Естествознание
«Происхождение и эволюция жизни»
Введение.
Природная черта человека – это любознательность, ведь не зная природу какого либо явления, невозможно придумать, как предотвратить или использовать его.
Человечество всегда интересовалось происхождением чего либо, природой каких либо явлений и закономерностей. Эти знания необходимы для человека чтобы понять и изменить мир в котором он живет. Естествознание – это совокупность наук о природе, окружающем мире, о науках все это изучающих. Ведь цель естествознания - находить сущность явлений природы, раскрывать возможности использования на практике познанных знаний, сил и веществ в природе, и на этой основе предвидеть новые явления.
Тайна возникновения земли и появления жизни на ней издавна волновали воображения ученых.
Существует четыре определения понятия естествознания:
1.Наука о науках.
2.Наука о природе.
3.Система научных знаний об окружающем мире.
4.Система наук о природе рассматриваемых как единое целое.
На самом деле между этими четырьмя определениями большого различия нет, ибо это одна наука, состоящая из комплекса тесно взаимосвязанных естественных наук, дополняющих друг друга.
Естествознание интересует все: от устройства и происхождения Вселенной, до познания молекулярных механизмов существования уникального Земного явления – жизни.
В систему естественных наук, помимо основных наук: физики, химии, биологии, включается так же и множество других – география, геология, астрономия и даже науки, стоящие на границе между естественными и гуманитарными, например, психология, целью которой является изучение поведения человека и животных.
Отличием естествознания,как науки, от специальных естественных наук является то, что оно исследует одни и те же природные явления сразу с позиции нескольких наук.
Теории происхождения органики.
Проблемой происхождением органики на земле занимаются, занимались и будут заниматься огромное число ученых. Одни исследователи (например, тот же Миллер) полагают, что на Земле всегда присутствовало хотя бы небольшое количество восстановленных газов (метан, окись углерода), из которых могли образоваться аминокислоты и другие необходимые для жизни соединения. Другие ищут пути образования этих соединений из углекислого газа и азота. Электрический разряд здесь не годится, необходимы другие источники энергии. В последнее время многие ученые склоняются к тому, что жизнь возникла не на поверхности океана, а в глубине, в зоне действия подводных вулканов. Третья группа исследователей считает, что органика была занесена на Землю метеоритами. В метеоритах действительно находят и аминокислоты, и многие другие органические соединения, образовавшиеся вне Земли. Подсчеты показывают, что количество органики, “упавшей” на Землю, сопоставимо с массой биосферы. Есть представления и о том, как эта органика могла образоваться в космосе. Существует предположение, что все ныне живущие организмы произошли из единственной, возникшей несколько миллиардов лет назад первобытной клетки. Пережив своих конкурентов, эта клетка положила начало процессу клеточного деления и эволюции, которая, в конце концов, создала зеленый покров Земли, изменила состав ее атмосферы и сделала ее родиной разумной жизни. Видимо, только так можно объяснить "фамильное сходство" между всеми организмами.
Зарождение жизни на земле.
«Жизнь характерна тем, что она не просто размазана в пространстве, - писал Опарин,— но представлена индивидуальными системами - организмами, отделенными от внешнего мира. Появление таких существ могло произойти только в результате длительной эволюции, при постепенном совершенствовании гораздо более простых систем, выделившихся из первичного однородного бульона».
Опарин предсказал, будто явственно видел своим мысленным взором далекое прошлое Земли, что восстановительная атмосфера была необходима для до биологического органического синтеза на Земле, ведь свободный кислород быстро бы окислил до углекислого газа и воды появлявшиеся нестойкие органические молекулы. Позднее кислород становится полезным. Окрепшим, обособленным от внешнего мира живым существам он необходим для дыхания и совсем уже не страшен. Живые организмы охраняют свои органические соединения от избыточного и разрушительного влияния кислорода, регулируя его поступление внутрь самих себя.
Опарин оказался совершенно прав. Наблюдения астрономов за процессами рождения звезд и планет, эксперименты в лабораториях показывают, что атмосферы у юной Земли в момент ее образования 4,8 млрд. лет назад из облака космической пыли практически не было. Около 3,5 млрд. лет назад на Земле стали появляться океаны и начала накапливаться первичная восстановительная атмосфера, состоящая из метана, аммиака и паров воды, выделяемых из земных пород под действием тепла и излучения Солнца.
