КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА по КСЕ Выполнила:

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по КСЕ
Выполнила:
Проверила:
2005 г.
2
1. Особенности четвертой научной революции
Научные революции в истории естествознания условно подразделяют на четыре этапа:
1. Аристотелевская (VI-IV века до нашей эры). В результате этой научной революции возникла сама наука, произошло отделение науки от
других форм познания и освоения мира, созданы определенные
нормы и образцы научного знания. Наиболее полно эта революция
отражена в трудах Аристотеля. Он создал формальную логику, т.е.
учение о доказательстве, главный инструмент выведения и систематизации знания, разработал категориально понятийный аппарат. Он
утвердил своеобразный канон организации научного исследования
(история вопроса, постановка проблемы, аргументы за и против,
обоснование решения), дифференцировал само знание, отделив
науки о природе от математики и метафизики. Первая научная революция в истории естествознания соответствует классическому естествознанию. В это время образована Механическая картина мира
(МКМ) и естественнонаучная картина. Механическая картина мира первая научная картина мира, если в понятие науки вкладывать тот
смысл, которое оно приобрело со времен Галилея. Значение МКМ вышло далеко за рамки естествознания. На протяжении значительного
времени она играла роль общенаучной картины.
2. Ньютоновская научная революция (XVI-XVIII века). Её исходным пунктом считается переход от геоцентрической модели мира к гелиоцентрической, этот переход был обусловлен серией открытий, связанных
с именами Н. Коперника, Г. Галилея, И. Кеплера, Р. Декарта, И. Ньютона, которые подвели итог исследований и сформулировали базовые принципы новой научной картины мира в общем, виде. Классическое естествознание заговорило языком математики, сумело выделить строго объективные количественные характеристики земных тел
3
(форма величина, масса, движение) и выразить их в строгих математических закономерностях. Наука Нового времени нашла мощную
опору в методах экспериментального исследования, явлений в строго
контролируемых условиях. Естествознание этого времени отказалось
от концепции гармоничного, завершенного, целесообразно организованного космоса, по их представлениям Вселенная бесконечна и объединена только действием идентичных законов. Доминантой классического естествознания, становится механика, все соображения, основанные на понятиях ценности, совершенства, целеполагания, были
исключены из сферы научного поиска. В познавательной деятельности подразумевалась четкая оппозиция субъекта и объекта исследования. Итогом всех этих изменений явилась механистическая научная картина мира на базе экспериментального математического естествознания.
3. Эйнштейновская революция (рубеж XIX-XX веков). Её обусловила серия открытий (открытие сложной структуры атома, явление радиоактивности, дискретного характера электромагнитного излучения и
т.д.). В итоге была подорвана, важнейшая предпосылка механистической картины мира - убежденность в том, что с помощью простых сил
действующих между неизменными объектами можно объяснить все
явления природы. В конце XIX в. - середина XX в. происходит преобразование стиля мышления, становление неклассического естествознания. Появляются предпосылки для построения целостной картины
природы, в которой прослеживается иерархичная организованность
Вселенной как сложного динамического единства, изменения места и
функций науки в жизни.
4. В последнюю треть XX в. - происходит четвертая глобальная научная
революция, положившая начало постнеклассической науке.
Особенностью науки конца ХХ в. является комплексный подход исследовательских программ, взаимодействие принципов и картин реальности различных наук. Подтверждением этому служат возникшие на
4
стыке нескольких наук новые дисциплины (биофизика, экология и другие), проникновение идей эволюции и историзма в физику, а также явная
тенденция к построению единой картины мира, включающей в себя разные, иерархические уровни организации живой и неживой материи.
В рамках новой картины мира произошли революции в частных
науках в космологии (концепция не стационарной Вселенной), в биологии (развитие генетики), и т.д. Таким образом, на протяжении XX века
естествознание очень сильно изменило свой облик, во всех своих разделах.
Научная картина мира это - множество теорий в совокупности описывающих известный человеку природный мир, целостная система
представлений об общих принципах и законах устройства мироздания.
Поскольку картина мира это системное образование, её изменение
нельзя свести ни к какому единичному, пусть и самому крупному и радикальному открытию. Как правило, речь идет о целой серии взаимосвязанных открытий, в главных фундаментальных науках. Эти открытия почти всегда сопровождаются радикальной перестройкой метода исследования, а так же значительными изменениями в самих нормах и идеалах
научности.
