›

Усложнение организации живых существ. Усложнение живых организмов в процессе эволюции Почему усложнение свойств живых организмов обеспечило устойчивое

Заключение

Отбор благоприятствует сохранению наиболее устойчивых живых систем. Во многих случаях устойчивость может быть повышена путем усложнения системы. "Элементарное усложнение" - это появление новой регуляторной связи. Например, у одноклеточного организма появляется способность в неблагоприятных условиях образовывать толстую оболочку; это может быть достигнуто путем возникновения регуляторной связи: определенные условия активируют ферментную систему, ответственную за образование оболочки клетки. Эта ферментая система существовала и раньше; новообразование (и усложнение) состоит в том, что появилась связь между внешним фактором и интенсивностью работы этой системы. Другой пример: двухсегментный организм, имеющий в каждом сегменте половые железы и органы передвижения, становится более устойчивым, разделив функции между сегментами: передний специализируется для локомоции, задний - для размножения (обе функции при этом выполняются более эффективно). Новообразование здесь состоит в том, что возникает новая регуляторная связь, проявляющаяся в онтогенезе: "если я - передний сегмент, я включаю систему формирования ног; если я - задний сегмент, я включаю систему формирования гонад". Обе системы были и раньше; добавился лишь новый способ их регуляции.

Мы постарались показать, что в организме (представляемом как единая сеть регуляторных взаимодействий) просто в силу взаимосвязанности всех элементов существует огромное количество преадаптаций к возникновению новых регуляторных связей. Поэтому усложнение - появление новой связи - не является ни чем-то невероятным, ни чем-то удивительным.

Появление новой регуляторной связи ведет к появлению новой функции у одного или нескольких элементов сети (например, белков); возникающий при этом конфликт между двумя разными функциями может быть легко снят путем дублирования структуры (например, дупликация гена) с последующим разделением функций между копиями.

Возникновение новых регуляторных связей существенно тормозится лишь необходимостью сохранения целостности и нормального функционирования старой, сложившейся системы (принцип "адаптивного компромисса", см. у А.П.Расницына). Часто одно ключевое новообразование открывает путь для возникновения целого комплекса новшеств (принцип "ключевого ароморфоза", см. у Н.Н.Иорданского).

Важным дополнением к этому общему механизму усложнения является блочный принцип сборки новых систем, который проявляется в таких явлениях, как симбиогенез (образование нового сложного организма из коадаптированного сообщества нескольких простых организмов), формирование новых генов/белков путем комбинирования готовых функциональных блоков/экзонов, горизонтальный обмен генами (формирование сложного генома путем комбинирования готовых блоков из двух или более простых геномов), и т.д.

"Элементарное усложнение" - появление новой регуляторной связи - автоматически ведет к возникновению множества новых "креодов" - незапланированных, случайных отклонений от нормы (например, от нормального развития организма), которые могут проявиться при изменении условий. Попадая в условия, на которые она "не была рассчитана", новая связь (включенная, как мы помним, в единую общую сеть и влияющая в конечном счете на все процессы в организме) может дать различные "непредвиденные" эффекты. Это, с одной стороны, новые преадаптации и новый "материал для отбора". С другой стороны, увеличение числа непредвиденных, случайных отклонений ставит под угрозу целостность и жизнеспособность системы. Справиться с этим побочным эффектом усложнения часто бывает возможно лишь путем дальнейшего усложнения (например, к "забарахлившей" регуляторной связи добавляется новая регуляторная связь, регулирующая ее саму). Таким образом, процесс усложнения становится автокаталитическим и идет с ускорением.

1Сравните строение растительных и животных тканей.2 объясните почему клетку считают основной единицей строения живых организмов.3 объясните почему знания

о живых организмах важны каждому человеку

1. Термин экология ввел 2. основатель биогеографии 3. Раздел биологии, изучающий взаимоотношения живых организмов между собой и с неживой природой. 4.

