаваемая ими плотность соответствует максимальной оценке, то начального «разгона» недостаточно, чтобы расширение Вселенной продолжалось неограниченно. В этом случае тяготение способно остановить в будущем расширение и через 10—15 миллиардов лет привести к сжатию Вселенной. Обратимся теперь не к будущему, а к прошлому Вселенной, к ее истории. Если сейчас космические системы удаляются друг от друга, то когда-то в прошлом они были ближе друг к другу или даже «касались» друг друга. В еще более ранние времени ни скопления, ни галактики, ни даже отдельные звезды не могли, очевидно, существовать в их современном виде, а вещество, из которого они состоят, должно было быть равномерно перемешано и составляло единую космическую среду.
55. Мутация и генная инженерия. Проблемы.
Ге́нная инжене́рия — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.
Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Как естественный отбор, так и искусственная селекция базируются на случайной генетической ошибке, - мутации, и рекомбинации, за которыми следует неслучайное выживание. Разница лишь в том, что при искусственной селекции мы сами определяем возможности для скрещивания и выживания, а при естественном отборе это делает природа. Генная инженерия дополнительно осуществляет контроль над самими мутациями. Мы можем делать это или напрямую, переделывая гены, или импортируя их от других видов, зачастую весьма отдаленных. Это и означает слово «трансгенные».
Но есть и потенциальная проблема. Естественный отбор благоприятствует генам, у которых есть достаточно время для того, что бы «приспособиться» к другим генам, - совокупность всех генов при этом остается сбалансированной и взаимно совместимой. Одна из проблем искусственного отбора заключается в том, что этот баланс может быть нарушен. Собаки породы пекинес, выращенные для удовлетворения сомнительных людских прихотей, имеют большие трудности с дыханием. У бульдогов очень тяжело происходит сам процесс появления на свет. Трансгенное импортирование генов может являться причиной еще более тяжелых проблем этого типа, так как внедряемый ген переносится из среды с совершенно другим генетическим окружением. Это опасность, о которой мы должны задуматься. Генная инженерия это мощный способ изменить жизнь, но ее потенциал может представлять опасность, причем в первую очередь надо учитывать сложные и трудно предсказуемые эффекты, связанные с возможным воздействием на окружающую среду.
В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков. Задача изменения генома взрослого человека несколько сложнее, чем выведение новых генноинженерных пород животных, поскольку в данном случае требуется изменить геном многочисленных клеток уже сформировавшегося организма, а не одной лишь яйцеклетки-зародыша. Для этого предлагается использовать вирусные частицы в качестве вектора. Вирусные частицы способны проникать в значительный процент клеток взрослого человека, встраивая в них свою наследственную информацию; возможно контролируемое размножение вирусных частиц в организме. При этом для уменьшения побочных эффектов учёные стараются избегать внедрения генноинженерных ДНК в клетки половых органов, тем самым избегая воздействия на будущих потомков пациента. Также стоит отметить значительную критику этой технологии в СМИ: разработка генноинженерных вирусов воспринимается многими как угроза для всего человечества.
56. Образование звезд в галактиках. Классификация звезд и их еволюция.Источники энергии звезд.
Звезда́ — небесное тело, в котором идут, шли или будут идти термоядерные реакции. Но чаще всего звездой называют небесное тело, в котором идут в данный момент термоядерные реакции[1]. Солнце — типичная звезда спектрального класса G. Звёзды представляют собой массивные светящиеся газовые (плазменные) шары. Образуются из газово-пылевой среды (главным образом из водорода и гелия) в результате гравитационного сжатия. Температура вещества в недрах звёзд измеряется миллионами кельвинов, а на их поверхности — тысячами кельвинов. Энергия подавляющего большинства звёзд выделяется в результате термоядерных реакций превращения водорода в гелий, происходящих при высоких температурах во внутренних областях. Звёзды часто называют главными телами Вселенной, поскольку в них заключена основная масса светящегося вещества в природе. Примечательно и то, что звёзды имеют отрицательную теплоёмкость.
