суббота, 14 января 2012 г.

Основы современного естествознания-4


В качестве особого царства живых организмов выступают животные, многоклеточные эукариоты, характерными признаками которых считаются способность к активному движению и развитию, гетеротрофность (питание готовым органическим веществом), многотканевое строение и особенности размножения (оогамия, особое строение и развитие зародыша). Как гетеротрофы животные разделяются на травоядных, хищников, всеядных и паразитов. На клеточном уровне животным свойственно наличие актин-миозинового комплекса и хитина в клеточной оболочке и запасы гликогена. Эластичная оболочка животной клетки обеспечивает способность передвижения, функционально важного для питания. Область биологии, связанная с исследованием животных, – зоология.
Ранее к животным относили протистов, теперь они выделяются в качестве отдельного царства, также как грибы, занимающего промежуточного состояние между растениями и животными. Протисты – разнородная сфера обитающих во влажной среде одноклеточных или колониальных организмов с простейшим устройством, близких животным подвижностью и гетеротрофией, но также напоминающих растения способностью к фотосинтезу. Среди протистов выделяются саркомастигофоры (передвигаются посредством жгутиков или ложноножек), инфузории (для движения используют реснички) и споровики (неподвижные или производящие особое «скользящее» движение паразиты). Считается, что именно от протистов возникли первые животные возникли в конце протерозоя.
В начале кебрийского периода происходит быстрый рост объема и усложнение разнообразия фауны (т.н. «кембрийский взрыв»). В ходе дальнейшей эволюции животных, как и растений, сменялись периоды господства одних видов над другими, что часто приводило к вымиранию определенных видов. Наиболее массовое вымирание видов (до 95% всех живых существ) формирует переход от палеозою к мезозою, но в ходе эволюции  выделяются еще четыре массовых вымирания видов. Современное состояние фауны нестабильно и также может быть оценено как массовое исчезновение видов, причиной которого выступает человеческая деятельность.
Царство животных в целом разделяется на два подцарства – прометозои и эуметазои. Прометозои (губки и происходящие от них пластинчатые) отличаются от других животных простотой организации – несмотря на дифференциацию клеток, они в большинстве случаев не формируют ткани, в следствие чего у них отсутствуют нервная и мышечная системы, рот и кишечник. Эуметазои характеризуются настоящей многоклеточной структурой (вследствие чего их также называют настоящими многоклеточными), наличием нервных и мышечных клеток, особых межклеточных соединений и особенностей размножения. Среди эуметозоев выделяются кишечнополостные (или отдельные подклассы гребневиков и стрекающих, включающих медузы, кораллы и анемоны) и биалатерии. Кишечнополостным свойственна радиальная симметрия (вследствие чего они также называются радиальными), двуслойность (разделение наружных покровов и выстилки кишечной полости) и наличие двух листков у зародыша, у них есть разделение тканей, но все еще нет особых органов дыхания и выделения, их нервная система представляет собой сплетение (плексус) нервных клеток, концентрирующихся в органы чувств. Билатерии, или двусторонне симметричные, – обширная разновидность настоящих многоклеточных, характеризующихся в большинстве случаев зеркальным повторением левой и правой половин тела, особым строением (выделение различных органов чувств, рта и ануса, головы, трех листков зародыша и пр.). Билатерии разделяются на первичноротых и вторичноротых. Первичноротые (такие, как моллюски, членистоногие, а также круглые, плоские и кольчатые черви) характеризуются тем, что в развитии зародыша на месте первичного рта образуется рот, а в некоторых случаях также анус. Моллюски (мягкотелые) – свободноживущие организмы (среди которых выделяются осьминоги, кальмары и улитки), в теле которых чаще всего выделяются голова с головным мозгом, нога и туловище со всеми основными внутренними органами. Членистоногие – наиболее обширная и населяющая практически все среды обитания группа живых организмов, включающая в себя насекомых, ракообразных, паукообразных и многоножек. Членистоногие характеризуются наличием хитинового наружного скелета, разделением тела на голову и грудь (иногда сливаются в головогрудь), брюшко, головной мозг и хорошо развитые органы чувств, а также членистые конечности, выполняющие функции передвижения, защиты, захвата и дыхания. Насекомые – самый многочисленный (насчитывается более миллиона видов, около 80 % всех животных на Земле) класс относительно просто организованных, узко специализированных и чрезвычайно плодовитых животных (включающий в себя бабочек, жуков, муравьев, мух), часто вступающих в симбиоз с растениями и в некоторых случаях использующихся человеком (пчелы, шелкопряды и пр.). 
В отличие от первичноротых у вторичноротых на месте первичного рта образуется анус, а ротовое отверстие возникает в передней части тела.  Втроичноротые делятся на щетинкочелюстных, иглокожих, полухордовых и хордовых. Щетинкочелюстные (морские стрѐлки) – образующие планктон свободноплавающие (передвижение сокращениями мускулов, изгибающими тело вверх и вниз) морские хищники со стреловидным полупрозрачным телом с боковыми (неподвижными, обеспечивающими равновесие при плавании) и хвостовыми плавниками, на голове имеющие щетинки для захвата добычи, а также обладающие примитивными глазами, органами осязания и обоняния, а также механорецепторами, улавливающими перемещения воды, вызываемые другими организмами. Иглокожие (морские звезды, морские ежи, морские лилии, морские огурцы (голотурии) и змеехвостки (офиуры)) – морские донные свободноживущие или сидячие животные, обладающие вторично-приобретенной радиальной симметрией тела (все они также имеют пятилучевую стадию развития) с оральной (со ртом) и аборальной (чаще всего с анусом) сторонами тела, с эндоскелетом из известковых пластинок, нередко образующим иглы или шипы, а также с лучами (руками) и примитивными глазами.
Полухордовые – морские донные червеобразные животные (считающиеся переходным типом между иглокожими и хордовыми) с выделением воротника, туловища и хоботка или головного щита. Хордовые – наиболее молодой тип животных, для которого характерно наличие у эмбриона длинного эластичного продольного тяжа (хорды), в большинстве случаев (у позвоночных) в последующем развитии заменяющегося позвоночником. Наиболее прогрессивным (высокоорганизованным) видом хордовых считаются позвоночные, которые наряду с насекомыми являются доминирующей группой животных на земле. Позвоночным свойственны активное перемещение и смена мест обитания, быстрый обмен веществ, значительная дифференциация пищеварительной, кровеносной и нервной (с защищенным черепом высокоразвитым головным мозгом, спинным мозгом и разнообразными сложно устроенными органами чувств) систем тела. Важнейшими надклассами позвоночных являются рыбы и наземные позвоночные (четвероногие). Рыбы – около половины объема позвоночных, обитающие в водной среде челюстные, для которых характерно жаберное дыхание, подвижный череп, обеспечивающие плавание плавники, а также в большинстве случаев кожа с чешуей. Среди рыб выделяются хрящевые и костные, а также вымершие панцирные рыбы. Древние кистеперые рыбы считаются предками наземных позвоночных.
Из всех наземных позвоночных рыбам наиболее близки земноводные (амфибии) –хищники (включающие в себя тритонов, саламандр, лягушек и червяг), размножение и развитие у которых проходит в воде, а взрослые особи обитают на суше. Земноводным свойственна гладкая тонкая кожа, выделение головы с плоским и широким черепом, защищающим дифференцированный головной мозг, туловища с легкими, пятипалых конечностей и в некоторых случаях хвоста. Более сложным строением обладают пресмыкающиеся (рептилии), класс четвероногих, включающий черепах, крокодилов, ящериц, змей и др. Их скелет дифференцирован на шейный, туловищный, крестцовый и хвостовой отделы, череп – более окостеневший, более сложно устроена пищеварительная система, сердечно-сосудистая и нервная (с выделением особого органа тепловой чувствительности) системы, кожа образует чешуйки (щитки), у черепах срастающиеся в панцирь. Исторически пресмыкающиеся доминировали во всех экосистемах мезозоя, но в конце мелового периода большая их часть вымерла (включая динозавров) под влиянием климатических изменений в результате падения метеорита. По существующим сегодня представлениям, именно от рептилий (динозавров) возникла следующая группа наземных позвоночных – птицы.
Птицы в отличие от других наземных позвоночных отличаются тем, что их передние конечности имеют форму крыльев, что предопределяет их способность к полету (несмотря на то, что многие птицы являются нелетающими). Приспособление птиц к полету также сказывается в их оперении, в легком и прочном скелете, и приспособленном к полету хвосту (современные птицы веерохвосты), в особенностях органов дыхания и пищеварения. Изучаемые орнитологией птицы также предстают яйцекладущими и теплокровными позвоночными, характеризующимися интенсивным обменом веществ, наличием клюва и четырехкамерного сердца. Многие птицы имеют кочевой образ жизни, некоторые совершают регулярные сезонные перелеты между разными регионами Земли. Для экономики важнейшее значение имеют домашние птицы (первые прирученные птицы – голуби, а также куры, утки, гуси и пр.), многие птицы используются человеком в эстетических целях (попугаи, павлины, лебеди и др.).
Помимо земноводных, пресмыкающихся и птиц к наземным позвоночным относятся и млекопитающие. Млекопитающие характеризуются вскармливанием детенышей молоком, теплокровностью, развитым головным мозгом, а также в большинстве случаев живорождением, наличием волосяного покрова, потовых и сальных желез, четырехкамерным сердцем. Считается, что млекопитающие произошли в триасовом периоде мезозоя от пресмыкающихся (цинодонтов). Основными подклассами млекопитающих называются первозвери (включают ехидн и утконосов) и звери, в свою очередь разделяющиеся на сумчатых и плацентарных. Важнейшей подгруппой плацентарных являются приматы, от которых, в соответствии с современной научной парадигмой произошел человек. К плацентарным также относятся важнейшие одомашненные животные, без которых невозможно существование современной экономики, – собаки, коровы, лошади и пр. 
==
Популяционный уровень задается структурированным взаимодействием организмов одного вида на определенной территории с относительно однородными условиями обитания в течении длительного времени. Популяция характеризуется общим генофондом, изменчивостью и саморегуляцией, определенными численностью и плотностью, распределением и сцеплением особей, а также относительной замкнутостью по отношению к другим группам, представляющим вид. При этом конкретные особи в популяции варьируются по возрасту, полу и генотипу, оставаясь тесно взаимосвязанными между собой в рамках самовоспроизводства популяции. При постоянном изменении числа особей популяции существует характерный для каждого вида и конкретной экосистемы (биогеоценоза) верхний лимит численности, при достижении которого популяция перестает расти, а также нижний предел, при переступании которого популяция будет считаться вымирающей. Стабильной считается популяция, в которой обеспечивается баланс рождаемости и смертности. По площади занимаемого ареала выделяются локальная (элементарная – занимает небольшой участок экосистемы), экологическая (занимает всю экосистему) и географическая популяции (занимает разные экосистемы) популяции. 