в качестве самостоятельной науки экология начала развиваться 5. направление движения естественному отбору диктует 6. Факторы окружающей среды, воздействует на организм 7. Группа экологических факторов, обусловленная влиянием живых организмов 8. Группа экологических факторов, обусловлена влиянием живых организмов 9 . Группа экологических факторов, обусловленная влиянием неживой природы 10. Фактор неживой природы, дающий толчок сезонным изменениям в жизни растений и животных. 11. способность живых организмов иметь свои биологические ритмы в зависимости от длины светового дня 12. Самый значимый для выживания фактор 13. Свет, химический состав воздуха, воды и почвы, атмосферное давление и температура относиться к факторам 14. строительство железных дорог, распашка земель, создание шахт относяться 15. Хищничество или симбиоз относиться к факторам 16. растения длинногодн обитают 17. растения короткого дня обитания 18.растени тундры относиться 19.РАстения полупустынь,степей и пустынь относиться 20. Характерный показатель популяции. 21. Совокупность всех видов живых организмов, населяющих определенную территорию и взаимодействующих между собой 22. Наиболее богатая видовым разнообразием экосистема нашей планеты 23. экологическая группа живых организмов, создающих органические вещества 24. экологическая группа живых организмов,потребляющие готовые органические вещества, но не проводящих минерализации 25. экологическая группа живых организмов,потребляющих готовые органические вещества и способствующих полному превращению их в минеральные вещества 26 . полезной энергии на следующий трофический(пищевой) уровень переходит 27 . консументы I порядка 28. консументы IIили III порядка 29. мера чувствительности сообществ живых организмов к изменениям определенных условий 30.способность сообществ (экосистем или биогеоценозов) поддерживать свое постоянство и противостоять извенению условий окружающей среды 31. низкая способность к саморегуляции, видовое разнообразие, использование дополнительных источников энергии и высокая продуктивность характерны для 32. искусственный биоценоз с наибольшей интенсивностью обмена веществ на единицу площади. с вовлечением круговорот новых материалов и выделением большого количества неутилизируемых отходов характерны для 33. пахотными землями занято 34. города занимают 35. оболочка планеты, заселенная живыми организмами 36. автор учении о биосфере 37. верхняя граница биосферы 38. граница биосферы в глубинах океана. 39 нижняя граница биосферы в литосфере. 40 . международная неправительственная организации, созданная в 1971 году, совершающая наиболее действенные акции в защиту природы.

Очень нужно, помогите завтра здавать. Приведи примеры, подтверждающие верность утверждений. 1) Живые организмы связаны с гидросферой. наличие

жидкой воды- необходимое условие жизни. 2) Почва - среда обитания многих живых организмов и источник водных растворов минеральных солей. 3) В результате газообмена живые организмы взаимодействуют с атмосферой.

1. Наука, изучающая историю живых организмов на Земле по сохранившимся в осадочных горных породах остаткам, это: 1) Эмбриология 2)

Палеонтология

3) Зоология

4) Биология

2. Самые крупные отрезки времени:

3) Периоды

4) Подпериоды

3. Архей- эра:

4. Формирование озонового слоя началось в:

2) Кембрии

3) Протерозое

5. Первые эукариоты появились в:

1) Криптозое

2) Мезозое

3) Палезое

4) Кайнозое

6. Разделение суши на материки произошло в:

1) Криптозое

2) Палеозое

3) Мезозое

4) Кайнозое

7. Трилобиты- это:

1) Древнейшие членистоногие

2) Древние насекомые

3) Древнейшие птицы

4) Древние ящеры

8. Первые наземные растения были:

1) Лишены листьев

2) Лишены корней

9. Потомками рыб, которые вышли на сушу первыми, являются:

1) Амфибии

2) Рептилии

4) Млекопитающие

10. Древняя птица археоптерикс сочетает в себе признаки:

1) Птиц и млекопитающих

2) Птиц и пресмыкающихся

3) Млекопитающих и земноводных

4) Земноводных и птиц

11. Не является заслугой Карла Линнея:

1) Введение бинарной номенклатуры

2) Классификация живых организмов

12. Неклеточными формами жизни являются:

1) Бактерии

3) Растения

13. К эукариотам не относятся:

1) Амеба протей

2) Лишайник

3) Сине- зеленые водоросли

4) Человек

14. К одноклеточным не относится:

1) Белый гриб

2) Эвглена зеленая

3) Инфузория туфелька

4) Амеба протей

15. Является гетеротрофом:

1) Подсолнух

3) Земляника

16. Является автотрофом:

1) Белый медведь

2) Трутовик

4) Плесень

17. Бинарная номенклатура:

1) Двойное название организмов

2) Тройное название организмов

3) Название класса млекопитающих

Историю органического мира на Земле изучают по сохранившимся остаткам, отпечаткам и другим следам жизнедеятельности живых организмов. Она является предметом науки палеон­тологии. Исходя из того, что остатки разных организмов расположены в различных пластах гор­ных пород, была создана геохронологическая шкала, согласно которой историю Земли разделили на определенные промежутки времени: зоны, эры, периоды и века (табл. 6.1).

Эоном называют большой промежуток времени в геологической истории, объединяющий не­сколько эр. В настоящее время выделяют только два зона: криптозой (скрытая жизнь) и фанеро- зой (явная жизнь). Эра - это промежуток …
времени в геологической истории, являющийся подраз­делением эона, объединяющий, в свою очередь, периоды. В криптозое выделяют две эры (архей и протерозой), тогда как в фанерозое - три (палеозой, мезозой и кайнозой).

Важную роль в создании геохронологической шкалы сыграли руководящие ископаемые - остатки организмов, которые были многочисленны в определенные промежутки времени и хоро­шо сохранились.