Ближайшей к Солнцу звездой является Проксима Центавра. Она расположена в 4,2 светового года от центра Солнечной системы (4,2 св. лет = 39 Пм = 39 триллионов км = 3,9·1013 км)
Коричневые карлики это тип звезд, в которых ядерные реакции никогда не могли компенсировать потери энергии на излучение. Долгое время коричневые карлики были гипотетическими объектами. Их существование предсказали в середине XX в., основываясь на представлениях о процессах, происходящих во время формирования звезд.
Белые карликиЗвезды, как и многое в нашей Вселенной, не вечны, продолжительность их жизни составляет десятки миллионов лет, тем не менее это несравнимо с годами существования Вселенной.
В конце своей жизни звезда становится белым карликом. «Смерть» небесного тела наступает после того, как оно исчерпало весь запас своих источников термоядерной энергии. Причем белыми карликами становятся не все звезды, а лишь звезды средней и малой массы.
Белые карлики не светятся сами по себе, так как у них внутри нет никаких ядерных процессов. Но все-таки «трупы» звезд светятся. Почему? Свечение белых карликов объясняется очень просто: свечение происходит за счет медленного остывания. Ученый, индийский физик Раман Чандрасекара высчитал массу белого карлика, которую он не может превышать. Согласно Чандрасекаре, масса данного небесного тела равна примерно 1,4 массы Солнца.
Нейтронные звезды– это, можно сказать, тоже «труп» звезды, но звезды гораздо больших размеров, которая обладает массой, превышающей десять масс нашего Солнца. Радиус нейтронной звезды примерно в полтора-два раза больше массы Солнца, а ее радиус равен примерно 10 – 20 км. В очень редких случаях масса нейтронной звезды может превышать массу Солнца, но не более чем в три раза (это так называемый «предел Оппенгеймера – Волкова». Что произойдетс такой «небольшой» звездочкой, мы узнаем ниже.
В 1930-х гг. Вальтер Бааде и Фриц Цвики выдвинули теорию, согласно которой в результате взрыва сверхновой звезды (сверхновыми звездами называют звезды, которые «неожиданно вспыхивают и угасают подобно новым звездам. Однако в максимуме светимости они бывают в тысячи раз ярче, чем новые звезды») образуется сверхплотная нейтронная звезда. Данная теория была подтверждена почти тридцать лет спустя, когда в Крабовидной туманности был открыт пульсар, т. е. нейтронная звезда, которая вращается с невероятно большой скоростью.
Черные дырыПонятие «черная дыра» было введено в 1968 г. американским физиком Джоном Уиллером. Этим понятием он обозначил нейтронные звезды, которые в результате действия силы гравитации сжались до такой степени, что свет уже просто не может преодолеть их притяжение. Выше говорилось о том, что масса нейтронной звезды примерно в полтора-два раза больше массы Солнца, но иногда ее масса может быть больше массы Солнца в три и более раза. Так вот, черными дырами и становятся такие вот «исключительные» нейтронные звезды.
Гравитационный радиус – это радиус, до которого нейтронная звезда должна сжаться, чтобы стать черной дырой. Если звезда была очень большой, то этот радиус равняется всего нескольким десяткам километров.
Основной источник энергии – протон-протонный цикл – очень медленная реакция (характерное время 7,9∙109 лет), так как обусловлена слабым взаимодействием. Ее суть состоит в том, что из четырех протонов получается ядро гелия. При этом выделяются пара позитронов и пара нейтрино, а также 26,7 МэВ энергии.