Накопление свойств, отличающих данную популяцию от других, служит важнейшим условием эволюции и внутреннего разнообразия вида. Исследующая популяции популяционная генетика раскрывает генофонд популяции в его мутагенезе и дрейфе генов, в том числе изоляцию и панмиксию, генные вариации (аллели) и пр. Фактически в популяции сохранение генофонда превалирует над самосохранением отдельных особей, что и предопределяет их поведение. Вместе с тем, в популяции может наблюдаться и большое генетическое и морфологическое разнообразие (в этом случае говорят о ценнопопуляции). Поэтому важнейшей областью популяционной биологии предстает также анализ форм кооперации и социальных систем, формирующихся в мире живого.
Вследствие взаимовыгодного сотрудничества в мире животных формируются социальные общности зачастую с таким уровнем специализации особей, что они по отдельности не способны к выживанию. Сложные системы коммуникаций, стремление к близости (когезия) и постоянство состава – важнейшие черты таких разных типов сообществ животных, как колониальные организмы, или состоящие из множества организмов суперорганизмы, а также стаи, стада, табуны и пр. В ряде случаев социальная организация животных раскрывается на нескольких уровнях, например, в случае объединения в стаю разных семейных групп. В рамках общности более эффективно добывается пища и другие ресурсы, осуществляются защита и забота о потомстве.
Высшее проявление социальной организации животных называется эусоциальностью, что подразумевает разделение труда и часто соответственные групповые (кастовые) различия особей, включая репродуктивную специализацию, а также совместный уход за потомством и перекрывание (совместное существование) нескольких поколений. Эусоциальность особенно сильно выражается среди насекомых (муравьев, пчел, ос, термитов), но характеризует и другие виды, даже млекопитающих (голые и дамарские землекопы). Эусоциальность характеризует популяцию как носителя «коллективного интеллекта», способности группы принимать решения, несводимые к решению отдельных индивидов.
Эусоциальность проявлется в формировании систем доминирования-подчинения (иерархий) в популяциях. У многих видов во главе иерархии стоит одна особь – альфа-самец (вожак) или альфа-самка, которые не только устанавливают иерархические отношения в популяции, но чаще всего также обладают приоритетом в доступе к воде, пище и другим ресурсам, а также являются доминирующей репродуктивной особью, иногда приобретая характерные вторичные половые признаки, стимулируемые повышенным уровнем гормонов. При этом в некоторых популяциях существуют параллельные половые иерархии, в ряде случаев ранги доступа к основным ресурсам не совпадают с доминированием в размножении. В агонистических иерархиях установление и – реже – поддержание иерархии часто подразумевает открытую агрессию, однако функционально иерархия подразумевает, напротив, снижение проявлений агрессии в популяции. В гедонистических иерархиях ранг особи определяется структурой внимания к ней других особей.
Конструктивно иерархии также могут быть организованы различным образом. Сквозная иерархия означает выделение одного вожака над неразделенной массой прочих особей. Линейная иерархия означает, что вся популяция ранжируется на транзитивные позиции (альфа подчиняет бета, бета – гамма и т.д.), причем агрессия может проявляться только доминантом в отношении к субдоминанту. Круговая (кольцевая) иерархия подразумевает нарушение транзитивности доминирования в популяции (альфа подчиняет бета, бета подчиняет гамма, но при этом гамма подчиняет альфа), при этом существует особь, подчиненная всем. Существуют также более сложно организованные системы, такие как поведенческая иерархия (одна особь доминирует в питании, другая – в размножении) или сетевая организация, в рамках которой, например, выполняемая в конкретное время роль определяет место особи в иерархии.
В социальной коммуникации животные проявляют столь сложные интеллектуальные способности, как социальная идентификация (определение места конкретной особи в социальной структуре) и социальная навигация (способность координировать свое поведение с поведением других особей на основе оценки и прогноза последствий их действий, в том числе способность манипулировать другими). Коммуникация между животными осуществляется посредством экспрессивных звуков, особых поз и меток (обонятельных, вкусовых или визуальных обозначений принадлежности ресурсов, прежде всего территории). При этом до недавнего времени предполагалось, что эти знаки не образуют особого языка, однако исследования второй половины ХХ – начала ХХI в. показали, что животные и даже растения используют особые типы второй сигнальной системы и имеют даже культуру в примитивном виде (у разных популяций приняты разные языки). Так было выявлено, что собаки обладают развитым языком, насчитывающим десятки сигналов примирения, а человекообразные обезьяны способны не только обучаться словам или знакам в общении с людьми, но и передавать их друг другу, а также изобретать новые. Наиболее развитой языковой системой считается речь (свист) дельфинов, в которой выделяют, как и в человеческой, шесть уровней организации – звук, слог, слово, фраза, абзац, контекст, а «словарный запас» дельфиньего языка насчитывает десятки тысяч сигналов. 
Описанием взаимодействия особей в популяции занимается этология, наука о поведении животных. Зачастую этологию рассматривают как раздел социобиологии, раскрывающей общественные связи между животными на основе генетики и экологии. При этом этология не связана лишь с описанием социального поведения животных, она также раскрывает их интеллектуальные способности, особенности поведения по отношению к другим видам животных, а также среде обитания. Но важнейшей областью этологии является исследование именно коммуникации и социального поведения животных, в том числе проблемной для эволюционизма стратегии родственного альтруизма (этонепотизма). В отличие от взаимного альтруизма, основы симбиоза, этнонепотизм – обеспечение особью повышения приспособленности или репродуктивного успеха родственных особей в ущерб своим. В этологии этнонепотизм считается продуктивной эволюционной стратегией, поскольку им обеспечиваются интересы генофонда популяции в противовес интересам отдельной особи. Биологический альтруизм, наряду с упорядоченными поведенческими системами коммуникации и социальной организации, в этологии считаются прототипом человеческой морали и общественной системы.
==
Взаимодействие популяций растений и животных, активно использующих и преобразующих геологические ресурсы, формирует следующий уровень организации живого – биогеоценотический (экосистемный). Биогеоценоз (экосистема, к примеру, луг, лес или пруд), складывается в ходе эволюции на определенной территории как особая энергетическая система и характеризуется большей или меньшей однородностью и устойчивостью, функциональной взаимосвязью косного вещества (абиотической среды) и живых организмов. Биотоп – важнейшая составляющая биогеоценоза, представляет собой систему неорганических веществ и энергии, питающей живые организмы. Важнейшими составляющими биотопа чаще всего предстают атмосфера, литосфера и гидросфера, а также энергия солнца или в редких случаях других источников (в частности, вулканической активности или разложения живых существ). Климатическая специфика биотопа (температура, давление, интенсивность поступления энергии, концентрация определенных минеральных веществ и пр.) задает возможности развития на его основе биоценоза.
Биоценоз – подсистема живого в составе биогеоценоза. В биоценозе популяции различных видов растений и животных организованы в пищевые цепи, в основе которых – продуценты (автотрофы, растения и некоторые разновидности бактерий), создающие органическое вещество из неорганического. Величина первичной продукции органического вещества определяет основные характеристики биогеоценоза, в частности – его распространенность и толщу. Продуценты потребляются в пищу консументами (гетеротрофами) первого порядка (или первичными консументами), такими, как паразитические растения и большая часть бактерий, грибы и растительноядные животные. В свою очередь они становятся пищей для консументов второго порядка (или вторичными консументами – хищниками и паразитами). Для описания некоторых биогеоценозов существенно выделение более высоких порядков консументов. Важную роль в пищевой цепи также играют редуценты (восстановители или сапрофаги), разлагающие погибнувшие организмы в минеральные вещества, которые вновь используются продуцентами. Это обеспечивает круговорот веществ в биогеоценозе, а зачастую и изменяет биотоп настолько, что в нем прививаются принципиально новые для биогеоценоза организмы.
Помимо определяющих пищевые цепи трофических связей в биоценозе существуют и связи топические, связанные с тем, что одни организмы выступают субстратом или предопределяют черты среды для других организмов. Топические связи ярко проявляются в консорции, – подструктуре биогеоценоза, формирующейся на основе чаще всего зеленого растения (эдификатора или ядра консорция, например, ели, ковыля, осоки и пр.), формирующего вокруг себя микросреду, необходимую для существования других организмов (консортов) – бактерий, грибов, животных и пр. Часто консорций выгоден лишь зависимым организмам (комменсализм), но в некоторых случаях он перерастает во взаимовыгодное сотрудничество организмов (муталистический симбиоз).
Важными характеристиками биогеоценоза являются границы и толща, число различных обитающих в нем видов (видовые состав и разнообразие), а также устойчивость.  Границы биогеоценозов чаще всего определяются мерой распространения растительных популяций (фитоценозов) и географическими особенностями местности. Толща биогеоценоза описывает его вертикальную распространенность, причем наибольшая включает в себя надземные, подземные и подводные части. Толща биогеоценоза подразделяется на различные «горизонты» (собственно вертикальное ее членение), а также на парцеллы (относительно обособленные комплексы популяций, выделяющиеся в горизонтальном разделении). Видовые состав и разнообразие фиксируют количество и вариативность видов, распределение биомассы между видами, выражая однородность и насыщенность биогеоценоза, что предопределяет его устойчивость. Считается, что видовое разнообразие конкретного биогеоценоза обратно пропорционально количеству особей в нем, поскольку при разнообразных благоприятных условиях растет число видов, и конкуренция между ними ограничивает число особей популяции, тогда как при неблагоприятных условиях межвидовая конкуренция ослабевает, что способствует увеличению числа особей каждого вида (принципы Августа Тинемана). Каждый биогеоценоз подразумевает определенное число взаимосвязанных позиций (экологических ниш), по занятости которых разделяются насыщенные и ненасыщенные системы. В насыщенном биогеоценозе все экологические ниши заняты, а потому иммиграция видов возможна лишь при вытеснении других видов, в ненасыщенном – возможно свободное занятие пустующих экологических ниш. Наконец, устойчивость биогеоценоза является следствием адаптации видов друг к другу и к среде, она подразумевает сохранение баланса в системе. Неустойчивые, прежде всего формирующиеся биогеоценозы могут существенно изменяться под влиянием случайных факторов. Устойчивость системы определяется возможностью системы противостоять внутренним и внешним изменениям. В биогеоценозе постоянно происходят кратковременные изменения, важнейшей причиной которых предстают колебания погодных условий, в том числе циклические (суточные и сезонные). Но при определенной силе (глубине) воздействия биогеоценоз теряет устойчивость, изменения становятся необратимыми, что приводит к замене одного биогеоценоза другим.