Развитие жизни в криптозое. Архей и протерозой составляют большую часть истории жизни (период 4,6 млрд лет - 0,6 млрд лет назад), однако сведений о жизни в тот период недоста­точно. Первые остатки органических веществ биогенного происхождения имеют возраст около 3,8 млрд лет, а прокариотические организмы существовали уже 3,5 млрд лет назад. Первые прокариоты входили в состав специфических экосистем - цианобактериальных матов, благо­даря деятельности которых образовались специфические осадочные породы строматолиты («ка­менные ковры»).

Понять жизнь давних прокариотических экосистем помогло открытие их современных анало­гов - строматолитов в заливе Шарк-Бей в Австралии и специфических пленок на поверхности почвы в заливе Сиваш в Украине. На поверхности цианобактериальных матов расположены фото- синтезирующие цианобактерии, а под их слоем - чрезвычайно разнообразные бактерии других групп и архей. Минеральные вещества, которые оседают на поверхность мата и образовываются за счет его жизнедеятельности, откладываются пластами (приблизительно 0,3 мм в год). Такие примитивные экосистемы могут существовать лишь в непригодных для жизни других организмов местах, и действительно, оба вышеупомянутые местообитания характеризуются чрезвычайно вы­сокой соленостью.

Многочисленные данные свидетельствуют о том, что поначалу Земля имела атмосферу воз­обновляемого характера, в состав которой входили: углекислый газ, водяной пар, оксид серы, а также угарный газ, водород, сероводород, аммиак, метан и т. п. Первые организмы Земли были анаэробами, однако благодаря фотосинтезу цианобактерий в среду выделялся свободный кисло­род, который сначала быстро связывался с восстановителями, находящимися в среде, и лишь по­сле связывания всех восстановителей среда начала приобретать окислительные свойства. О таком переходе свидетельствуют отложение окисленных форм железа - гематита и магнетита.

Около 2 млрд лет назад в результате геофизических процессов практически все несвязанное в осадочных породах железо переместилось к ядру планеты, а кислород начал накапливаться в ат­мосфере из-за отсутствия этого элемента - произошла «кислородная революция». Она явилась переломным этапом в истории Земли, который повлек за собой не только смену состава атмосфе­ры и образование озонового экрана в атмосфере - главной предпосылки для заселения суши, но и состава пород, формирующихся на поверхности Земли.

В протерозое произошло и другое важное событие - возникновение эукариот. В последние годы удалось собрать убедительные доказательства теории эндосимбиогенетического происхожде­ния эукариотической клетки - путем симбиоза нескольких прокариотических клеток. Вероятно, «главным» предком эукариот стали архей, которые перешли к поглощению пищевых частиц пу­тем фагоцитоза. Наследственный аппарат переместился вглубь клетки, сохранив, тем не менее, связь с мембраной благодаря переходу внешней мембраны возникшей ядерной оболочки в мембра­ны эндоплазматической сети.

Поглощенные клеткой бактерии могли не перевариваться, а оставаться живыми и продол­жать свое функционирование. Считают, что митохондрии ведут свое происхождение от пурпур­ных бактерий, утративших способность к фотосинтезу и перешедших к окислению органических веществ. Симбиоз с другими фотосинтезирующими клетками привел к возникновению пластид у растительных клеток. Вероятно, жгутики эукариотических клеток возникли вследствие симби­оза с бактериями, которые, подобно современным спирохетам, были способны к извивающимся движениям. Поначалу наследственный аппарат эукариотических клеток был устроен приблизи­тельно так же, как у прокариот, и лишь позднее, вследствие необходимости управления большой и сложной клеткой, образовались хромосомы. Геномы внутриклеточных симбионтов (митохон­дрий, пластид и жгутиков) в целом сохранили прокариотическую организацию, но большая часть их функций перешла к ядерному геному.

Эукариотические клетки возникали неоднократно и независимо друг от друга. Например, красные водоросли возникли в результате симбиогенеза с цианобактериями, а зеленые водорос­ли - с бактериями-прохлорофитами.

Остальные одномембранные органеллы и ядро эукариотической клетки, согласно эндомем- бранной теории, возникли из впячиваний мембраны прокариотической клетки.

Точное время появления эукариот неизвестно, поскольку уже в отложениях возрастом около 3 млрд лет присутствуют отпечатки клеток, имеющих похожие размеры. Точно эукариоты за­фиксированы в породах возрастом около 1,5-2 млрд лет, но только после кислородной революции (около 1 млрд лет назад) сложились условия, благоприятные для них.

В конце протерозойской эры (не менее 1,5 млрд лет назад) уже существовали и многоклеточ­ные эукариотические организмы. Многоклеточность, как и эукариотическая клетка, неоднократ­но возникала у разных групп организмов.

Существуют различные взгляды на происхождение многоклеточных животных. По одним дан­ным их родоначальниками были многоядерные, подобные инфузориям, клетки, которые затем распались на отдельные одноядерные клетки.

