Контрольные задания по предмету «Концепции современного естествознания» (КЕИ-00)

Третьим основным фактором эволюции является обособленность группы организмов. Обособленность группы организмов необходима, чтобы она не могла скрещиваться с другими видами, передавать и получать от них генетическую информацию.

Тем не менее все вышеперечисленные факторы не объясняют механизма эволюции и его движущие силы. Движущей силой эволюции следует признать естественный отбор, который выступает в форме единства и борьбы внутри популяции, что ведет сначала к формированию разновидностей одного вида, а потом и к созданию нового вида.

Современная теория эволюции выделяет некоторые типы механизмов естественного отбора:

-стабилизирующий отбор, устраняющий отклонения от некоторой средней нормы. В этом случае новых видов не возникает;

-ведущий (движущий) отбор, который подхватывает малейшие изменения, способствующие улучшению приспособленности живых систем;

-дезруптивный отбор, при котором, в случае резкого изменения условий существования, группа особей среднего типа, попадая в неблагоприятные условия, погибает;

-балансированный отбор, при котором происходит смена адаптированных, или приспособленных форм;

-отбор с повышенной изменчивостью, когда выживают популяции, обладающие наибольшим многообразием.

Перечисленные типы редко встречаются в чистом виде. В живой природе в основном действуют их сложные сочетания.

Изменения и  дополнения эволюционной теории Ч. Дарвина  привели к созданию современной  теории эволюции, которая в свою очередь была дополнена и уточнена. В итоге возникла новая синтетическая  теория эволюции, представляющая собой  синтез эволюционных идей Ч. Дарвина  и результаты новейших биологических  исследований в области наследственности и изменчивости.

Синтетическая теория эволюции исходит из того, что:

1. элементарной единицей эволюции является популяция;
2. при исследовании живых организмов следует разграничивать макроэволюцию и микроэволюцию.

Термины «макроэволюция» и «микроэволюция» были введены русским генетиком Ю.А. Филипченко в 1927 г., а затем уточнены другим русским генетиком Н.В. Тимофеевым-Ресовским.

Микроэволюция – это эволюционные изменения, произошедшие за длительный период времени, результатом которых явилось возникновение надвидовых форм организации живого. Изменения в рамках микроэволюции доступны наблюдению, тогда как изменения в рамках макроэволюции, в силу их большой протяженности во времени могут быть только реконструированы задним числом.

К настоящему времени  сформулировано несколько правил макроэволюции  крупных групп организмов:

-эволюция не всегда идет от простого к сложному;

-исчезновение целых групп живых организмов в ходе эволюции обусловлено естественным отбором других групп, более приспособленных;

-у каждой группы организмов есть определенный средний темп эволюции;

-чем значительнее изменения в организмах высшего порядка, тем настоятельнее адаптации к условиям среды организмов низшего порядка;

-крупная группа организмов, выше уровня вида, возникает как результат приобретения в ходе эволюции качественно новых особенностей, дающих преимущество в борьбе за существование.

Эволюционная теория Дарвина явилась не только большим шагом в развитии биологии как науки, но она внесла значительный вклад в общее понимание законов развития живых систем. Она дала научное объяснение явлениям целесообразности развития живой природы, а также дала возможность выяснить соотношение случайности и необходимости в этом развитии, показав относительный характер целесообразности. То, что в одних условиях является целесообразным, в других становится вредным.

Необходимо  заметить, что теория Дарвина так  и не ответила на вопрос: что можно  считать прогрессом в органическом мире.

Задание 5.Какие существуют концептуальные подходы к изучению биосферы?

Ответ:

В учении о биосфере выделяют следующие  основные подходы:

 -энергетический, освещающий связь биосферно-планетарных явлений с космическими излучениями (в основном солнечными) и радиоактивными процессами в земных недрах; биогеохимический, отражающий роль живого вещества в распределении и поведении атомов (точнее их изотопов) в биосфере и её структурах;

-информационный, изучающий принципы организации и управления, осуществляемые в живой природе в связи с исследованием влияния живого вещества на структуру и состав биосферы; пространственно-временной, освещающий формирование и эволюцию различных структур биосферы в геологическом времени в связи с особенностями пространственно-временной организованности живого вещества в биосфере (проблемы симметрии и др.);

-ноосферный, изучающий глобальные эффекты воздействия человечества на структуру и химию биосферы: разработка полезных ископаемых, получение новых, отсутствовавших до того в биосфере веществ (например, чистые алюминий, железо и другие металлы), преобразование биогеоценотических структур биосферы (сведение лесов, осушение болот, распашка целинных земель, создание водохранилищ, загрязнение вод, почв и атмосферы продуктами хозяйственной деятельности, внесение удобрений, эрозия почв, лесонасаждение, строительство городов, плотин, промысловое хозяйство и т.д.)