Четвертая научная революция предопределила период развития
науки, и наряду с другими научными революциями является ключевым
этапом в развитии естествознания. В это время совершались важнейшие открытия, создавались новые теории и методы. Именно в ходе эволюционного развития накапливается материал, делающий неизбежной
революцию. Кроме того, между двумя периодами развития науки разделенными научной революцией, как правило, нет неустранимых противоречий, согласно сформулированному Н. Бором, принципу соответствия,
новая научная теория не отвергает полностью предшествующую, а
включает её в себя в качестве частного случая, то есть устанавливает
для неё ограниченную область применения.
5
В последней трети XX века эволюционное учение интенсивно развивалось в рамках его прародительницы биологии. Современный эволюционизм в научных дисциплинах биологического профиля предстает
как многоплановое учение, ведущее поиск закономерностей и механизмов эволюции сразу на многих уровнях организации живой материи (молекулярном, клеточном, организменном, популяционном и биогеоценотическом). В настоящее время основная работа ведется на молекулярно-генетическом уровне, благодаря чему создана синтетическая теория эволюции (синтез генетики и дарвинизма). Удалось развести процессы микро эволюции (на популяционном уровне) и макро эволюции
(на надвидовых уровнях), была установлена в качестве элементарной
единицы популяция. Можно привести пример из других областей естествознания - в геологии, например, утвердилась концепция дрейфа континентов. Возник ряд дисциплин, которые возникли именно благодаря
применению принципов развития и поэтому были эволюционны в самой
своей основе: биогеохимия, антропология и т.д.
2. Биосфера. Структура биосферы. Литосфера как
абиотическая основа жизни.
В эру научно-технического прогресса особое значение приобретают знания о жизненных процессах на Земле в целом. Важную роль в
этих процессах играют живые организмы. За миллиарды лет, прошедшие с момента образования планеты Земля, они наполнили атмосферу
кислородом и азотом, очистили её от углекислого газа, сформировали
отложения известняка, нефти, природного газа. В процессе эволюции на
Земле образовалась особая оболочка – биосфера (греч. bios «жизнь»).
Этот термин первым ввёл в 1875 году Эдуард Зюсс, а учение о биосфере
было создано в 1926 году В. И. Вернадским. В основе учения Вернадского лежат представления о планетарной геохимической роли живого
вещества и о самоорганизованности биосферы.
6
Биосфера, по Вернадскому, – это земная оболочка, область существования живого вещества. Она включает в себя не только живые организмы, но и изменённую ими среду обитания (кислород в атмосфере,
горные породы органического происхождения и т.п.).
Биосфера является одной из геологических оболочек Земли или
геосфер. На Земле также различают литосферу – твёрдую наружную
оболочку Земли, состоящую из осадочных пород и расположенных под
ними гранитов и базальтов, гидросферу, включающую в себя все океаны, моря, озёра и реки, и атмосферу – газовую оболочку Земли.
В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой
атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой
сложными круговоротами веществ и энергии. Нижний предел жизни на
Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр,
верхний предел (20 км) – жёстким излучением ультрафиолетовых лучей
(всё, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного
излучения двадцатикилометровым озоновым слоем). Тем не менее, на
границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы
(обычно в виде спор); наибольшая же концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек.
Организмы, составляющие биосферу, обладают поразительной способностью к размножению и распространению по планете.
В учении о биосфере выделяют следующие основные подходы:
 энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца) и радиоактивными процессами в недрах Земли);
 биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере);
 информационный (принципы организации и управления в живой природе);
7
 пространственно-временной (формирование и эволюция различных
структур биосферы);
 ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду).
Биосфера играет важную роль в распределении энергетических
потоков на Земле. В год до Земли доходит около 1024 Дж солнечной
энергии; 42 % из неё отражается обратно в космос, а остальное поглощается. Другим источником энергии является тепло земных недр. 20 %
энергии переизлучается в мировое пространство в виде тепла, 10 % расходуется на испарение воды с поверхности Мирового океана. Зелёные
растения преобразуют в процессе фотосинтеза около 1022 Дж в год, поглощают 1,7 * 108 т CO2, выделяют около 11,5 * 107 т кислорода и испаряют 1,6 * 1013 т воды. Исчезновение растений привело бы к катастрофическому накоплению углекислоты в атмосфере, и через сотню лет
жизнь на Земле в её нынешних проявлениях погибла бы. Наряду с фотосинтезом в биосфере происходит почти такое же по масштабам окисление органических веществ в процессах дыхания и разложения.