В биогеоценозе иногда также выделяют мероценоз как его основную подструктуру, микро-биоценоз, привязанный к меротопу (микротопу), – биотопу небольших размеров (например, лист, цветок, плод, кора, корень или камень). В свою очередь надструктурой биогеоценоза считается биом (макро-экосистема или природная зона), – относительно обособленная система биогеоценозов, сложившаяся на крупной территории, характеризующаяся особым типом растительности (например, листопадные деревья или злаки), климатическими или ландшафтными особенностями региона. В качестве такого рода биомов предстают саванны, тундры, степи, пустыни и т.д.
Высшее объединение всего живого – биосфера. Биосфра на Земле (теоретически она может существовать и на других космических телах) как основная оболочка объемлет нижнюю часть атмосферы (прежде всего тропосферу), верхнюю часть литосферы и гидросферу практически во всем ее объеме. Биосфера – важнейшая геологическая сила, существенно изменяющая состав атмосферы и литосферы. В составе биосферы важнейшее значение имеет круговорот веществ и обмена энергией – биогеохимические циклы. В них выделяются органическая (в которой вещество находится в составе живых организмов) и неорганическая фазы. Важнейшими основами биогеохимических циклов являются энергия Солнца, за счет которой организмы синтезируют органические вещества (фотосинтез), вода – уникальное по свойствам вещество, послужившее основным субстратом развития живого, – углекислый газ, а также ряд иных химических веществ, задающих хемосинтез (синтез органики за счет окисления неорганических веществ), используемых в дыхании и брожении. Биосфера в целом характеризуется относительной устойчивостью, однако она как в общем, так и в частностях постоянно необратимо изменяется в ходе постоянно ускоряющейся по темпам эволюции, характеризуясь все большим распространением. Современное состояние биосферы определяется сильным значением разумной жизни и в силу этого приобретает характер ноосферы.
==
Человек – совершенно уникальное существо, и именно в силу его уникальности в современном знании обособился особый блок наук, его исследующих (гуманитарные науки). Вместе с тем, человек – представитель живого, и как таковой он исследуется естественными науками, а именно – биологией. Современная гуманитаристика (в особенности – психология и социология) все в большей мере ориентируется на данные биологии и физиологии человека. В свою очередь, некоторые разделы и направления естествознания (популяционная биология, синергетика и пр.) также активно используют разработки гуманитарных наук.
Важнейшими физическими чертами человека в естествознании представляются развитый головной мозг, прямохождение и особая конструкция кисти руки, приспособленная к использованию орудий труда. Формирование именно этих особенностей – основа антропогенеза, происхождения человека. Научная концепция антропогенеза, разработанная Чарльзом Дарвином, Томасом Гексли и Эрнстом Геккелем, противопоставляется религиозной картине происхождения человека. Бог, как считается в религиях Писания, сотворил человека по своему образу и подобию из земли, в результате чего каждый из людей характеризуется двойственностью духовной и материальной природы. Принятая сегодня в естествознании концепция подразумевает длительный эволюционный процесс происхождения людей от обезьяноподобных предков под влиянием изменений окружающей среды. Эволюционная версия антропогенеза часто дополняется развитой Фридрихом Энгельсом трудовой концепцией, в соответствии с которой труд считается основной движущей силой преобразования обезьяны в человека. Именно рост производительной деятельности в соответствии с трудовой концепцией требовал увеличения интеллектуальных усилий, что способствовало росту объема головного мозга и усложнения его структуры, а также освобождения рук (прямохождения) и специализации кисти для изготовления и использования орудий труда, в результате чего и возник человек.
В рамках современных научных представлений считается, что первоначальные стадии антропогенеза происходили на территории Африки, и именно оттуда предки современных людей несколькими волнами выходили, расселяясь по всей территории Земли. Ранее в качестве исторической прародины человечества рассматривались Азия (территория Индии и Пакистана) и южная Европа, существовала также гипотеза антропогенетического полицентризма, предполагавшая, что различные расы людей возникли в разных регионах Земли. Однако, данные археологии и исторической генетики в пользу гипотезы африканской прародины людей. Относительно динамики антропогенеза ранее преобладала стадиальная теория, в рамках которой предполагалась последовательная смена видов, сегодня же принята концепция сетевидной эволюции, подразумеваеющая сосуществование, конкуренцию и скрещивание разных видов, для которых важное значение имели миграции и взаимоотношение видов. Сетевидная концепция также означает неравномерность образования прогрессивных признаков, объединявшиеся в комплексы, свойственные новому виду вследствие скрещивания прежних видов.
Первоначальным прогрессивным признаком, знаменовавшим переход от обезьян к человеку, в научной концепции антропогенеза считается прямохождение. Вывод о прямохождении делается учеными на основании исследования ископаемых останков по положению на черепе затылочного отверстия (направлено вниз, расположено в центре основания черепа), по строению костей ног (длиннее рук, широкий и низкий таз, характерное устройство коленного и голеностопного суставов, а также стопа с выраженным подъемом и прямыми короткими пальцами) и рук (сравнительно короткие с прямыми пальцами). Ранее считалось, что предки человека приобрели прямохождение как адаптацию к наземной жизни вследствие исчезновения под влиянием похолодания деревьев, на которых обитали их предки, но позднее было доказано, что бипедализм образовался у них еще при существовании лесов. Другая гипотеза объясняет двуногость необходимостью освобождения рук для использования орудий труда, однако, данные археологии говорят, что труд сформировался позднее, чем бипедализм, и вероятнее всего является его следствием. Сегодня используется гипотеза Оуэна Лавджоя, по которой причиной бипедализма были социальные и сексуальные факторы, прежде всего – практики заботы о потомстве и обмена пищей, способствовавшие многочисленности потомства.
Другим важным каналом эволюции возможных предков людей был переход от растительной к животной пище, сказавшийся на длительной трансформации черепа. В отличие от грубого растительного рациона (орехи), требующего для перемалывания мощных челюстей и зубов, более мягкая мясная пища привела к уменьшению зубов и челюстей (т.н. облагораживанию лица). Предполагается, что в целях охоты человеческие предки начали изготавливать и использовать примитивные орудия (ранее считалось, что изготовление орудий труда – особенность человека, но в современной науке было доказано, что некоторые разновидности обезьян также их изготавливают). Вероятно, использование орудий труда и прогресс социальных практик способствовали росту объема головного мозга. Постепенное накопление этих видовых изменений вылилось в преобразование сахелантропов (около 7 млн. лет назад) сначала к орроринам (6 млн. лет назад), а затем – через австралопитеков и ардипитеков (с 5,5 млн. лет назад) – к людям.
Переход от австралопитеков к людям (около 2 млн. лет назад) связан со значительным ростом объема головного мозга, также постепенно увеличивается рост, исчезают обезьяньи черты лица и формируется специализированная кисть (с сильным запястьем, противопоставлением большого пальца кисти и широкими конечными фалангами пальцев) для использования орудий труда. Первые люди – умелые (Homo habilis) и возможно длительно сосуществовавшие с ними прямоходящие (Homo erectus), как считается, начали обрабатывать гальку характерными сколами режущего края, что создало первую культуру т.н. «каменного века» – галечную, или олдувайскую культуру. Следующий вид, люди работающие (Homo ergaster), характеризующиеся резким увеличением размеров тела, вероятно, следствием роста доли животной пищи в его рационе, считаются возможными изобретателями обоюдоострого рубила и первыми пользователями огня, заложив тем самым основу для ашельской культуры, активно развитой (изготовление деревянных копьев) преемственными видами – в том числе человеком-предшественником (Homo antecessor) и гейдельбергским человеком.  К этому времени также относят первые свидетельства каннибализма, ставшего впоследствии распространенным среди их потомков – неандертальцев и людей разумных. Неандертальцы, появившиеся около 140 тысяч лет назад, обладали массивным «бочкообразным» телосложением с большой головой (объем головного мозга превышал показатели современных людей) и короткими руками. Считается, что они активно употребляли язык и создали особую (мустьерскую) культуру, в которой находят истоки искусства (первые украшения и изображения), науки (свидетельства первых медицинских операций) и религии (ритуалы почитания умерших, культы медведей и зубров).
Неандертальцы длительно сосуществовали, конкурируя, но иногда скрещиваясь с кроманьонцами, анатомически почти идентичными современному человеку ранними людьми разумными, появившимися в основном в Европе 40 тыс. лет назад. Основной причиной исчезновения неандертальцев и других видов первобытных людей считают именно вытеснение их кроманьонцами, эволюционным преимуществом которых было сильное развитие социальности (предопределившее, в том числе, их численное превосходство), материальным свидетельством которого считается развитие тех областей мозга (лобная, теменная и височная доли, в особенности зоны Брока и Вернике), которые способствуют речи, воображению и абстрактному мышлению (в том числе планированию, моделированию и самоанализу, что предопределяет способность к действиям, независимым от инстинктов, а также формирование приобретенных потребностей), а также практикам альтруизма. У кроманьонцев появились первые поселения, в которых они жили общинами из нескольких десятков человек. Совместная охота (с изобретением лука и стрел) и собирательство, а впоследствии – общинное земледелие («неолитическая революция» – окультуривание растений и изобретение плуга) и скотоводство (одомашнивание животных), способствовали быстрому развитию языка (изобретение письменности), материальной и духовной культур. У людей разумных появляются сложные формы искусства (объемные изображения, многофигурные композиции, высокий символизм), религии (тотемизм, магия, развитие от анимизма и политеизма – к монотеизму), науки (медицина, астрономия, химия, математика), экономики (торговля, промышленное разделение труда, прогрессивное ремесленное производство) и морали (формирование моральных кодексов и этикета, сложное расслоение общества, переросшее в государство). 