Задание 6.Провести анализ состава вещества и химическим системам.

Ответ:

Для определения свойств вещества необходимо установить состав вещества, т.е. из каких элементов оно состоит. Свойства простых веществ и химических соединений зависят от их носителей, которые называют элементами. В современном представлении химические элементы представляют собой разновидности изотопов, т.е. атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра и отличающимися по массе. Здесь мы видим аналогию с концепцией атомизма, когда свойства вещества зависят от его мельчайших составных частей — атомов. Но это первый концептуальный уровень исследования химических свойств веществ. Второй уровень связан с изучением структуры вещества, т.е. взаимодействия элементов. (Например, химический элемент углерод может существовать как алмаз и как графит.) Третий уровень исследований химических веществ — исследование внутренних условий протекания химических процессов (температура, давление, скорость реакции и т.д.).

Великая заслуга Менделеева состоит в  том, что открыв периодический закон, он заложил фундамент для научных химических знаний. Он показал, что химические свойства находятся в периодической зависимости от атомного веса. Дальнейшее развитие науки позволило уточнить эту зависимость от атомного номера, определяемого зарядом ядра. Наука позволила определить различие между химической смесью и химическим соединением, которое должно обладать постоянным составом, в отличие от смеси. Наименьшей частицей, обладающей свойствами какого-либо вещества являются молекулы. Например молекула простого вещества кислорода О₂  образована из двух атомов и имеет все свойства кислорода как химического вещества (атомы кислорода имеют несколько другие свойства). Каким бы путем любое вещество не было получено, оно имеет постоянные свойства. Долгое время закон постоянства химического состава казался истиной, но потом были открыты химические соединения переменного состава в форме растворов и сплавов. Это и соединения полученные в разных условиях. Это связано с характером связей атомов в молекулах. К молекулам можно отнести различные квантово-механические системы (ионные, атомные монокристаллы, полимеры и др. макромолекулы) Таким образом химическое соединение — это не только сложное вещество, состоящее из нескольких элементов, но оно может состоять и из одного элемента.

Рассматривая  химические системы необходимо знать, что ее свойства зависят не только от состава и строения элементов, но и от их взаимодействия. Поэтому при изучении химических систем ученым приходиться изучать и их структуру. Например, в такой химической системе, как молекула, именно характер взаимодействия составляющих ее атомов определяет свойства молекулы.

С другой стороны часто свойства химической системы зависят от условий получения. Условия могут оказать влияние на характер и результат химических реакций. Это и термодинамические факторы (температура, давление) и использование катализаторов.

Задание 7.Описать и привести примеры методов деления растительной и животной клеток.

Ответ:

Хотя  все клетки появляются путем деления  предшествующей клетки, не все они  продолжают делиться. Например, нервные  клетки мозга, однажды возникнув, уже  не делятся. Их количество постепенно уменьшается; поврежденные ткани мозга  не способны восстанавливаться путем  регенерации. Если же клетки продолжают делиться, то им свойствен клеточный  цикл, состоящий из двух основных стадий: интерфазы и митоза. Сама интерфаза  состоит из трех фаз: G1, S и G2. Ниже указана  их продолжительность, типичная для  растительных и животных клеток. G1 (4-8 ч). Это фаза начинается сразу после  рождения клетки. На протяжении фазы G1 клетка, за исключением хромосом (которые  не изменяются), увеличивает свою массу. Если клетка в дальнейшем не делится, то остается в этой фазе. S (6-9 ч). Масса  клетки продолжает увеличиваться, и  происходит удвоение (дупликация) хромосомной  ДНК. Тем не менее хромосомы остаются одинарными по структуре, хотя и удвоенными по массе, так как две копии каждой хромосомы (хроматиды) все еще соединены друг с другом по всей длине. G2. Масса клетки продолжает увеличиваться до тех пор, пока она приблизительно вдвое не превысит начальную, а затем наступает митоз.