В организмах содержатся все известные сегодня химические элементы. Если некоторые из них (водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие) являются основой жизни, то другие (рубидий, платина,
уран) имеются в организмах в очень малых количествах. Организмы
участвуют в миграции химических элементов как прямо (выделение кислорода в атмосферу, окисление и восстановление различных веществ в
почвах и гидросфере), так и косвенно (восстановление сульфатов, окисление соединений железа, марганца и других элементов). Биогенная миграция атомов вызвана тремя основными процессами: обменом веществ, ростом и размножением организмов. Огромную роль в биогеохимической активности играет человек, извлекая ежедневно в ходе добычи полезных ископаемых миллиарды тонн горной породы. Влияние
человека на глобальные геохимические процессы с каждым годом
только растёт.
8
Некоторые специалисты правомерно считают, что родоначальником жизни был не первый организм, а первая биосфера. “Жизнь не есть
внешне случайное явление на земной поверхности, — писал видный советский ученый академик В. И. Вернадский. — Она связана теснейшим
образом со строением земной коры, вмешивается в ее механизм и выполняет функции величайшего значения в этом механизме”.
В своей миллиардолетней истории организмы связаны сложной
цепью взаимодействия между собой и в то же время как целое и как отдельные единицы находятся в тесном взаимодействии с Землей: земной поверхностью, водными бассейнами, воздухом. С момента своего
возникновения живые организмы стали играть исключительно важную и
разнообразную геологическую роль.
Роль земной коры (литосферы) для молекулярной эволюции очень
велика. Из нее организмы черпают металлы и другие неорганические и
органические компоненты, необходимые для построения тела и обмена
веществ. Можно сказать, что земная кора дает опору жизни.
Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы,
находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при
разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов.
Почва является целиком результатом деятельности живого вещества в косной (неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату, топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам. Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в постоянном динамическом равновесии и развитии.
В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды,
планетарные перемещения воздушных масс, а также биологический кру-
9
говорот, характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находяшихся одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью - количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу времени. В результате на Земле
поддерживается большой геологический круговорот веществ, где для
каждого элемента характерна своя скорость миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов в биосфере
теснейшим образом сопряжены между собой. Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии и вещества в биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные (местные)
изменения структуры и особенностей отдельных экосистем (биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.
Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные для жизни места, изменяя их и превращая в места обитания. И уже в древние времена различные жизненные формы и виды
растений, животных, микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое вещество, можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких гор, и в вечных снегах Приполярья, и в горячих
водах источников вулканических районов. Такую способность к распространению живого вещества В. И. Вернадский назвал «всюдностью
жизни».
3. Генетика. Законы генетики и эволюция
Генетика – область биологии, изучающая наследственность и изменчивость. Человек всегда стремился управлять живой природой:
структурно-функциональной организацией живых существ, их индивидуальным развитием, адаптацией к окружающей среде, регуляцией численности и т. д. Генетика ближе всего подошла к решению этих задач,
10
вскрыв многие закономерности наследственности и изменчивости живых организмов и поставив их на службу человеческому обществу. Этим
объясняется ключевое положение генетики среди других биологических
дисциплин.
Человеком давно были отмечены три явления, относящиеся к
наследственности: во-первых, сходство признаков потомков и родителей; во-вторых, отличия некоторых (иногда многих) признаков потомков
от соответствующих родительских признаков; в-третьих, возникновение
в потомстве признаков, которые были лишь у далеких предков. Преемственность признаков между поколениями обеспечивается процессом
оплодотворения. С незапамятных времен человек стихийно использовал свойства наследственности в практических целях – для выведения
сортов культурных растений и пород домашних животных.