Другие гипотезы связывают происхождение многоклеточных животных с дифференцировкой клеток колониальных одноклеточных. Расхождения между ними касаются возникновения слоев клеток у первоначального многоклеточного животного. Согласно гипотезы гастреи Э. Геккеля, то происходит путем впячивания одной из стенок однослойного многоклеточного организма, как у кишечнополостных. В противовес ей И. И. Мечников сформулировал гипотезу фагоцител- лы, считая предками многоклеточных однослойные шарообразные колонии наподобие вольвокса, которые поглощали пищевые частицы путем фагоцитоза. Клетка, захватившая частицу, теряла жгутик и переходила вглубь организма, где и осуществляла пищеварение, а по окончании процес­са возвращалась на поверхность. Со временем произошло разделение клеток на два слоя с опре­деленными функциями - внешний обеспечивал движение, а внутренний - фагоцитоз. Такой организм И. И. Мечников назвал фагоцителлой.

В течение продолжительного времени многоклеточные эукариоты проигрывали в конкурент­ной борьбе прокариотическим организмам, однако в конце протерозоя (800-600 млн лет тому) вследствие резкого изменения условий на Земле - снижения уровня морей, роста концентрации кислорода, уменьшения концентрации карбонатов в морской воде, регулярных циклов похоло­дания - многоклеточные эукариоты получили преимущества над прокариотами. Если до этого времени встречались только отдельные многоклеточные растения и, возможно, грибы, то с этого момента в истории Земли известны и животные. Из возникших в конце протерозоя фаун лучше других изучены эдиакарская и вендская. Животных вендского периода принято включать в со­став особой группы организмов или относить к таким типам, как кишечнополостные, плоские черви, членистоногие и др. Однако ни у одной из этих групп нет скелетов, что может свидетель­ствовать об отсутствии хищников.

Развитие жизни в палеозойской эре. Палеозойская эра, длившаяся более 300 млн лет, делит­ся на шесть периодов: кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный (карбон) и пермский.

В кембрийском периоде суша состояла из нескольких материков, расположенных преиму­щественно в Южном полушарии. Самыми многочисленными фотосинтезирующими организмами в этот период были цианобактерии и красные водоросли. В толще воды жили фораминиферы и радиолярии. В кембрии появляется огромное количество скелетных животных организмов, о чем свидетельствуют многочисленные ископаемые остатки. Эти организмы относились при­мерно к 100 типам многоклеточных животных, как современным (губки, кишечнополостные, черви, членистоногие, моллюски), так и исчезнувшим, например: огромный хищник аномалока- рис и колониальные граптолиты, которые плавали в толще воды или были прикреплены ко дну. Суша на протяжении кембрия оставалась почти незаселенной, однако процесс почвообразования уже начали бактерии, грибы и, возможно, лишайники, а в конце периода на сушу вышли мало- щетинковые черви и многоножки.

В ордовикском периоде уровень вод Мирового океана поднялся, что привело к затоплению материковых низменностей. Основными продуцентами в этот период были зеленые, бурые и крас­ные водоросли. В отличие от кембрия, в котором рифы строили губки, в ордовике их сменяют ко­ралловые полипы. Расцвет переживали брюхоногие и головоногие моллюски, а также трилобиты (ныне вымершие родственники паукообразных). В этом периоде впервые зафиксированы и хор­довые, в частности бесчелюстные. В конце ордовика произошло грандиозное вымирание, которое уничтожило около 35 % семейств и более 50 % родов морских животных.

Силурийский период характеризуется усилением горообразования, которое привело к осуше­нию материковых платформ. Ведущую роль в фауне беспозвоночных силура играли головоногие моллюски, иглокожие и гигантские ракоскорпионы, тогда как среди позвоночных сохраняется большое разнообразие бесчелюстных и появляются рыбы. В конце периода на сушу вышли первые сосудистые растения - риниофиты и плауновидные, которые начали колонизацию мелководья и приливно-отливной зоны побережий. На сушу вышли и первые представители класса пауко­образных.

В девонском периоде вследствие поднятия суши образовались большие мелководья, которые пересыхали и даже промерзали, поскольку климат становился еще более континентальным, чем в силуре. В морях преобладают кораллы и иглокожие, тогда как головоногие моллюски представ­лены спирально закрученными аммонитами. Среди позвоночных девона расцвета достигли рыбы, причем на смену панцирным пришли и хрящевые, и костные, а также двоякодышащие и кисте- перые. В конце периода появляются первые амфибии, которые сначала жили в воде.

В среднем девоне на суше появились первые леса из папоротников, плаунов и хвощей, которые были заселены червями и многочисленными членистоногими (многоножками, пауками, скорпио­нами, бескрылыми насекомыми). В конце девона появились первые голосеменные. Освоение суши растениями привело к уменьшению выветривания и усилению почвообразования. Закрепление почв привело к возникновению русел рек.

В каменноугольном периоде суша была представлена двумя материками, разделенными океа­ном, а климат стал заметно более теплым и влажным. К концу периода произошло небольшое под­нятие суши, а климат сменился более континентальным. В морях господствовали фораминиферы, кораллы, иглокожие, хрящевые и костные рыбы, а пресные водоемы населяли двухстворчатые моллюски, ракообразные и разнообразные земноводные. В середине карбона возникли мелкие на­секомоядные рептилии, а среди насекомых появились крылатые (тараканы, стрекозы).