Основы современного естествознания-3


Ряд органических веществ составляют основу живого, особой сферы действительности, подразделяющейся на клеточный, организменный, популяционный, биогеоценотический и биосферный уровни. Основы существования жизни рассматривает органическая химия, живое как целостную сферу мира – биология. Живое может определяться по своему составу (формируется на основе белков и органических соединений), а также по основным своим свойствам – самосохранению, самовоспроизводству и эволюции, обмену веществ, активной реакции на внешние раздражители и особым способам взаимодействия. Эти свойства считаются относимыми к живому начиная с уровня клетки, однако, вопрос о происхождении живого заставляет ученых рассматривать некоторые органические соединения в качестве также возможных носителей этих свойств. 

 В противовес представлению, что живое абсолютно, существует всегда и везде, например, в виде семян (гипотеза панспермии), с древности сформировались две противостоящих трактовки происхождения живого. Первая трактовка, восходящая к мифологическому мировоззрению, – органицизм, подразумевающий естественность и самопроизвольность зарождения живого. Так Аристотель считал, что живое возникает не только посредством воспроизводства, но и вследствие разложения почвы. Другая трактовка, восходящая к религиозному мировоззрению, – креационизм, в соответствии с которым возникновение живого – процесс искусственный, направляемый внешней разумной силой. Бог, в соответствии с текстами авраамических религий (иудаизм, христианство и ислам), сотворил растения в третий день творения, в пятый – рыб,  пресмыкающихся и птиц, в шестой – животных и человека. Баланс традиций панспермии, органицизма и креационизма в истории естествознания сильно изменялся. Так в классической науке, казалось, было полностью опровергнуто положение о самозарождении живого (итальянский биолог Франческо Реди на основе экспериментов постулировал, что живое происходит только от живого (принцип Реди), а Луи Пастер, экспериментируя с микроорганизмами, пришел к выводу, что живое в той или иной среде возникает лишь если его семена в ней уже содержатся), но в современной науке эта теория не только возрождается в виде концепции биохимической эволюции, но и становится доминирующей.   

