Контрольная по "Концепции современного естествознания"

Дальнейший этап биогенеза  связан с концентрацией органических веществ и образованием фазовообособленных систем. Такие системы носят открытый характер и способны взаимодействовать  с внешней средой. «Механизм», определяющий образование фазовообособленных систем, — так называемая неспецифическая  самосборка, спонтанное упорядоченное  объединение биополимеров за счет образования  нековалентных, вторичных связей (ионные, водородные, межмолекулярного взаимодействия). Особенно активно такое объединение  происходит в условиях пространственной взаимодополняемости (взаимное соответствие) поверхностей взаимодействующих молекул (комплементарность). Фазовообособленные системы — это некие протоклетки (пробионты). В качестве пробионтов могли выступать коацерваты —  мельчайшие коллоидальные частицы, капли, обладающие осмотическими свойствами.

В водах первичного океана концентрация органических веществ  увеличивалась, происходили их смешивание, взаимодействие и объединение в  мелкие обособленные структуры раствора. Такие структуры довольно просто получить искусственно, смешивая растворы разных белков, например желатина и  альбумина. Эти обособленные в растворе органические многомолекулярные структуры  русский ученый А.И. Опарин назвал коацерватными  каплями, или коацерватами. Коацерваты образуются в слабых растворах. Вследствие взаимодействия противоположных электрических зарядов происходит агрегация молекул. Мелкие сферические частицы возникают потому, что молекулы воды создают вокруг образовавшегося агрегата поверхность раздела.

Исследования показали, что  коацерваты имеют достаточно сложную  организацию и обладают рядом  свойств, которые сближают их с простейшими  живыми системами. Например, они способны поглощать из окружающей среды разные вещества, которые вступают во взаимодействие с соединениями самой капли, и  увеличиваться в размере. Эти  процессы в какой-то мере напоминают первичную форму ассимиляции. Вместе с тем в коацерватах могут  происходить процессы распада и выделения продуктов распада. Соотношение между этими процессами у разных коацерватов неодинаково. Выделяются отдельные динамически более стойкие структуры с преобладанием синтетической деятельности.

Коацерваты объясняют, как  появились биологические мембраны. Образование мембранной структуры  считается самым «трудным» этапом химической эволюции жизни. Истинное живое  существо (в виде клетки, пусть даже самой примитивной) не могло оформиться до возникновения мембранной структуры  и ферментов. Биологические мембраны — это агрегаты белков и липидов, способные отграничить вещество от среды и придать упаковке молекул  прочность. Мембраны могли возникнуть в ходе формирования коацерватов.

Повышенная концентрация органических веществ в коацерватах  увеличивала возможность взаимодействия между молекулами и усложнения органических соединений. Уже на стадии формирования коацерватов зарождается отбор, который приводит к сохранению наиболее устойчивых, организованных структур. Однако все это еще не дает основания  считать коацерваты живыми системами, потому что они лишены способности  к самовоспроизведению и саморегуляции  синтеза органических веществ. Но предпосылки  возникновения живого в них уже  содержались.

Кроме коацерватов в «первичном бульоне» накапливались полинуклеотиды, полипептиды и различные катализаторы, без которых невозможно формирование способности к самовоспроизведению  и обмену веществ. Катализаторами могли  быть и неорганические вещества. Так, Дж. Бернал в свое время выдвинул гипотезу о том, что наиболее удачные  условия для возникновения жизни  складывались в небольших спокойных  теплых лагунах с большим количеством  ила, глинистой мути. В такой среде  и без нагрева очень быстро протекает полимеризация аминокислот, так как частицы ила выступают  в качестве своеобразных катализаторов.

Завершение процесса биогенеза связано с возникновением у более стойких коацерватов способности к самовоспроизведению составных частей, генетического кода, с переходом к матричному синтезу белка, характерному для живых организмов. В ходе предбиологического отбора наибольшие шансы на сохранение имели те коацерваты, у которых способность к обмену веществ сочеталась со способностью к самовоспроизведению.