Для тропиков были характерны заболоченные леса, в которых доминировали гигантские хво­щи, плауны и папоротники, отмершие остатки которых образовали впоследствии залежи камен­ного угля. В середине периода в умеренной зоне, благодаря их независимости от воды в процессе оплодотворения и наличию семени, началось распространение голосеменных.

Пермский период отличался слиянием всех материков в единый суперконтинент Пангею, от­ступлением морей и усилением континентальности климата до такой степени, что во внутренних районах Пангеи образовались пустыни. К концу периода на суше почти исчезли древовидные папоротники, хвощи и плауны, а господствующее положение заняли засухоустойчивые голосе­менные.

Несмотря на то, что крупные амфибии еще продолжали существовать, возникли разные груп­пы рептилий, в том числе крупных растительноядных и хищных. В конце перми произошло са­мое большое вымирание в истории жизни, так как исчезли многие группы кораллов, трилобиты, большинство головоногих, рыб (в первую очередь хрящевых и кистеперых), а также амфибий. Морская фауна потеряла при этом 40-50% семейств и около 70% родов.

Развитие жизни в мезозое. Мезозойская эра продолжалась около 165 млн лет и характеризо­валась поднятием суши, интенсивным горообразованием и снижением влажности климата. Она делится на три периода: триасовый, юрский и меловой.

В начале триасового периода климат был засушливым, однако позднее вследствие поднятия уровня морей он стал более влажным. Среди растений преобладали голосеменные, папоротники и хвощи, однако древесные формы споровых практически полностью вымерли. Высокого разви­тия достигли некоторые кораллы, аммониты, новые группы фораминифер, двухстворчатых мол­люсков и иглокожих, тогда как разнообразие хрящевых рыб уменьшилось, изменились и группы костных рыб. Господствовавшие на суше рептилии начали осваивать и водную среду, как ихтио­завры и плезиозавры. Из пресмыкающихся триаса до нашего времени дожили крокодилы, гатте- рии и черепахи. В конце триаса появились динозавры, млекопитающие и птицы.

В юрском периоде суперконтинент Пангея раскололся на несколько меньших. Большая часть юры была очень влажной, а к его концу климат стал более засушливым. Доминирующей группой растений были голосеменные, из которых от того времени сохранились секвойи. В морях про­цветали моллюски (аммониты и белемниты, двухстворчатые и брюхоногие), губки, морские ежи, хрящевые и костные рыбы. Крупные амфибии практически полностью вымерли в юрском перио­де, однако появились современные группы земноводных (хвостатые и бесхвостые) и чешуйчатых (ящериц и змей), возросло разнообразие млекопитающих. К концу периода возникли и возмож­ные предки первых птиц - археоптериксы. Однако во всех экосистемах доминировали пресмыка­ющиеся - ихтиозавры и плезиозавры, динозавры и летающие ящеры - птерозавры.

Меловой период получил название в связи с образованием мела в осадочных породах того времени. На всей Земле, кроме приполярных областей, был стойкий теплый и влажный климат. В этом периоде возникли и приобрели широкое распространение покрытосеменные, вытеснявшие голосеменных, что повлекло за собой резкое увеличение разнообразия насекомых. В морях, по­мимо моллюсков, костистых рыб, плезиозавров, вновь появилось огромное количество форами-нифер, раковинки которых и образовали залежи мела, а на суше преобладали динозавры. Лучше приспособленные к воздушной среде птицы начали постепенно вытеснять летающих ящеров.

В конце периода произошло глобальное вымирание, в результате которого исчезли аммониты, белемниты, динозавры, птерозавры и морские ящеры, древние группы птиц, а также некоторые голосеменные. С лица Земли в целом исчезло около 16% семейств и 50% родов животных. Кри­зис в конце мела связывают с падением большого метеорита в Мексиканский залив, однако он, скорее всего, не был единственной причиной глобальных изменений. В ходе последующего похо­лодания выжили только небольшие рептилии и теплокровные млекопитающие.

Развитие жизни в кайнозое. Кайнозойская эра началась около 66 млн лет назад и продолжа­ется до настоящего времени. Она характеризуется господством насекомых, птиц, млекопитающих и покрытосеменных растений. Кайнозой делят на три периода - палеоген, неоген и антропо- ген - последний из которых является самым коротким в истории Земли.

В раннем и среднем палеогене климат оставался теплым и влажным, к концу периода стало прохладнее и суше. Доминирующей группой растений стали покрытосеменные, однако, если в на­чале периода преобладали вечнозеленые леса, то в конце появилось много листопадных, а в за­сушливых зонах образовались степи.