Первые идеи о механизме наследственности высказывали еще
древнегреческие ученые Демокрит, Гиппократ, Платон, Аристотель. Автор первой научной теории эволюции Ж.-Б. Ламарк воспользовался идеями древнегреческих ученых для объяснения постулированного им на
рубеже XVIII-XIX вв. принципа передачи приобретенных в течение жизни
индивидуума новых признаков потомству. Ч. Дарвин выдвинул теорию
пангенезиса, объяснявшую наследование приобретенных признаков.
Законы наследственности, открытые Г. Менделем, заложили основы
становления генетики как самостоятельной науки.
Законы генетики, открытые Менделем, Морганом и плеядой их последователей, описывают передачу признаков от родителей к детям.
Они утверждают, что все наследуемые признаки определяются генами.
Каждый ген может быть представлен в одной или большем числе форм,
названных аллелями. Все клетки организма, кроме половых, содержат
по два аллеля каждого гена, т.е. являются диплоидными. Если два аллеля идентичны, организм называют гомозиготным по этому гену. Если
аллели разные, организм называют гетерозиготным. Клетки, участвующие в половом размножении (гаметы), содержат только один аллель
11
каждого гена, т.е. они гаплоидны. Половина гамет, производимых особью, несет один аллель, а половина – другой. Объединение двух гаплоидных гамет при оплодотворении приводит к образованию диплоидной
зиготы, которая развивается во взрослый организм.
Важнейшим в генетике является понятие «ген». Ген вначале представляли чисто формально, вроде счетной единицы. Потом установили,
что ген — участок цепочки ДНК и он сам имеет сложную структуру. Ген
— это «атом генетики». Структура макромолекул ДНК дает основу для
практически бесконечного количества комбинаций, контролирующих
включение аминокислот в белковую молекулу. Число возможных различных сочетаний четырех органических оснований по длине цепочки
ДНК составляет гигантскую величину 410000, которая превышает число
атомов в Солнечной системе. На основе такого разнообразия действительно может возникнуть практически бесконечное число наследственных изменений, обеспечивающих эволюцию и разнообразие органического мира. Наследственность обеспечивает преемственность живого
на Земле, а изменчивость — многообразие форм жизни. И то, и другое
связаны неразрывно.
Генетика различает основные формы изменчивости: генотипическую, передаваемую по наследству, и фенотипическую, не передаваемую по наследству. Наиболее ярко наследственная изменчивость проявляется в мутациях — перестройках наследственного основания, генотипа организма. Крупная мутация всегда выражается в форме более или
менее резкого наследственного морфофизиологического уклонения
единственной особи среди многих других, остающихся неизменными. Но
в большинстве случаев мутации имеют вид небольших уклонений.
Мутации сами по себе не являются приспособительными изменениями, непосредственно направленными на выживание организмов в
данных определенных условиях. Они возникают случайно, хотя и под
воздействием внутренней и внешней среды, т.е. не беспричинно. Они
12
зависят от условий среды и могут быть получены специальным воздействием ионизирующей радиации, химических реагентов и т.п. Но экспериментально получаемые мутации тоже не носят характера адаптивных
изменений. Адаптации, приспособления создаются лишь в результате
отбора.
Сначала под генотипом понимали систему всех генов, входящих в
состав клеток, сейчас объем этого понятия сужен до совокупности хромосомных ДНК организма, а совокупность всех генов называют геномом.
Под генотипом следует понимать только наследственную структуру организма. Понятие же фенотипа обозначает совокупность доступных наблюдений индивидуальных признаков особи. Один из создателей
современной генетики академик Н. П. Дубинин сравнивает соотношение
генотипа и фенотипа с соотношением сущности и явления, подчеркивая
большую устойчивость генотипа и подвижность, текучесть фенотипа.
Фенотип является результатом взаимодействия генотипа и среды, поэтому он может быть сложнее и многообразнее генотипа.
То, что на основе одного и того же генотипа в разных условиях развиваются разные фенотипы, означает, что по своим возможностям (потенциям) генотип богаче фенотипа. Наследственных молекул ДНК значительно больше, чем требуется для формирования нормального фенотипа. Новорожденный ребенок по своим возможностям богаче взрослого человека, хотя информационно он беднее. Все признаки развивающегося организма генотипически обусловлены, но не все наследственны. Наследуемость и генотипическая обусловленность — разные
явления. Значение наследуемой информации не в том, что она до мельчайших подробностей определяет все детали строения и поведения развивающегося организма. Генотип определяет стратегию поведения. Хорошее пояснение этого дал классик кибернетики У. Р. Эшби: «Генотип
передает часть своего контроля над организмом внешней среде. Например, он не определяет в деталях, как котенку следует ловить мышь, но
13
дает ему механизм научения и склонность к игре, так что сама мышь
учит котенка всем тонкостям ловли мышей».