Переход к матричному синтезу  белков был величайшим качественным скачком в эволюции материи. Однако механизм перехода пока не ясен. Основная трудность здесь состоит в  том, что для удвоения нуклеиновых  кислот нужны ферментные белки, а  для создания белков — нуклеиновые  кислоты. Иначе говоря, нужно объяснить, как в ходе предбиологического отбора объединились способности к самовоспроизведению  полинуклеотидов с каталитической активностью полипептидов в условиях пространственно-временного разобщения начальных и конечных продуктов  реакции.

На этот счет существуют разные гипотезы, но все они так  или иначе не полны. В настоящее  время наиболее перспективными считаются  гипотезы, которые опираются на принципы теории самоорганизации, синергетики, на представления о гиперциклах, т.е. системах, связывающих самовоспроизводящиеся (автокаталитические) единицы друг с другом посредством циклической  связи. В таких системах продукт  реакции одновременно является и  ее катализатором или исходным реагентом. Потому и возникает явление самовоспроизведения, которое на первых этапах вовсе могло  и не быть точной копией исходного  органического образования. О трудностях становления самовоспроизведения  свидетельствует само существование  вирусов и фагов, которые представляют собой, вероятно, осколки форм предбиологической  эволюции. В дальнейшем предбиологический  отбор коацерватов, по-видимому, происходил в нескольких направлениях.

Во-первых, в направлении  выработки способности накапливать  белковоподобные полимеры, ответственные  за ускорение химических реакций. В  результате строение нуклеиновых кислот изменялось в направлении преимущественного  «размножения» систем, в которых  удвоение нуклеиновых кислот осуществлялось с участием ферментов.

Во-вторых, в системе коацерватов  происходил и отбор самих нуклеиновых  кислот по наиболее удачному сочетанию  последовательности нуклеотидов. На этом пути формировались гены. Самовоспроизводящиеся  системы со сложившейся стабильной последовательностью нуклеотидов  в нуклеиновой кислоте уже  могут быть названы живыми.

В истории биосферы бывали временные остановки прогрессивного развития, но они никогда не переходили в стадию деградации, поворота развития вспять. Чтобы убедиться в этом, достаточно посмотреть на основные вехи в истории развития биосферы:

- появление простейших  клеток-прокариотов (клетки без  ядра);

- появление значительно  более организованных клеток-эукариотов (клетки с ядром);

- объединение клеток-эукариотов  с образованием многоклеточных  организмов, функциональная дифференциация  клеток в организмах;

- появление организмов  с твердыми скелетами и формирование  высших животных;

- возникновение у высших  животных развитой нервной системы  и формирование мозга как органа  сбора, систематизации, хранения  информации и управления на  ее основе поведением организмов;

- формирование разума  как высшей формы деятельности  мозга;

- образование социальной  общности людей - носителей разума. Вершиной направленного развития  биосферы стало появление в  ней человека. В ходе эволюции  Земли на смену периоду геологической  эволюции пришел период геолого-биологический,  который с появлением человека  уступил свое место периоду  социальной эволюции. Самые крупные  изменения в биосфере Земли  наступили именно в этот период. Появление и развитие человека  ознаменовало переход биосферы  в ноосферу - новую оболочку Земли,  область сознательной деятельности  человечества.

Знание условий, которые  способствовали возникновению жизни  на Земле, позволяют понять, почему в наше время невозможно появление  живых существ из неорганических систем. В нашу эпоху отсутствуют условия для синтеза и усложнения органических веществ: простые соединения, которые могли бы где-то образоваться, сразу же были бы использованы гетеротрофами. Возникшая на Земле жизнь преобразовала те условия, которые сделали возможным ее появление. Теперь живые существа появляются только вследствие размножения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i.2.Что такое синергетика? Ее роль в современном естествознании

Создателем синергетического направления и изобретателем  термина "синергетика" является профессор  Штутгартского университета и директор Института теоретической физики и синергетики Герман Хакен. Сам  термин «синергетика» происходит от греческого «синергена» - содействие, сотрудничество, «вместедействие».

     Синергетика,  занимающаяся изучением процессов  самоорганизации и возникновения,  поддержания, устойчивости и распада  структур самой различной природы,  еще далека от завершения и  единой общепринятой терминологии (в том числе и единого названия  всей теории) пока не существует.