Среди рыб господствующее положение заняли костистые рыбы, а количество видов хрящевых, несмотря на их заметную роль в соленых водоемах, незначительно. На суше из рептилий сохра­нились только чешуйчатые, крокодилы и черепахи, тогда как млекопитающие заняли большую часть их экологических ниш. В середине периода появились основные отряды млекопитающих, в том числе насекомоядные, хищные, ластоногие, китообразные, копытные и приматы. Изоляция материков сделала фауну и флору географически более разнообразными: Южная Америка и Ав­стралия стали центрами развития сумчатых, а другие материки - плацентарных млекопитающих.

Неогеновый период. Земная поверхность в неогене приобрела современный вид. Климат стал более прохладным и сухим. В неогене уже сформировались все отряды современных млекопита­ющих, а в африканских саванах возникло семейство Гоминид и род Человек. К концу периода в приполярных областях континентов распространились хвойные леса, появились тундры, а сте­пи умеренного пояса заняли злаки.

Четвертичный период (антропоген) характеризуется периодическими сменами оледенений и потеплений. Во время оледенений высокие широты покрывались ледниками, резко снижался уровень океана, суживались тропический и субтропический пояса. На близлежащих к ледникам территориях устанавливался холодный и сухой климат, который способствовал формированию холодоустойчивых групп животных - мамонтов, гигантских оленей, пещерных львов и др. Со­путствовавшее процессу оледенения снижение уровня Мирового океана привело к образованию сухопутных мостов между Азией и Северной Америкой, Европой и Британскими островами и т. д. Миграции животных, с одной стороны, привели к взаимообогащению флор и фаун, а с другой, к вытеснению реликтов пришельцами, например, сумчатых и копытных в Южной Америке. Эти процессы, однако, не затронули Австралию, оставшуюся изолированной.

В целом, периодические изменения климата привели к формированию чрезвычайно обильного видового разнообразия, характерного для нынешнего этапа эволюции биосферы, а также оказали влияние на эволюцию человека. На протяжении антропогена несколько видов рода Человек рас­селились из Африки в Евразию. Около 200 тысяч лет назад в Африке возник вид Человек разум­ный, который после продолжительного периода существования в Африке около 70 тысяч лет на­зад вышел в Евразию и около 35-40 тыс. лет назад - в Америку. После периода сосуществования с близкородственными видами он вытеснил их и расселился по всей территории земного шара.

Около 10 тыс. лет назад хозяйственная деятельность человека в умеренно теплых областях земного шара начала оказывать влияние как на облик планеты (распашка земель, выжигание лесов, перевыпас пастбищ, опустынивание и т. д.), так и на животный и растительный мир вследствие сокращения ареалов их обитания и истребления, и вступил в действие антропогенный фактор.

Происхождение человека. Человек как вид, его место в системе органического мира. Гипотезы происхождения человека. Движущие силы и этапы эволюции человека. Человеческие расы, их генетическое родство. Биосоциальная природа человека. Социальная и природная среда, адаптации к ней человека.

Принцип роста энтропии требует разрушения структур. Однако разрушаться можно путем усложнения. Именно по этому пути движется глобальный эволюционный процесс. При этом природа никогда не стремится достичь полного хаоса на данном уровне системной иерархии. Так если в простейших неживых системах тенденция к возникновению хаоса реализуется обычно в стремлении вещества к рассеянию (например растворение сахара в воде), то уже в случае сложных органических соединений больший хаос (рассеяние энергии) может быть достигнут именно при концентрации вещества, например, капли масла, рассеянные в воде, стремятся слиться в одну большую каплю. Дело в том, что молекулы воды «окутывают» молекулу углеводорода своеобразной упорядоченной оболочкой. Поэтому чем больше поверхность масла, тем более упорядочиваются молекулы воды, чего природа допустить не может. Поэтому в хаосе движения капель они обязательно примут состояние с наименьшей поверхностью, то есть сольются в одну большую каплю, что послужило в свое время началом одноклеточной жизни.

В биосистемах стремление к хаосу реализуется в еще более сложных механизмах, например в процессе деления клеток. Производство энтропии за счет протекания внутриклеточных процессов пропорционально объему клетки V, а отток энтропии из клетки пропорционален площади ее поверхности S. Если клетка имеет форму шара, то V =4pr 3 /3, S = 4r 2 . Прирост энтропии в клетке S = A4pr 3 /3 - B4r 2 . При малых радиусах прирост энтропии S < 0. С ростом клетки ее радиус увеличивается, пока не достигнет некоторого критического значения при r = 3B/A, характеризующегося S = 0. В случае дальнейшего роста энтропия в клетке будет расти S > 0. Чтобы не допустить этого, она должна разделиться, иначе она погибнет от голода, перегрева и отравления своими же отходами.