Гипотеза биохимической эволюции в 1924 г. была высказана советским исследователем Александром Опариным, предполагавшим, что особые растворы высокомолекулярных соединений в «первичном бульоне» древнего океана Земли могли самопроизвольно трансформироваться в первые органические вещества, из которых впоследствии возникли белки и белковые тела. Аналогичную идею высказал в 1928 г. британский биолог Джон Холдейн, считавший, что живое (первые «большие молекулы») появилось из смеси воды, диоксида углерода и аммиака под влиянием солнечного ультрафиолетового излучения и с возможным влиянием комет, привносивших в атмосферу Земли большое число органических веществ. Эти разработки, получившие название гипотезы Опарина-Холдейна, нашли косвенное подтверждение в 1953 г. экспериментах американских ученых Стэнли Миллера и Гарольда Юри. Воспроизведя предполагаемую первичную химическую смесь, приведшую к формированию живого (водяной пар, метан, аммиак, водород, оксид углерода), Миллер и Юри подвергли ее ряду воздействий, аналогичных возможным условиям планеты на ранних стадиях ее развития, – в частности, высокой температуре и электрическим разрядам. В результате эксперимента Миллера-Юри удалось синтезировать большинство аминокислот, входящих в состав живого (позже аналогичным образом в лабораторных условиях синтезированы другие аминокислоты и более сложные молекулы нуклеотидов). Более подробное объяснение механизму происхождения живого дал немецкий ученый Манфред Эйген, предположивший, что самовоспроизводящиеся макромолекулы объединялись в замкнутые автокаталитические цепи (гиперциклы), приобретя важнейшие характеристики живого (приспособляемость, наследственность, обмен веществ). На основе конкуренции этих гиперциклов «выживают» наиболее быстрые и эффективные системы, что выливается в их эволюцию к все более высокоэнергетическим молекулам, в том числе белковым, а впоследствии – к появлению первых клеток. Исследуя эволюционную структуру живых организмов, Карл Вёзе высказал предположение, что все живое возникло из рибонуклеиновых кислот (РНК) как носителей информации и одновременно катализаторов. Считается, что именно РНК в ходе случайных мутаций синтезировали как белки, так и дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК). Возможность синтеза самовоспроизводящейся РНК из неживого вещества была подтверждена в 1975 г. опытами Манфреда Сампера и Рудигера Льюиса.

Существуют также предположения, что живое было занесено на Землю из космоса, где оно и возникло. Наиболее распространенной является гипотеза занесения живого или его основ метеоритами и кометами. Г.Рихтер, Гельмгольц, Вернадский. Исследования показали, что основы живого действительно могли сформироваться в хвостах комет, откуда они и появились на Земле. Следует отметить, что иногда теорию космического происхождения жизни смешивают с паранаучной гипотезой о занесении жизни на Землю инопланетянами, однако, последняя не только не подтверждена фактически, но и не отвечает на вопрос о возникновении живого в принципе.

Важнейшими органическими веществами, формирующими живое, выступают ДНК и РНК. ДНК была открыта Иоганном Мишером в 1869 г., в 1944 г. была выявлена ее функция носителя генетической информации, а детальное ее описание в 1953 г. предложили американский биолог Дж Уотсон и английский физик Ф Крик. ДНК – макромолекула, состоящая из повторяющихся нуклеотидов, чаще всего представляет линейную или циклическую правозакрученную двойную (двухцепочную) спираль (иногда встречаются иные формы организации ДНК, например, у вирусов – линейная одноцепочная последовательность). Именно в последовательности нуклеотидов содержится закодированная информация, задающая основные параметры живой системы (жизнедеятельность, рост, развитие) и обеспечивающая наследственность и изменчивость. Части этой последовательности копируется при синтезе РНК, другие выполняют регуляторные и структурные функции, в том числе определяющие репликацию ДНК (деление с наращиванием, в результате которых из одной молекулы возникают две), выступающую прототипом размножения живого. Нередко участки ДНК содержат «генетических паразитов» типа транспозонов или не используемую информацию (у человека – около половины последовательности). Неиспользуемая информация («некодирующая последовательность», или т.н. «мусорная ДНК») часто отражает историю вида (дезактивированные коды). Следует учитывать, что не при определенных условиях неиспользуемая информация может быть задействована, в том числе для приспособления организма к новым условиям существования.

Информационной единицей ДНК считается ген, представляющий собой участок ДНК, кодирующий одну молекулу белка или РНК. Для всякого вида свойственен особый набор генов – геном, для каждого организма – особое соотношение этих генов (генотип). Несмотря на то, что информация о видовых чертах превалирует, в ДНК открыты и особые участки, определяющие индивидуальность, причем с полной точностью, что позволило сделать ДНК-анализ важнейшим методом юридической экспертизы. Генетическому коду присуща триплетность, описываемая кодоном – словом, состоящим из трех букв (место которых занимают обозначения формирующих код нуклеотидов четырех типов). При этом в информационной последовательности имеют место нарушения, что приводит к мутациям организма (зачастую патогенным) и его наследственности. Выявление этих нарушений используется в современной медицине в частности для превентивной идентификации генетически обусловленных заболеваний. Несмотря на индивидуальные и видовые различия в целом генетический код един для всего живого, а потому предполагается, что все живое возникло из единого источника, от ЛУКИ. 

Молекула РНК в отличие от ДНК чаще всего одноцепочная, более короткая и всилу своего специфического состава менее стабильная. Она синтезируется на основе ДНК, однако, может возникать из абиотических веществ, вследствие чего, как говорилось выше, РНК рассматривается как предшественница ДНК. РНК участвуют в синтезе белка и регуляции генов, выступая передатчиком информации, а также выступают и катализаторами ряда биохимических реакций. 

Еще одним важнейшим основанием живого выступают белки (ранее вообще считалось, что именно белковая природа отличает живое от неживого). Белки – состоящие из аминокислот высокомолекулярные органические вещества, определяющие жизнедеятельность клеток и организмов. Белки полифункциональны: ряд белков (ферменты) катализируют процессы синтеза и расщепления сложных молекул живого (в том числе ДНК и РНК), белки регулируют биологические процессы, определяют движение и обмен веществ, защиту (в том числе иммунитет) и информационный обмен в органических системах. Наконец, белки задают цитоскелет клетки, являются основным материалом самой клетки и ряда межклеточных веществ.