57.Человек: эмоции, творчество, работоспособность. Эмоции представляют собой реакции человека на воздействие внешних и внутренних раздражителей, имеющие ярко выраженную субъективную окраску и охватывающие все виды чувствительности. Различают положительные эмоции – радость, наслаждение, удовольствие – и отрицательные – грусть, печаль, неудовольствие. Разные виды эмоций сопровождаются различными физиологическими изменениями в организме, соответствующими психическими проявлениями. Например, при печали, смущении, испуге понижается тонус скелетной мускулатуры. Печаль характеризуется спазмом сосудов, испуг – расслаблением гладкой мускулатуры. Гнев, радость, нетерпение сопровождаются повышением тонуса скелетной мускулатуры, при радости, кроме того, Расширяются сосуды, при гневе расстраивается координация Движений, увеличивается содержание сахара в крови и пр. Творчество – процесс создания чего-либо нового, часто предполагает, что человек может испытывать недостаточность информации, знаний, умений для достижения цели и решения той или иной проблемы, и именно поэтому ему необходимо создать новые знания, умения, новые объекты и произведения. Эмоции, вдохновение воображение помогают это сделать. Творчество проявляется в поиске принципиально нового решения научной или технической проблемы, причем структура мыслительного процесса решения проблем сложна, но неизменно успеху, «озарению», нахождению нового решения способствует эмоциональная увлеченность проблемой, вера в успех, эмоциональная положительная стимуляция. Работоспособность – это способность к выполнению работы. С физиологической точки зрения работоспособность определяет возможности организма при выполнении работы, к поддержанию структуры и энергозапасов на заданном уровне. В соответствии с двумя основными типами работ – физической и умственной – различают физическую и умственную работоспособность. Говоря о работоспособности, выделяют общую (потенциальную, максимально возможную работоспособность при мобилизации всех резервов организма) и фактическую работоспособность, уровень которой всегда ниже. Фактическая работоспособность зависит от текущего уровня здоровья, самочувствия человека, а также от типологических свойств нервной системы, индивидуальных особенностей функционирования психических процессов (памяти, мышления, внимания, восприятия), оценки человеком значимости и целесообразности мобилизации определенных ресурсов организма для выполнения определенной деятельности на заданном уровне надежности и в течение заданного времени при условии нормального восстановления расходуемых ресурсов организма. В процессе выполнения работы человек проходит через различные фазы работоспособности. Фаза мобилизации характеризуется предстартовым состоянием. При фазе врабатываемости могут быть сбои, ошибки в работе, организм реагирует на данную величину нагрузки с большей силой, чем это необходимо; постепенно происходит приспособление организма к наиболее экономному, оптимальному режиму выполнения конкретной работы. Фаза оптимальной работоспособности (или фаза компенсации) характеризуется оптимальным, экономным режимом работы организма и хорошими, стабильными результатами работы, максимальной производительностью и эффективностью труда. Во время этой фазы несчастные случаи крайне редки и происходят в основном в силу объективных экстремальных факторов или неполадок оборудования. Затем, во время фазы неустойчивости (компенсации или субкомпенсации), происходит своеобразная перестройка организма: необходимый уровень работы поддерживается за счет ослабления менее важных функций. Эффективность труда поддерживается благодаря дополнительным физиологическим процессам, менее выгодным энергетически и функционально. Перед окончанием работы при наличии достаточно сильного мотива к деятельности может наблюдаться также фаза «конечного порыва». При выходе за пределы фактической работоспособности во время работы в сложных и экстремальных условиях после фазы неустойчивой компенсации наступает фаза декомпенсации, сопровождаемая прогрессирующим снижением производительности труда, появление ошибок, выраженными вегетативными нарушениями, учащением дыхания, пульса, нарушением точности координации.
58. Происхождение и строение Солнечной системы. Солнце. Строение Солнечной системы - это планетная система, состоящая из Солнца, планет и их спутников, комет, астероидов, большого количества пыли, газа и мелких частиц. Точное и полное строение Солнечной системы современная наука пока не изучила, но и по имеющимся данным можно узнать очень многое о нашей планете и о том, что её окружает. Если посмотреть на Солнечную систему как бы издалека, то можно увидеть, как около центральной звезды желтого цвета спектрального класса G2 обращаются планеты - 8 штук. Солнце - это звезда, огромный газовый шар, в центре которого идут ядерные реакции. Основная доля массы Солнечной системы сосредоточена в Солнце - 99,8%. Оставшиеся 0,134 % вещества представлены восемью большими планетами (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) и несколькими десятками спутников планет (в настоящее время их открыто более 60), малыми планетами – астероидами ( ~100 тысяч), кометами ( ~1011 объектов), огромным количеством мелких фрагментов – метеороидов, а также космической пылью. Именно поэтому Солнце удерживает гравитацией все объекты Солнечной системы, размеры которой не менее 60 миллиардов км. Происхождение и строение Солнечной системы веками привлекало внимание учёных планеты. Солнечная система является частью Млечного Пути. Млечный путь – это спиральная галактика, диаметр которой 30 000 парсек (100 тысяч световых лет). Млечный Путь состоит из 200 миллиардов звезд. Земля находится на расстоянии около 8 тысяч парсек (27 тысяч световых лет) от галактического центра. То есть Земля лежит посреди пути от центра Галактики к её краю на окраине рукава Ориона — одного из спиральных рукавов Млечного Пути. Солнце вращается вокруг центра Галактики и совершает полный оборот за 226 млн. лет. Скорость вращения Солнца при этом 220 км/с. 226 млн. лет называются в астрономии галактическим годом. Относительно галактической поверхности Солнце совершает вертикальные колебания, оно пересекает галактическую плоскость каждые 30 – 35 млн. лет и оказывается то в северном, то в южном полушарии. Межзвездная среда вокруг Солнечной системы неоднородна. Солнце движется со скоростью около 25 км/с сквозь Местное межзвездное облако и в течение следующих 10 000 лет может его покинуть. Юпитер - самая большая из этих четырёх планет. Далее идут Сатурн, Уран и Нептун. Строение Солнечной системы - наибольшее число объектов Солнечной системы вращаются вокруг своей оси в одном направлении, которое называется прямым. Однако Венера вращается в обратном направлении, а Уран вращается «лежа на боку». Почти все спутники обращаются вокруг планеты в том же направлении, что и планеты вокруг Солнца. Солнце — рядовая звезда нашей Галактики, горячий шар из плазмы. Его когда-то считали твердым шаром и даже пригодным для жизни. Радиус Солнца 6966000 км, масса 1,99 • 1030 кг, средняя плотность 1,41 кг/м3. Его возраст оценивается в 4,6 млрд лет, как и у всех тел Солнечной системы. Для Земли Солнце — ближайшая звезда, источник жизни. Среднее расстояние от Земли до Солнца 149,6 млн км или 1 а. е. Земля вращается, как и другие планеты, по эллиптической орбите, ее расстояние зимой меньше на 2,5 млн км, а в июле — на столько же больше. Мощность, излучаемая Солнцем, составляет 3,86 • 1040 Дж/с, или 3,86 • 1020 МВт, из которой до Земли доходит только одна двухмиллиардная часть. Эффективная температура поверхности Солнца равна 5806 К, оно относится к спектральному классу желтых карликов.
59. Химические элементы и соединения как классические модели вещества. Периодическая система химических элементов. Химический элемент – это определенный вид атомов, характеризующийся одинаковым зарядом ядра. Химические элементы классифицируются на металлы (золото, платина, серебро, железо, медь, алюминий, кальций, ртуть и др.) и неметаллы (сера, фосфор, углерод, азот, хлор, кислород и т. д.). Химические элементы объединяются в более сложные системы, называемые химическими соединениями. Простейшие вещества являются основой всей живой и неживой материи, а следовательно, и всей Вселенной. Большинство веществ, находящихся в естественных условиях, состоят в соединениях друг с другом, т. е. являются веществами сложными. Незначительное число элементов в природе находится в свободном состоянии (кислород, серебро, сера и некоторые другие). Ряд химических элементов может существовать в разных модификациях. Так, например, элемент кислород образует два видоизменения: кислород и озон; углерод — три: алмаз, графит и корбин и т. д. Явление видоизменения одного и того же элемента, связанного со сложным внутренним строением химических элементов, называется аллотропией, а образующиеся простейшие вещества — аллотропными видоизменениями или модификациями. К моменту открытия Д. И. Менделеевым его знаменитой Периодической системы элементов, ученые владели знаниями о 63 элементах. Сравнительный анализ показывал, что многие элементы обладают похожими физическими и химическими свойствами и их можно объединять в группы, создавая тем самым классификацию химических элементов. Необходимость в подобной классификации как в удобном и эффективном методе познания свойств вещества, а главное, предсказания свойств известных к тому времени и еще не открытых элементов, стала настоятельной к середине XIX в. Открытие в 1869 г. великим русским ученым Дмитрием Ивановичем Менделеевым Периодического закона и разработка Периодической системы химических элементов, в которой сумма знаний об элементах была приведена в стройный порядок, полностью решили эту задачу. Менделеев считал, что основой классификации химических элементов являются их атомные веса. Периодический закон в его интерпретации был сформулирован следующим образом: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов». Менделеев не только классифицировал в своей системе известные к тому времени элементы, но и предсказал открытие новых элементов, для которых он зарезервировал определенные места в своей Периодической таблице, причем не только предсказал открытие, но и описал физические и химические свойства этих элементов.