     Заслуживающим внимания представляется следующее определение:  
«Синергетика — (от греч. synergetikos — совместный, согласованный, действующий), научное направление, изучающее связи между элементами структуры (подсистемами), которые образуются в открытых системах (биологических, физико–химических и других) благодаря интенсивному (потоковому) обмену веществом и энергией с окружающей средой в неравновесных условиях. В таких системах наблюдается согласованное поведение подсистем, в результате чего возрастает степень ее упорядоченности, т. е. уменьшается энтропия (самоорганизация). Основа синергетики — термодинамика неравновесных процессов, теория случайных процессов, теория нелинейных колебаний и волн».

     Бурные темпы  развития новой области, не  оставляют времени на унификацию  понятий и приведение в стройную  систему всей суммы накопленных  фактов. Исследования  в новой  области ввиду ее специфики  ведутся силами и средствами  многих современных наук, каждая  из которых обладает свойственными  ей методами и сложившейся  терминологией. 

     Рассмотрим  роль синергетики в современном  естествознании. Вначале XXI в. естествознание, по-видимому, вступило в новую историческую фазу своего развития — на уровень постнеклассической науки.

В современном обществе значительно  возросла роль науки. На основе научного знания рационализируются, по сути, все  формы общественной жизни. Как никогда  близки наука и техника. Наука  стала непосредственной производительной силой общества. По отношению к  практике она выполняет программирующую  роль. Новые информационные технологии и средства вычислительной техники, достижения генной инженерии и биотехнологии  обещают в очередной раз коренным образом изменить материальную цивилизацию, уклад нашей жизни. Под влиянием науки (в том числе) возрастает личностное начало, роль человеческого фактора  во всех формах деятельности.

Вместе с тем радикально изменяется и сама система научного познания. Размываются четкие границы  между практической и познавательной деятельностью. В системе научного знания проходят интенсивные процессы дифференциации и интеграции знания, развиваются комплексные и междисциплинарные  исследования, новые способы и  методы познания, методологические установки, появляются новые элементы картины  мира, выделяются новые типы объектов познания, характеризующиеся историзмом, универсальностью, сложностью организации, которые раньше не поддавались теоретическому (математическому) моделированию. Одно из таких новых направлений в  современном естествознании и представлено синергетикой.

Исторически развивающиеся  системы представляют собой более  сложный тип объекта даже по сравнению  с саморегулирующимися системами, так как с течением времени  они формируют новые уровни своей  организации, изменяют свою структуру, характеризуются принципиальной необратимостью процессов и т.п. Среди таких  систем особое место занимают природные  комплексы, в которые включен  человек (объекты экологии, медико-биологические  объекты, объекты биотехнологии, системы  человек — машина и др.).

Становление постнеклассической науки связано с изменением методологических установок естественно-научного познания: формируются особые способы описания и предсказания возможных состояний развивающегося объекта — построение сценариев возможных линий развития системы (в том числе и в точках бифуркации);

• идеал построения теории как аксиоматическо-дедуктивной системы все чаще сочетается с созданием конкурирующих теоретических описаний, основанных на методах аппроксимации, компьютерных программах и т.д.;
• все чаще применяются методы исторической реконструкции объекта, сложившиеся в гуманитарном знании;
• исследование развивающихся объектов требует изменения стратегии эксперимента: результаты экспериментов с объектом, находящимся на разных этапах развития, могут быть согласованы только с учетом вероятностных линий эволюции системы; в первую очередь это относится к системам, существующим лишь в одном экземпляре, — они требуют особой стратегии экспериментального исследования, поскольку нет возможности воспроизводить первоначальные состояния такого объекта;
• нет свободы выбора эксперимента с системами, в которые         непосредственно включен человек;
• изменяются представления классического и неклассического естествознания о ценностно-нейтральном характере научного исследования — современные способы описания объектов (особенно таких, в которые непосредственно включен человек) не только допускают, но даже предполагают введение аксиологических факторов в содержание и структуру способа описания (этика науки, социальная экспертиза программ и др.).