==
Клетка – основная структурная и функциональная единица живых организмов помимо вирусов, если их рассматривать как неклеточную форму жизни. Клетка характеризуется самовоспроизведением, собственным обменом веществ и развитием. При этом в ряде случаев клетка способна к самостоятельному существованию – как отдельный (одноклеточный) организм, в других случаях она способна к специализации в составе многоклеточных организмов. Клетка была открыта английским естествоиспытателем Робертом Гуком при исследовании плавучести пробкового дерева в 1665 г. Впоследствии исследования показали, что все растения и животные состоят из клетки или клеток, было выявлено сложное строение клетки. Клетка является основным объектом изучения цитологии, или клеточной биологии.
Выделяются две разновидности клеток – безядерные (прокариоты) и содержащие ядро (эукариоты). Небольшие, простые и потому считающиеся более ранними (на земле возникли около 3,5 млрд. лет назад) прокариоты состоят из наружной клеточной мембраны, цитоплазмы, цепочки ДНК, жгутика и ряда других элементов. Важнейшим компонентом любой клетки является клеточная мембрана, двойной молекулярный слой, отделяющий содержимое клетки от внешней среды, обеспечивая ее целостность (защитная функция) и регулирующая обмен веществ со средой (транспортная функция). Избирательная проницаемость мембраны столь значительна, что ее нарушение приводит к гибели клетки. Цитоплазма – внутренняя среда клетки, представляющая собой водный раствор солей с белками и другими включениями. Именно за счет постоянного движения цитоплазмы осуществляются все процессы обмена веществ внутри клетки и связи между всеми ее компонентами. Основным носителем генетической информации прокариот является одна кольцевая или линейная цепочка ДНК. Как отдельные организмы прокариоты – одноклеточные, основными их видами являются бактерии и археи. Размножаются прокариоты бесполым способом, в том числе посредством однонаправленного переноса части генетической информации при контакте бактериальных клеток без увеличения числа клеток (конъюгация). Потомками прокариотов считаются как эукариоты в целом, так и отдельные их части (органеллы).
Эукариоты отличаются более сложным строением, в частности, наличием отделенных мембранами клеточного ядра и других органелл. Ядро клетки содержит несколько ДНК, организованных в хромосомы, в нем удваивается молекулы ДНК (репликация), синтезируется и видоизменяется молекулы РНК (транскрипция и модификация), а также создаются рибосомы. Важные специальные функции (выработка и сохранение определенных веществ или энергии) в эукариотической клетке также выполняют другие органеллы – митохондрии, пластиды, вакуоли и пр. Как отдельные организмы эукариоты могут быть одноклеточными и многоклеточными. Эукариотами являются все организмы помимо бактерий и архей, а именно – простейшие, грибы, растения и животные.
Одноклеточными являются археи, большинство бактерий, простейшие и некоторые другие организмы. Археи – широко распространенные на Земле прокариоты, близкие бактериям, но отличающиеся от них на молекулярном уровне. Археи часто занимают недоступные другим организмам экологические ниши с экстремальными температурой, кислотностью и солевой концентрацией. Так, например, первые обнаруженные археи обитали в горячих источниках с температурой, зачастую превышавшей точку кипения воды. Сравнительно недавно (в конце ХХ в.) выделенные в отдельное царство археи считаются одной из древнейших форм живых организмов (ранее они назывались археобактериями).
Бактерии (эубактерии) – обширное и широко распространенное царство прокариотных микроорганизмов, чаще всего одноклеточных (помимо цианобактерий – сине-зеленых водорослей). Бактерии размножаются делением или почкованием, образуют популяции (культуры бактерий), а также в неблагоприятной среде – цисту (наращивая защитную оболочку, в которой сохраняются долгое время до прихода благоприятных условий). Часто подвижные и реагирующие на внешние раздражители разнообразные по формам бактерии играют важную роль в биосфере земли – лишь они ассимилируют азот из атмосферы, часто бактерии образуют симбиотические отношения с более сложными живыми организмами. Бактерии играют важную роль в обмене веществ животных и растений, в частности, в процессе пищеварения активно участвуют около килограмма бактерий, содержащихся в желудке обычного человека. Полезные свойства бактерий с древности используются человеком в пищевой промышленности (молочнокислые бактерии – для производства сыра, кефира, йогурта и пр., уксуснокислые бактерии – для уксуса и пр.), в сельском хозяйстве, в очистке загрязнений и пр. В то же время, бактерии имеют и негативное значение, в частности, поскольку они затрудняют хранение продуктов, выступают паразитами и обуславливают некоторые болезни. Эффективными методами борьбы с бактериями, вызывающими порчу продуктов, являются высушивание, маринование, охлаждение и пастеризация – выдерживание продукта при повышенной температуре в течении определенного периода времени.
Некоторые разновидности бактерий являются патогенами, вызывая тот или иной тип заболевания. Так ряд бактерий вызывают отравление организма животных, попадая в пищу. Другие бактерии способствуют возникновению инфекционных заболеваний. Организм животных обладает несколькими системами защиты против патогенов, в частности, иммунитет и поглощающие бактерий белые кровяные тельца. Иммунная система реагирует на проникновение патогенов выработкой инактивирующих их веществ (антител). Для борьбы с патогенами люди создали большое количество лекарственных веществ, как стимулирующих иммунную систему, так и подавляющих или разрушающих бактерии (антибиотики). 
 Простейшие (протисты) – группа эукариотов, выделяемая в отдельное промежуточное по отношению к животным и растениям царство организмов, в силу крайнего разнообразия характеризующееся лишь простотой структуры. Протисты, как и бактерии, образуют цисту, но размножаются в зависимости от условий существования не только бесполым, но и половым путем. Простейшие способствуют очистке вод, играют значительную роль в почвообразовании, формировании пород земной коры, но ряд из них выступают паразитами, вызывая заболевания растений и животных.
В составе многоклеточных организмов клетки делятся на половые (гаметы) и соматические. Половые клетки обеспечивают половое размножение, причем новый организм может развиться как из единичной гаметы (партеногенез), так и из двух. Преимуществом характерного для относительно более простых форм жизни партеногенеза является быстрота и определенная безусловность размножения. При слиянии двух гамет в зиготу, из которой развивается новый организм, в котором проявляются признаки обоих родительских, к которым принадлежали гаметы, преимуществом выступают изменчивость и приспособляемость вида. Это эволюционное преимущество полового процесса (оплодотворения) способствовало тому, чтобы именно она стала основой размножения у более сложных растений и животных.
В ходе развития организма из зиготы первоначальные неспециализированные (стволовые) клетки превращаются в один из типов специализированных клеток (дифференциация), тем давая начало разным тканям организма. Стволовая клетка способна к большому числу ассиметричных делений на подобную себе (самовоспроизведение) и приобретающую специализацию (дифференцирующуюся) клетки. В дальнейшем именно они обеспечивают восстановление поврежденных тканей органов и соответственных функций организма, и именно это свойство определяет актуальность их изучения в нуждах медицины. Особенно важным аспектом исследований при этом считается управление стволовыми клетками и перепрограммирование обычных клеток в стволовые, что задает основу преодоления этической проблемы использования клеток эмбриона для лечения взрослых организмов.
==
Важнейшей группой многоклеточных организмов являются растения, многоклеточные организмы, для которых характерны наличие плотной (непроницаемой для твердых частиц, чаще всего целлюлозной) клеточной оболочки, включение особых белковых образований в цитоплазме клетки (пластид) и фотосинтез – продуцирование органических веществ из воды и углекислого газа под влиянием света (прежде всего солнечного). В силу этого растения по преимуществу являются продуцентами и автотрофами, составляя первый ярус пищевой пирамиды, но среди них встречаются и гетеротрофы (растения-паразиты, хищные растения), которых можно рассматривать как промежуточное звено между флорой и фауной. Важными связанными с этими признаками растений также выступают неподвижность, постоянный рост и чередование полового (гаметофит) и бесполого (спорофит) поколений в жизненном цикле. Размножение растений осуществляется как половым, так и бесполым путем, причем наиболее распространенной формой последнего является вегетативное размножение (формирование новой особи из многоклеточной части родительского организма). Для развитых растений свойственно объединение относительно больших клеток в ткани, в которых практически полностью отсутствует межклеточное вещество и содержится большое число мертвых клеток, при этом некоторые ткани растения могут складываться из разных типов клеток.
Существуют также разнообразные формы организации тела растений: без выделения органов, с выделением листа и стебля (побега), с выделением корня и побегов. Лист представляет собой чаще всего пластинчатый наружный орган растения, осуществляющий фотосинтез, а также испарение, дыхание и пр. В качестве особого органа квалифицируется и зачаток побега – почка, для высших растений свойственно формирование особых органов размножения (в том числе семени и цветка).
Растения характеризуются многочисленными жизненными формами, основными из которых являются трава, кустарник и дерево. Жизненная форма характеризуется как изменяющаяся в течении жизни форма вегетативного тела растения, в котором оно на основе наследственности гармонически приспосабливается к окружающей среде. Травы (травянистые растения) – жизненная форма однолетних, двухлетних и многолетних растений размером от нескольких миллиметров до нескольких метров (относимые к травам банан и бамбуки – до нескольких десятков метров), характеризующихся отсутствием постоянного ствола над землей, и в большинстве случаев тем, что их листья и стебли отмирают после вегетативного периода. Часто характеризуются и другими чертами – сочностью, отсутствием одревеснивающих частей, неспособностью ко вторичному утолщению и т.д. Неприхотливость и быстрота роста трав задают то, что они часто первыми заселяют новые места обитания и потому определяют формирование новых экосистем, а также широту ареала обитания трав (приземный слой лесов, луга, пустыни и пр.). Кустарники – жизненная форма многолетних (10 – 20 лет) часто растущих на границе лесов растений размером от одного до шести метров, характеризующаяся наличием по крайней мере нескольких стволов без выделения главного во взрослом состоянии. Дерево – жизненная форма многолетних (от нескольких десятков до нескольких сотен или даже тысяч лет) растений чаще всего размером до нескольких десятков метров, характеризующаяся наличием единственного ствола, поддерживающим его корнем и формируемой ветками и листьями в верхней части ствола кроной. Интенсивно растущий, обычно относительно вертикальный покрытый корой ствол дерева осуществляет обмен веществ между корнями и кроной, для кроны выполняет опорную функцию, а также в зимний период сохраняет влагу и питательные вещества.
Растения делятся на низшие (растения-водоросли) и высшие. Растения-водоросли (следует отметить, что помимо них к водорослям относят также и прокариотов – сине-зеленые водоросли, представляющие собой разновидность бактерий) – разнородная группа наиболее простых (возникли в протерозое, возможно, от сине-зеленых водорослей) растений, обитающих, как правило, в водной или влажной среде (при быстром распространении они вызывают ее «цветение»), чаще всего не обладающих четкой дифференциацией тела на органы. Будучи основными продуцентами органических веществ в воде, водоросли как основы пищевых цепочек (в том числе планктона) задают водные биогеоценозы. Жизнедеятельность водорослей также способствует формированию ряда горных пород (диатомиты, ряд сланцев и известняков). Некоторые из водорослей вступают в симбиоз с грибами (формируя лишайники) и животными или становятся паразитами высших растений и животных.
В отличие от низших, у высших растений имеет место дифференциация тканей. Наиболее простая дифференциация (выделение зародыша, определяющего размножение спорами) имеет место у споровых растений – мохообразных и высших споровых растений. Мохообразные растения (бриофиты) – относительно мелкие (несколько сантиметров, в особых случаях – до нескольких метров) и примитивные (возникли в палеозое в результате выхода на сушу) широко распространенные растения с достаточно простым устройством (без корня, зачастую также без выделения листа и стебля), размножающиеся разносимыми ветром спорами, а также характеризующиеся разделением на половые поколения с преобладанием полового поколения (гаметофита, тут – многолетнего зеленого растения часто с листо- и корнеподобными выростами) над неполовым поколением (спорофитом, тут – состоящим из коробочки со спорами, ножки и стопы).
Высшие споровые растения – тип растений, сформировавшийся в девонский период палеозоя, характеризующийся достаточно сложным устройством (всегда выделены корень, ствол и листовидные образования; присутствует развитая проводящая (сосудистая) система, обеспечивающая быстрое передвижение воды вверх по растению), споровым размножением и преобладанием в жизненном цикле значительно увеличивающегося спорофита над гаметофитом (подземным в симбиозе с грибами или быстро созревающей надземной зеленой пластинкой). Листовидные образования формируются ветвями (папоротниковые), выростами внешних тканей стебля (плавуновидные) или редуцированными листьями (хвощевидные). Проявляющаяся у высших споровых растений тенденция образования мужских и женских спор фактически предстает началом перехода к семенным растениям.
Семенные растения (сперматофиты) образуют сложно структурированные семена, внутри которых содержится многоклеточный зародыш. Они разделяются на голосеменные (саговниковидные, гинговидные, хвойные, гнетовидные) и покрытосеменные (цветковые) растения. Возникшие (вероятно, от семенных папоротников) и ставшие доминирующими в начале мезозоя голосемянные растения характеризуются усиливающим генетический потенциал двойным набором хромосом (диплоидностью) и наличием семян, защищающих и питающих зародыш, а также часто имеющие приспособления для распространения животными. Эта особенность делает голосемянных более устойчивыми для неблагоприятных условий среды.
Возникшие в юрском и доминирующие с мелового периода мезозоя покрытосемянные (цветковые) – чрезвычайно распространенный и многочисленный класс растений, характеризующихся развитой проводящей системой, наличием цветка как генеративного (полового) органа и плода как замкнутого вместилища семязачатков. Наличие цветка обуславливает длительную коэволюцию покрытосемянных с животными (прежде всего с насекомыми). Эти особенности задают высокую эволюционную изменчивость и в результате широкое разнообразие цветковых растений. Цветковые делятся на двудольные и однодольные. Однодольные – относительно монолитная группа покрытосемянных, зародыши большинства которых имеют одну семядолю. Они обычно характеризуются мочковым корнем (причем первичный корешок часто заменяется придаточными корнями), редко ветвящимися стеблем с объемлющими его узкими листьями и специфически устроенными цветками (число частей цветка кратно трем). Преобладающей жизненной формой однодольных является трава, важнейшими для человека их представителями являются злаки, кормовые травы, пальмы и декоративные цветы. Двудольные – обширная группа цветковых растений, характеризующихся наличием двух (иногда более) семядолей зародыша, развитым главным корнем и четырех- или пятичастным цветком. Преобладающими жизненными формами двудольных являются куст и дерево, наиболее значительны для человека – плодово-ягодные, пищевые, кормовые, масленичные и волокнистые культуры.
Растения необходимы для существования животных и человека, поскольку они создают кислородную атмосферу и участвуют в формировании и сохранении почв, задают многие экологические системы, будучи основой цепей питания. При этом зачастую растения коэволюционируют с животными вплоть до разных форм симбиоза. Основной экономической жизни и цивилизации в целом можно считать использование растений, как источника пищи, для медицины, строительства и энергетики. Искусственный отбор растений вылился в целый класс одомашненных растений, используемых в пищу (хлебные, зернобобовые, сахароносные, плодовые, овощные и др. культуры), для выращивания скота (кормовые растения), легкой промышленности (волокнистые растения) и пр.
Ранее причислялись к растениям грибы, сегодня выделяющиеся в занимающее промежуточное положение между растениями и животными царство. Грибы – группа вероятно возникших в протерозое организмов по ряду признаков (строение клетки, всасывающий тип питания) близких растениям, но предстающих при этом гетеротрофами (как животные), а именно – редуцентами (разлагающие органические вещества, что обеспечивает плодородность почв), особыми признаками грибов также выступают клеточная многоядерность и внешнее пищеварение. Грибы часто образуют симбиоз с некоторыми растениями (лишайники) и животными (в качестве компонента системы пищеварения).