Существуют и другие механизмы, решающие данную проблему. Клетка может увеличить площадь своей поверхности, например, приобрести форму эллипсоида, цилиндра (палочки) или нити, образовать корнеподобные выросты, ложноножки и т.п. Многоклеточные организмы решают подобную проблему аналогичным образом. У растений увеличивается поверхность листьев и корней. У животных в отличие от растений подобное увеличение поверхности упрятано обычно внутрь организма, чтобы не мешать движению. Нечто аналогичное происходит и в рамках таких сверхорганизмов, как экосистемы. Здесь дифференциация достигается путем увеличения экологических ниш и разнообразия видов , удлинением и усложнением пищевых цепей, совершенствованием внутривидовых и межвидовых отношений и т.п.

Таким образом жизнь научилась использовать разрушение во благо, поэтому разрушение не обязательно сопровождается гибелью биосистем. «Умеренное разрушение», на которое накладываются определенные запрограммированные ранее ограничения, приводят к расширению и усложнению жизни. Наиболее характерно в этом отношении деление клетки. Здесь смерть и рождение слились в одном процессе. Очень ярко об этом свойстве жизни выразился Ричард Бах: «Там, где глупец видит смерть гусеницы, мудрец видит рождение бабочки».



Контрольные вопросы

  1. В чем отличие между естественными и гуманитарными науками?
  2. В чем отличие между естественным и религиозным методами познания?
  3. Какова роль философии в мире науки?
  4. Какова роль математики в мире науки?
  5. Чем определяется структура естественнонаучных знаний?
  6. Перечислите основные периоды развития естествознания?
  7. В чем состоит принцип научного детерминизма?
  8. В чем суть научного метода познания реальности?
  9. В чем причина сложности понимания феноменов жизни, сознания и т.п.?
  10. В чем суть механистического подхода к пониманию мира?
  11. Какой подход к пониманию мира развивается в настоящее время?
  12. Что представляет собой и какими свойствами обладают пространство и время с позиций Ньютона?
  13. Сформулируйте принцип инерции Галилея.
  14. Сформулируйте принцип относительности Галилея.
  15. Сформулируйте три закона Ньютона?
  16. В чем суть концепций дальнодействия и близкодействия?
  17. Что такое поле?
  18. Какие законы сохранения Вы знаете?
  19. В чем отличие между холистским и редукционистским подходом к пониманию явлений?
  20. Кто создал, и кто подтвердил гелиоцентрическую концепцию.
  21. Как была подтверждена атомарная теория вещества?
  22. Как выглядит модель атома Резерфорда?
  23. Что называется энтропией?
  24. Сформулируйте второй закон термодинамики?
  25. В чем состоит парадокс жизни с точки зрения Больцмана
  26. В чем состоит парадокс, связанный с уравнениями Максвелла?
  27. Что такое эфир и существует ли он?
  28. Сформулируйте постулаты специальной теории относительности Эйнштейна?
  29. Как меняется время, длина и масса тела, летящего с субсветовой скоростью?
  30. В чем суть общей теории относительности Эйнштейна?
  31. В чем состоит парадокс бесконечной Вселенной?
  32. Каковы выводы из работ Фридмана?
  33. В чем состоит концепция Большого взрыва?
  34. Чем отличаются звезды первого и второго поколений?
  35. Когда и как создавались тяжелые вещества?
  36. В чем суть квантовой концепции Планка?
  37. В чем суть корпускулярно-волнового дуализма?
  38. Сформулируйте принцип дополнительности Бора.
  39. В чем суть соотношения неопределенностей Гейзенберга?
  40. Что такое Лапласовский детерминизм? Почему Лаплас был не прав?
  41. Можно ли познать мир с абсолютной точностью?
  42. Что входит в состав радиоактивных лучей?
  43. Что такое протон и нейтрон?
  44. Что такое сильное взаимодействие?
  45. В чем суть ядерных реакций?
  46. Что такое цепная реакция?
  47. Что такое ядерный синтез?
  48. Что такое энергия связи?
  49. Какие виды фундаментальных взаимодействий Вы знаете?
  50. Что такое античастица?
  51. Как можно породить частицы из вакуума?
  52. В чем суть обменной теории взаимодействий?
  53. Из чего состоит протон?
  54. Чему равна суммарная энергия Вселенной?
  55. Сформулируйте принцип Маха.
  56. В чем суть принципа оптимальности?
  57. В чем суть вариационных принципов?
  58. В чем суть антропного принципа?
  59. Как проявляется конвергенция в строении живых существ?
  60. Что такое анализ и синтез в работе мыслительного аппарата человека?
  61. В чем отличие модели от оригинала?
  62. В чем суть множественной картины мира?
  63. Перечислите принципы механистического подхода.
  64. В чем особенность сложных систем?
  65. Какова основа системности мира?
  66. Сформулируйте закон подобия части и целого?
  67. Сформулируйте биогенетический закон?
  68. Сформулируйте системогенетический закон?
  69. Почему нельзя познать природу, оставаясь только на позициях редукционизма?
  70. В чем суть системного свойства иерархичности?
  71. Перечислите принципы системного подхода?
  72. Сформулируйте принцип соответствия.
  73. Что называется гармонией?
  74. Что такое живой организм?
  75. В чем смысл жизни?
  76. Перечислите модели возникновения жизни на Земле.
  77. Как подтвердить земное происхождение жизни?
  78. Какие законы лежат в основе созидания и разрушения во Вселенной?
  79. Сформулируйте принцип минимума диссипации энергии.
  80. Можно ли создать абсолютно безотходное производство?
  81. Какими особенностями обладают самоорганизующиеся системы?
  82. Как реализуется принцип подобия части и целого в самоорганизующихся системах?
  83. Какие источники энергии использует жизнь?
  84. Как строится иерархия живых существ?
  85. В чем суть механики агрегации (социализации)?
  86. Что такое филогенетическое дерево?
  87. От кого произошел человек?
  88. Что такое биосфера?
  89. Что такое ноосфера?
  90. Когда на Земле возникла жизнь?
  91. Что является на Земле главной геологообразующей силой?
  92. Перечислите основные положения теории Вернадского.
  93. Является ли жизнь на Земле случайностью или закономерностью?
  94. Перечислите основные свойства биосферы.
  95. Возможен ли круговорот энергии?
  96. Что такое трофическая цепь?
  97. Что такое качество энергии?
  98. В чем особенность энергетики человека?
  99. Что такое генетический код?
Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой Живые организмы получают энергию из внешней среды, используя ее на поддержание собственной упорядоченности
Живые организмы не только изменяются, но и усложняются Живые организмы активно реагируют на внешнюю среду
Живым организмам присуща способность самовоспроизводства на основе генетического кода Живым организмам присуща способность сохранять и передавать информацию
Живым организмам присуща высокая приспособляемость к внешней среде Живым организмам присуща молекулярная хиральность (молекулярная диссиметрия)