60. Земля и планеты земной группы. Планета Земля - третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы. Кроме того, Земля имеет самую сильную поверхностную гравитацию и сильнейшее магнитное поле среди этих четырёх планет. Земля относится к планетам земной группы, а значит она, в отличие от газовых гигантов, таких как Юпитер, имеет твёрдую поверхность. Форма Земли близка к сплюснутому эллипсоиду - шарообразная форма с утолщениями на экваторе - и отличается от него на величину до 100 метров. Средний диаметр планеты равен примерно 40 000 км. Вращение земли создаёт экваториальную выпуклость, поэтому экваториальный диаметр на 43 км больше, чем диаметр между полюсами планеты. Высшей точкой поверхности Земли является гора Эверест (8 848 м над уровнем моря), а глубочайшей — Марианская впадина (10 911 м под уровнем моря). Планета Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра. Внешняя часть ядра жидкая (значительно менее вязкая, чем мантия), а внутренняя — твёрдая. Внутренняя теплота планеты, скорее всего, обеспечивается радиоактивным распадом изотопов калия-40, урана-238 и тория-232. У всех трёх элементов период полураспада составляет более миллиарда лет. В центре планеты, температура, возможно, поднимается до 7 000 К, а давление может достигать 360 ГПа. Земле требуется в среднем 23 часа 56 минут и 4.091 секунд, чтобы совершить один оборот вокруг оси, соединяющей северный и южный полюса. Скорость вращения планеты с запада на восток составляет примерно 15 градусов в час. Вращение Земли нестабильно, но в большом масштабе времени — замедляется. За одно столетие Земля поворачивается на 0s,0014 секунды медленнее, чем в предыдущее столетие. Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите на расстоянии около 150 млн км со средней скоростью 29,765 км/сек. Двигаясь по орбите, планета Земля совершает полный оборот за 365,2564 средних солнечных суток. С Земли перемещение Солнца относительно звёзд составляет около 1° в день в восточном направлении. Скорость движения Земли по орбите непостоянна: в июле она начинает ускоряться, а в январе — снова начинает замедляться. Солнце и вся солнечная система обращается вокруг центра галактики Млечного Пути по почти круговой орбите со скоростью около 220 км/c. В свою очередь, Солнечная система в составе Млечного Пути движется со скоростью примерно 20 км/с по направлению к точке (апексу), находящейся на границе созвездий Лиры и Геркулеса, ускоряясь по мере расширения Вселенной. Планеты земной группы - 4 планеты Солнечной системы: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Планеты земной группы обладают высокой плотностью и состоят преимущественно из силикатов и металлического железа (в отличие от газовых планет и каменно-ледяных карликовых планет, объектов пояса Койпера и облака Оорта). Наибольшая планета земной группы — Земля — более чем в 14 раз уступает по массе наименее массивной газовой планете — Урану, но при этом примерно в 400 раз массивнее наибольшего известного объекта пояса Койпера. Планеты земной группы состоят главным образом из кислорода, кремния, железа, магния, алюминия и других тяжёлых элементов. Все планеты земной группы имеют следующее строение: в центре ядро из железа с примесью никеля. мантия, состоит из силикатов. кора, образовавшаяся в результате частичного плавления мантии и состоящая также из силикатных пород, но обогащённая несовместимыми элементами. Из планет земной группы коры нет у Меркурия, что объясняют её разрушением в результате метеоритной бомбардировки. Земля отличается от других планет земной группы высокой степенью химической дифференциации вещества и широким распространением гранитов в коре. Две дальние из планет земной группы (Земля и Марс) имеют спутники и (в отличие от всех планет-гигантов) ни одна из них не имеет колец. Меркурий — самая близкая к Солнцу планета Солнечной системы, обращающаяся вокруг Солнца за 88 земных суток. Продолжительность одних звёздных суток на Меркурии составляет 58,65 земных, а солнечных — 176 земных. Венера — вторая внутренняя планета Солнечной системы с периодом обращения в 224,7 земных суток. Планета получила своё название в честь Венеры, богини любви из римского пантеона. Венера — третий по яркости объект на небе Земли после Солнца и Луны и достигает видимой звёздной величины в −4,6. Поскольку Венера ближе к Солнцу, чем Земля, она никогда не удаляется от Солнца более чем на 47,8° (для земного наблюдателя). Своей максимальной яркости Венера достигает незадолго до восхода или через некоторое время после захода Солнца, что дало повод называть её также Вечерняя звезда или Утренняя звезда. Марс — четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая (предпоследняя) по размерам планета Солнечной системы; масса планеты составляет 10,7 % массы Земли. 