Основы современного естествознания-2

•  Для заочного отделения
•    2 лекция

•    Основанными направлениями развития неклассической науки стали эволюционная теория, термодинамика и концепция электромагнетизма.
Теория эволюции: Жорж Бюффон, Жан Ламарк, Чарльз Дарвин и др.
•    Изменение условий окружающей среды способствует изменению видов
•    Эволюция как «борьба за существование» и естественный отбор (в отличие от искусственного, направляемого человеком)
•    В этой естественной изменчивости и конкуренции формируется приспособление к окружающей среде, которое, закрепляясь в наследственности, дает основу многообразию видов живого
•    Термодинамика
•    Бенджамин Томсон (Румфорд) и Гемфри Дэви, Рудольф Эмануэль (Клаузиус) и Уильямом Томсон (Кельвин)
•    1 начало термодинамики – закон сохранения энергии для термодинамических процессов: внутренняя энергия системы складывается из теплоты и работы, преобразующей систему.
•    2 начало термодинамики: теплота естественно передается лишь от горячего тела к холодному (необратимое рассеивание энергии (энтропия) растет).
•    3 начало термодинамики: нулевая энтропия системы при абсолютном нуле температуры(всякий процесс разогревает систему, а потому она не может достичь абсолютного нуля температуры). Время принципиально необратимо («стрела времени»).
•    Электромагнетизм
•    Ганс Эрстед, Андре Ампер, Джеймс Максвелл.
•    Существует не только материальные тела, сложенные частицами вещества, но и поля (предполагается, что электрическое и магнитное поля объединяются в электромагнитное). Поскольку считается, что поля играют большую роль в универсуме, чем частицы вещества, то и мир стал пониматься не как дискретный, но как единая непрерывная система электрических полей и волн
•    Важнейшими свойствами при этом предстают положительный или отрицательный заряд, напряженность поля и конечная скорость распространения волн
•    Свет понимается как волна

Важнейшими фундаментальными программами современного естествознания предстают теория относительности, квантовая механика и синергетика.
В первой половине ХХ в. Альберт Эйнштейн разработал вначале специальную теорию относительности, а затем и общую теорию относительности. Специальная ТО: Если скорость света постоянна (независима от скорости движения источника), но все законы природы одинаково соблюдаются везде, то пространство и время представляют собой единый четырехмерный континуум, однородный, но изменяющийся в зависимости от скорости системы (релятивистские эффекты при приближении к скорости света: замедление времени и сжатие пространства). Общая ТО: все физические законы – свойства четырехмерного континуума пространства-времени, поля тяготения – искривления этого континуума под влиянием распределения энергий в системе. Эквавалентность энергии и массы системы (Е=МС2)
•    Планк, Эйнштейн, Шредингер, Бор
•    Явления микромира не могут быть корректно описаны по законам классической механики и электродинамики, а потому они требуют развития новой теории. Энергия излучается и поглощается дискретно, неделимыми порциями (квантами) и пропорциональна частоте волны. Свет – волна со свойством частицы.
•    Принципы: корпускулярно-волновой дуализм (в определенных случаях частицы ведут себя как волны, а волны – как частицы, точное определение одного класса величин системы оборачивается неопределенностью другого их класса), принцип дополнительности (несмотря на их противоречие, оба класса величин равно необходимы для описания системы), вероятностная (статистическая) детерминация, принцип наблюдателя (наблюдение всегда изменяет состояние системы). 
•    Синергетика
•    Герман Хакен и Илья Пригожин. Синергетическая система характеризуется самоорагнизацией, открытостью (получение извне вещества, энергии или информации) и тем, что на внешние воздействия эта система может реагировать непропорционально с учетом ее противостояния им.
•    Самоорганизующаяся система без всякого воздействия извне обретает усложненную упорядоченную структуру. Самоорганизация осуществляется поступательно начиная с устойчивого состояния, в котором накапливаются мелкие возмущения системы (флуктуации), что приводит к неустойчивому критическому состоянию, точке выбора (бифуркации) одного из возможных путей развития под влиянием случайных малых возмущений (флуктуаций), вследствие чего возникает новое более сложное устойчивое состояние, из которого система не может вернуться в прежнее (необратимость). Самоорганизующаяся система сама выбирает из множества процессов, протекающих в ней, важнейшие для определения новых параметров порядка, придавая прочим флуктуациям подчиненное значение. Эффект совместного действия не сводим к следствиям отдельных действий. Самоорганизация редко описываема через линейную последовательность, чаще подразумевая веерное развитие, предполагать вероятность выбора одного из вариантов развития.
•    Синергетика создала основу для нового синтеза естествознания с гуманитарными науками
•    Основные принципы современного ез
•    Принцип соответствия: новая теория включает в себя предшествующую как частный (предельный) случай специальная теория относительности в пределе малых скоростей переходит в ньютоновскую физику, а общая теория относительности в случае малых значений гравитационного потенциала сводится к специальной
•    Принцип наблюдателя: наблюдатель (в том числе автоматизированная измерительная система) всегда оказывает то или иное влияние на наблюдаемое, а потому образ исследуемого объекта включает характеристики проведенного наблюдения, теория описывает не сам объект, а способ его данности наблюдателю с учетом уровня развития его познания