Целостная система (ткани, органы – элементы, живая система – организм) образуется лишь в результате соединения составных элементов в порядке, который сложился в процессе эволюции. Целостной живой системе присущи следующие качества:

1. Единство химического состава . Хотя в состав живых систем входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы, соотношение различных элементов в живом и неживом неодинаково. В живых организмах ~ 98% химического состава приходится на шесть элементов: кислород (~62%), углерод (~20 %),водород (~10%), азот (~3%), кальций (~2,5%), фосфор (~1,0 %). Кроме того, живые системы содержат совокупность сложных полимеров (в основном белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и т.д.), которые неживым системам не присущи.

2. Открытость живых систем . Живые системы – открытые системы. Живые системы используют внешние источники энергии в виде пищи, света и т.п. Через них проходят потоки веществ и энергии, благодаря чему в системах осуществляется обмен веществ - метаболизм. Основа метаболизма – анаболизм (ассимиляция), то есть синтез веществ, и катаболизм (диссимиляция), то есть распад сложных веществ на простые с выделением энергии, которая используется для биосинтеза.

3. Живые системы – самоуправляющиеся, саморегулирующиеся, самоорганизующиеся системы. Для пояснения этого утверждения дадим определения саморегуляции и самоорганизации.

Саморегуляция – свойство живых систем автоматически устанавливать и поддерживать на определенном уровне те или иные физиологические (или другие) показатели системы. Самоорганизация – свойство живой системы приспособляться к изменяющимся условиям за счет изменения структуры своей системы управления. При саморегуляции и самоорганизации управляющие факторы воздействуют на систему не извне, а возникают в ней самой в процессе переработки информации, которой живая система обменивается с внешней средой. Это означает, что живые системы – самоуправляющиеся системы.

4. Живые системы – самовоспроизводящиеся системы. Живые системы существуют конечное время. Поддержание жизни связано с самовоспроизведением, благодаря чему живое существо воспроизводит себе подобных.

5. Изменчивость живых систем. Изменчивость связана с приобретением организмом новых признаков и свойств. Это явление противоположно наследственности и играет роль в процессе отбора организмов, наиболее приспособленных к конкретным условиям.

6. Способность к росту и развитию . Рост - увеличение в размерах и массе с сохранением общих черт строения; рост сопровождается развитием то есть возникновением новых черт и качеств. Развитие может быть индивидуальным (онтогенез), когда последовательно проявляются все свойства организма, и историческим, которое сопровождается образованием новых видов и прогрессивным усложнением живой системы (филогенез).

7. Раздражимость живых систем . Раздражимость - неотъемлемая черта всего живого. Раздражимость связана с передачей информации из внешней среды к живой системе и проявляется в виде реакций системы на внешние воздействия.

8. Целостность и дискретность . Живая система дискретна, так как состоит из отдельных, но взаимодействующих между собой частей, которые в свою очередь также являются живыми системами. Например: организм состоит из клеток, являющихся живыми системами; биоценоз состоит из совокупностей различных видов, которые также являются живыми системами. С дискретностью связаны различные уровни организации живых систем; о чем будет сказано ниже. Вместе с тем живая система целостна, поскольку входящие в нее элементы обеспечивают выполнение своих функций не самостоятельно, а во взаимосвязи с другими элементами системы.