Наследуются не признаки, а специфические типы реакций на различные внешние условия. Признаки развиваются на основе взаимодействия генотипа и среды. Наследуется только генотип — тот комплекс генов, который определяет норму реакции организма. Норма реакции каждого вида характеризуется определенным интервалом изменений признаков, соответствующим большему или меньшему спектру колебаний в
условиях среды. Мутации как изменения генотипов приводят к изменению самой нормы реакции, отличающей данный вид организмов от других. Изменения же фенотипов (модификационные, флуктуационные изменения) осуществляются в рамках типичной для данного вида нормы
реакции.
Индивидуальное развитие живого организма от зарождения до
смерти осуществляется под влиянием как генетических программ и подпрограмм, так и внешних условий. Из-за этого одинаковая генетическая
основа (генотип) не всегда приводит к формированию организмов с одинаковым фенотипом, одинаковым набором свойств. У организма складываются такие признаки, которые облегчают его существование
именно в данных конкретных условиях. Удачные приспособительные изменения (смена сезонной окраски, усиление или ослабление теплого
шерстного покрова и т.п.) регулируются естественным отбором, обеспечивая выживание организмов с генотипами, способными оптимально реагировать на изменение внешней среды.
Генетика вначале была использована для борьбы против дарвинизма. Устойчивость генов трактовалась как их неизменность. Мутационная изменчивость отождествлялась непосредственно с видообразованием и, как казалось, как будто отменяла естественный отбор в качестве главного фактора эволюции. Но уже к концу 20-х годов XX в. стано-
14
вилось все яснее, что генетика раскрывает конкретный механизм изменчивости, соотношение свойств организма и характера внешних воздействий в возникновении индивидуальных изменений.
Основатель мутационной теории Гуго де Фриз считал, что каждая
мутация ведет к возникновению нового вида и сводил эволюцию к простому накоплению мутаций. На самом деле мутации лишь поддерживают наследственную неоднородность популяций и других эволюционных групп. Но это необходимое, но еще недостаточное условие эволюционного процесса. Необходимы также необратимые изменения среды
— как абиотические по своему происхождению изменения климата, горообразование и т.п.), так и биогенные, порожденные самой жизнью, к
которым присоединились антропогенные, обусловленные человеческой
деятельностью.
Генетика на молекулярном уровне представляет прочный фундамент для современного дарвинизма. С помощью своих понятий она раскрыла механизм микроэволюции. Большое значение для понимания конкретного хода видообразования и действия естественного отбора имеют
исследования в области, пограничной между эволюционным учением,
экологией и генетикой — генетики популяций (совокупности организмов
данного вида, проживающих в одной местности и находящихся в постоянном контакте, обеспечивающем самовоспроизведение и трансформацию данной совокупности). Именно в генетике популяций обнаруживается необходимость связи микроэволюции с макроэволюцией. Одной
микроэволюции, одной генетики недостаточно. Она не дает ответа на
вопрос, что же определяет направление эволюционных преобразований. Это определяет внешняя среда, что и раскрывает непосредственно
сама эволюционная теория.
Важную роль в объединении генетики и эволюционной теории, в
разработке генетики популяций, сыграли С. С. Четвериков, Н. П. Дубинин и другие русские ученые. В 40-50-е годы XX в. И. И. Шмальгаузен,
15
опираясь на достижения генетики, конкретизировал учение о естественном отборе, выделив две его формы: стабилизирующий отбор и ведущий отбор.
Список литературы
1. Воронов В. К. и др. Основы современного естествознания. – М.: Высшая школа, 1999.
2. Горелов А. А. Концепции современного естествознания. – М.: Центр,
1999.
3. Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания. – М.: Культура и спорт, 1997.
4. Концепции современного естествознания./ Под ред. В. Н. Лавриненко. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1999.
5. Рыбалов Л. Б. Концепции современного естествознания. – М.: Владос, 1997.
6. Солопов Е. Ф. Концепции современного естествознания. – М.: Владос, 1998.