Солнце в те далекие годы тоже было молодым - оно образовалось 5 млрд. лет назад. Защитного слоя озона над Землей не существовало. На восстановительную атмосферу, безжизненные скалы и первичный океан падало яростное, воистину космическое солнечное излучение, содержавшее энергичные ультрафиолетовые лучи. Под его влиянием начали происходить первые химические реакции.
В распоряжении Природы находились теперь пять небольших молекул: метан, аммиак, вода, формальдегид и цианистый водород. Оказалось, что из этих простых молекул могут быть получены все основные органические вещества, необходимые для роста, размножения и воспроизведения клеток растительного и животного мира: аминокислоты, сахара и органические основания, которые, соединяясь друг с другом, превратились в первые природные полимеры - белки, углеводы и нуклеиновые кислоты. Вероятно, это произошло в океане.
Как писал химик Лайнус Полинг: - С течением времени живые организмы развивались и изменялись, что позволило им покинуть водную среду и перейти на сушу и затем подняться в воздух. Они приобрели эту способность, сохранив в своих организмах водный раствор в виде жидкой составляющей ткани, плазмы крови и, межклеточных жидкостей, содержащих необходимый запас ионов и молекул».
Газовая смесь азота и кислорода с примесью других постоянных и переменных составляющих - воздушный океан вокруг нас,- водный раствор - воспоминание о первичном океане, в котором зародилась жизнь,- внутри нас! Океаны, разделенные тончайшими пористыми перегородками - биологическими мембранами...
Не только в живых организмах существует жидкое царство растворов. Внутри растений бесконечно течет по сосудам-ниточкам раствор минеральных веществ, забираемых из почвы корнями, а в клетках пульсирует другой раствор - клеточный сок. И оболочки клеток, пронизанные тончайшими волокнами, руководят взаимоотношениями между растворами по обе стороны клеточной границы.
Кто же был родоначальником земной жизни - посланник далеких миров, метеорит, или химический процесс, протекавший в первичном океане-бульоне? Ученые продолжают спорить. Сейчас установлено, что путь от полимерных органических молекул до простейших микроорганизмов наша Земля прошла удивительно быстро - всего за 300 млн. лет. Из сланцевых пород, найденных в Африке, были выделены частицы, напоминающие бактерии, возраст которых составляет 3,2 млрд. лет!
Клеточная теория.
Другое важнейшее утверждение — клеточная теория. Эта теория говорит, что все живые организмы — животные, растения и бактерии — состоят из клеток и из продуктов их жизнедеятельности. Новые клетки образуются путем деления существовавших ранее.
Авторами этой теории обычно считают ботаника Маттиасса Шлейдена и зоолога Теодора Шванна, которые в 1838 г. впервые констатировали, что растения и животные представляют собой скопление клеток, расположенных в определенном порядке. Как это случалось и во многих других областях науки, Шлейден и Шванн, не будучи первыми авторами, провозгласившими некий принцип, тем не менее, сформулировали его столь ясно и убедительно, что идея приобрела популярность и, в конце концов, была принята большинством биологов того времени.
По современным представлениям, клетка — это элементарная живая система, основа строения и жизнедеятельности всех животных и растений. Клетки могут существовать как самостоятельные организмы (например, простейшие, бактерии), так и в составе многоклеточных организмов, в которых имеются половые клетки, служащие для размножения. Размеры клеток варьируются в пределах от 0,1 -до- 0,25 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе). Живой организм состоит из миллиардов самых разнообразных клеток. Их форма колеблется от совсем простой до самой причудливой, напоминающей паука, снежинку, звездочку и все что угодно.
Многообразие клеточных форм в тканях животных:
1 - эпителиальная клетка кишечника,
2 - клетка гладкой мускулатуры,
3 - фибробласт (клетка соединительной ткани),
4-нервная клетка, 5 - эритроцит птиц,
6-клетка поперечнополосатой мускулатуры
В каждой клетке различают две основных части: ядро и цитоплазму. Клетки растений, как правило, покрыты твердой оболочкой. Структурными элементами ядра клетки являются хромосомы, содержащие молекулы ДНК, в которых заключена наследственная информация организма.