36. Планеты-гиганты Солнечной системы. Их особенности. Планеты-гиганты расположились за орбитой Марса. Это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Уже давно астрономы знают, что планеты-гиганты гораздо больше и массивнее планет земной группы. Самый легкий гигант – Уран – в 14,5 раза массивнее Земли. Но даже самая массивная планета Солнечной системы – Юпитер – в 1 000 раз уступает в этом показателе Солнцу. Впрочем, надо сказать, что по астрономическим меркам эту разницу можно назвать значительной, но не огромной. В то же время, плотность планет гигантов 3-7 раз уступает плотности планет земной группы. У планет-гигантов нет ни твердой, ни жидкой поверхности. Газы их обширных атмосфер, уплотняясь с приближением к центру, постепенно переходят в жидкое состояние. Именно отсутствие резкого перехода от газобразного состояния вещества в атмосфере к твердому или жидкому позволяет нам говорить о планетах-гигантах как о планетах без поверхности. Эти планеты быстро совершают один оборот вокруг своей оси (10-18 часов). При этом, они вращаются слоями: слой планеты, расположенный вблизи экватора, вращается быстрее всего, а околополярные области являются самыми неторопливыми. Как мы увидели раньше, планеты-гиганты – нетвердые планеты, этим обстоятельством и вызвано их необычное вращение. По той же причине гиганты сжаты у полюсов, что можно заметить в простой телескоп. Солнце, являясь газовым шаром, тоже вращается слоями, но с периодом 25-35 суток. Юпитер и Сатурн, их атмосферы состоят из легких элементов: водорода и гелия. Уран и Нептун в значительной степени содержат в себе метан, аммиак, воду и другие не слишком тяжелые соединения. Другие элементы тоже есть, но их гораздо меньше. Ученые выяснили, что с увеличением массы гиганта растет и его атмосфера. Следовательно, самой обширной атмосферой обладает Юпитер. Уран и Нептун, близкие по массе, мало отличаются и своими атмосферами. Сатурн занимает промежуточное положение. Разница в химическом составе гигантов обусловлена ходом эволюции Солнечной системы. В центре гигантов есть небольшое твердое ядро, но оно относительно невелико. Атмосфера каждого гиганта плавно переходит в жидкость, а та постепенно тоже уплотняется к центру планет. Скорее всего, в недрах планет-гигантов, где высоки давление и температура, есть слой водорода, обладающего металлическими свойствами. Это необычное вещество не является в полной мере ни газообразным, ни твердым. Но оно обладает важным свойством: проводит ток. Благодаря этому, планеты-гиганты обладают магнитным полем. Магнитные поля планет-гигантов, в целом, превосходят магнитные поля планет земной группы. Интенсивность магнитного поля качественно определяется размерами магнитосферы планеты: пространства вокруг нее, в котором магнитное поле Солнца уступает планетному. Влияние солнечного ветра – потока заряженных частиц, вырывающихся с поверхности Солнца, – делает очертания магнитосфер несимметричными. В направлении Солнца магнитосферы сплюснуты и непротяженны, зато в обратном направлении они сильно вытянуты. У всех исследованных планет, кроме Сатурна, ось симметрии магнитного поля составляет значительный угол с осью вращения самой планеты. Почти все естественные спутники планет в Солнечной системе вращаются вокруг планет-гигантов. Кроме спутников, планеты-гиганты обзавелись еще и кольцами – скоплениями мелких частиц, вращающихся вокруг планет и собравшихся вблизи плоскости их экваторов. Однако только Сатурн обладает внушительными по размерам кольцами. Остальные планеты-гиганты обладают лишь невнятными и еле различимыми колечками.
*