                                                            МИТОЗ

 
После того как хромосомы удвоились, каждая из дочерних клеток должна получить полный набор хромосом. Простое деление  клетки не может этого обеспечить - такой результат достигается  посредством процесса, называемого  митозом. Если не вдаваться в детали, то началом этого процесса следует  считать выстраивание хромосом в  экваториальной плоскости клетки. Затем  каждая хромосома продольно расщепляется на две хроматиды, которые начинают расходиться в противоположных  направлениях, становясь самостоятельными хромосомами. В итоге на двух концах клетки располагается по полному  набору хромосом. Далее клетка делится  на две, и каждая дочерняя клетка получает полный набор хромосом. Ниже приводится описание митоза в типичной животной клетке. Его принято разделять  на четыре стадии.

I. Профаза. Особая клеточная структура  - центриоль - удваивается (иногда  это удвоение происходит в  S-периоде интерфазы), и две центриоли  начинают расходиться к противоположным  полюсам ядра. Ядерная мембрана  разрушается; одновременно специальные  белки объединяются (агрегируют), формируя  микротрубочки в виде нитей.  Центриоли, расположенные теперь  на противоположных полюсах клетки, оказывают организующее воздействие  на микротрубочки, которые в  результате выстраиваются радиально,  образуя структуру, напоминающую  по внешнему виду цветок астры  («звезда»). Другие нити из микротрубочек протягиваются от одной центриоли к другой, образуя т.н. веретено деления. В это время хромосомы находятся в спирализованном состоянии, напоминая пружину. Они хорошо видны в световом микроскопе, особенно после окрашивания. В профазе хромосомы расщепляются, но хроматиды все еще остаются скрепленными попарно в зоне центромеры - хромосомной органеллы, сходной по функциям с центриолью. Центромеры тоже оказывают организующее воздействие на нити веретена, которые теперь тянутся от центриоли к центромере и от нее к другой центриоли.

II. Метафаза. Хромосомы, до этого  момента расположенные беспорядочно, начинают двигаться, как бы  влекомые нитями веретена, прикрепленными к их центромерам, и постепенно выстраиваются в одной плоскости в определенном положении и на равном расстоянии от обоих полюсов. Лежащие в одной плоскости центромеры вместе с хромосомами образуют т.н. экваториальную пластинку. Центромеры, соединяющие пары хроматид, делятся, после чего сестринские хромосомы полностью разъединяются.

III. Анафаза. Хромосомы каждой пары  движутся в противоположных направлениях  к полюсам, их как бы тащат  нити веретена. При этом образуются  нити и между центромерами парных хромосом.

IV. Телофаза. Как только хромосомы  приближаются к противоположным  полюсам, сама клетка начинает  делиться вдоль плоскости, в  которой находилась экваториальная  пластинка. В итоге образуются  две клетки. Нити веретена разрушаются,  хромосомы раскручиваются и становятся  невидимыми, вокруг них формируется  ядерная мембрана. Клетки возвращаются  в фазу G1 интерфазы. Весь процесс  митоза занимает около часа. Детали  митоза несколько варьируют в  разных типах клеток. В типичной  растительной клетке образуется  веретено, но отсутствуют центриоли.  У грибов митоз происходит  внутри ядра, без предшествующего  распада ядерной мембраны. Деление  самой клетки, называемое цитокинезом,  не имеет жесткой связи с  митозом. Иногда один или несколько  митозов проходят без клеточного  деления; в результате образуются  многоядерные клетки, часто встречающиеся  у водорослей. Если из яйцеклетки  морского ежа удалить путем  микроманипуляций ядро, то веретено после этого продолжает формироваться и яйцеклетка продолжает делиться. Это показывает, что наличие хромосом не является необходимым условием для деления клетки. Размножение с помощью митоза называют бесполым размножением, вегетативным размножением или клонированием. Его наиболее важный аспект - генетический: при таком размножении не происходит расхождения наследственных факторов у потомства. Образующиеся дочерние клетки генетически в точности такие же, как и материнская. Митоз - это единственный способ самовоспроизведения у видов, не имеющих полового размножения, например у многих одноклеточных. Тем не менее даже у видов с половым размножением клетки тела делятся посредством митоза и происходят от одной клетки - оплодотворенного яйца, а потому все они генетически идентичны. Высшие растения могут размножаться бесполым путем (с помощью митоза) саженцами и усами (известный пример - клубника).