•    Антропный принцип: признание необходимой связи между наблюдаемыми фундаментальными свойствами мира в целом и существованием в нем наблюдателя (в нашем случае – человека). Слабый АП: наблюдатель (человек), поскольку он существует, обладает привилегированным положением в мире. Сильный АП утверждает, что Вселенная такова, что в ней должен был возникнуть наблюдатель (человек). 
•    Принцип глобального эволюционизма: не только развитие живого, но и развитие неживой природы – процесс эволюционный. Фактически все развитие мира от его изначального до современного состояния – единая эволюция, которая, правда, имеет особую специфику на разных своих этапах механическое перенесение концептов наиболее разработанной картины биологической эволюции на другие этапы неправомочно
•    Основные черты картины мира
•    Мир дан нам в границах нашего познания и существования, при этом теоретически он может выходить за пределы этих границ (концепция параллельных Вселенных).
•    Движение в микро-, макро- и мегамире описывается разными законами
•    Пространство и время считаются единым четырехмерным континуумом, определяясь состоянием системы
•    Пространство и время являются характеристиками Вселенной, то вместе с ней они и возникают и развиваются
•    Вероятностный характер закономерностей и процессов требует использования статистических, а не динамических законов

•    Развитие рассматривается как необратимый, нелинейный и неравновесный процесс самоорганизации незамкнутых систем
•    Развитие Вселенной мыслится как сложный эволюционный процесс от первоначальной сингулярности до развитых форм человеческого общества
•    К исследованию мира неприложимы классические принципы редукционизма и строгого детерминизма
•    Мир состоит из микрообъектов, противоречиво постигаемых наблюдателем как волны и частицы. Несмотря на то, что изучение волновых свойств микрообъектов мешает регистрации корпускулярных значений и наоборот, они постижимы только с учетом дополнительности этих описаний и учетом воздействия наблюдателя. Полное описание микрообъектов невозможно, но даже если бы оно было осуществимо, то оно не давало универсальной основы для описания мира, поскольку более сложные системы невозможно редуцировать к ним. Фундаментальными взаимодействиями во Вселенной являются гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое

•    Вселенная часто понимается как доступный для наблюдения нами мир (Метагалактика). Вселенная – всеобъемлющая материальная система всего сущего.
•    Материя – объективно существующая реальность, предстающая в формах вещества и поля, а также в пока не идентифицированном образе темной материи и темной энергии.
•    Вещество как форма материи, обладающая массой покоя, структурировано на микро-, макро- и мегамир.
•    Основными подструктурами микромира являются субатомный (элементарных частиц), атомный и молекулярный (иногда также макромолекулярный) уровни.

•    Макромир – сфера жизни человека, характеризующаяся соразмерными ему масштабами и специфическим устройством биологического вещества. Важнейшими биологическими подструктурами макромира являются клеточный, организменный, популяционный, биогеоценотический и биосферный уровни. Для человека часть из них специфичны как индивидуальный, групповой, социально-экологический  и ноосферный. Самое общее проявление макромира – планетарные сферы, куда помимо биосферы и ноосферы входят атмосфера, гидросфера и литосфера. Мегамир подразделяется на уровни небесных тел (наиболее важными являются планеты и звезды), планетарных и звездных систем, галактик. Предел познания вещественной организации мира – Метагалактика (наблюдаемая часть Вселенной).


•    органицизм, представление об органическом происхождении (рождение) мира как живого существа
•    креационизмом, представлением, что мир сотворен божественными силами
•    Концепция абсолютности (стационарности) мира: Вселенная существовала всегда, оставаясь в целом неизменной или периодически меняя определенные свои характеристики
•    Теория Большого взрыва (современная наука): Вселенная начала быстро развиваться («взорвалась») из конечного (точечного) объема 

•    Элементарные частицы квалифицируются как целостные мельчайшие (субатомные) части вещества. Некоторые элементарные частицы (как электрон или фотон) считаются бесструктурными, неразложимыми на более мелкие частицы, другие обладают внутренней структурой (например, протон и нейтрон состоят из кварков). В определенных условиях элементарные частицы могут превращаться друг в друга или излучать друг друга, почти все элементарные частицы (помимо нейтральных) имеют античастицы, при встрече с которыми они аннигилируют (исчезают). 
•    Важнейшими свойствами частиц предстают электрический заряд, время жизни, масса, спин, возможность взаимодействия, существуют также дополнительные особые для частиц характеристики.

•    По времени жизни частицы делятся на стабильные и нестабильные. Стабильные частицы (электрон, протон, фотон и нейтрино) характеризуются длительным временем существования, нестабильные (большинство элементарных частиц) характеризуются малым временем жизни. Нейтрон имеет промежуточный статус, поскольку в ядре атома он характеризуется стабильностью, а в свободном состоянии – быстро распадается. 

•    Фермионы – основные строительные блоки материи, делятся также на элементарные (кварки и лептоны) и составные (протоны, нейтроны и пр.).
•    Элементарные частицы характеризуются разной массой покоя – от нулевой (фотон) и сверхлегкой (электрон) до сверхтяжелых W- и Z-бозонов. Спин – имеющий квантовую природу собственный момент импульса элементарных частиц, не связанный с перемещением частицы как целого. При нулевом спине частица при любом повороте выглядит одинаково, частицы со спином 1 (например, фотон) принимают тот же вид после полного оборота, частица со спином 2 (предположительно гравитон) – через пол-оборота, а частица со спином ½ (протон, нейтрон и электрон) – после двух оборотов. Имеющие целый спин (0, 1, 2) элементарные частицы называются бозонами (калибровочные бозоны и составные мезоны), имеющие полу-целый (½,3/2) – фермионы.


•    Поскольку в микромире известны четыре вида взаимодействий (сильное (ядерное), электромагнитное, слабое и гравитационное), то по способности к ним элементарные частицы делятся на классы адронов (и составляющих их кварков), вступающих во все взаимодействия, и лептонов, не вступающих в сильное взаимодействие. В смысле взаимодействия важны также калибровочные бозоны, передающие взаимодействия (фотон переносит электромагнитное взаимодействие, глюоны – сильное, W- и Z-бозоны – слабое; гипотетически предполагается гравитон, передающий гравитационное взаимодействие), но при этом зачастую и сами вступающие в них. Существует также предположение о наличии других бозонов, обеспечивающих другие взаимодействия (Y- и Х-бозоны) или массу элементарных частиц (бозон Хиггса)

•    Лептоны несоставные, имеющие полу-целый спин (½) и не вступающие в сильное взаимодействие (электрон, мюон и нейтрино, а также их античастицы).
•    Число адронов, составных частиц, вступающих во все взаимодействия, исчисляется сотнями. Помимо нейтрона и протона адроны являются нестабильными, причем большинство из них – резонансы, которые распадаются столь быстро, что их практически невозможно зафиксировать. По своей составу адроны делятся на барионы (состоят из трех кварков) и мезоны (включают в себя пару (или пары) кварк-антикварк). Наиболее важными барионами являются протоны и нейтроны, формирующие ядра атомов и составляющие большую часть видимой материи во Вселенной

•    атом стал пониматься как мельчайшая частица химического элемента, носящая его свойства
•    Атом сегодня предстает как не имеющая отчетливой внешней границы система, в центре которой – массивное ядро, состоящее из нуклонов (положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов), а на периферии – распределенные по определенным орбитам незначительные по массе отрицательно заряженные электроны. Если число протонов и электронов одинаково, то атом электрически нейтрален, если – неодинаково, то атом называется ионом и характеризуется положительным или отрицательным зарядом. Электроны в атоме могут занимать лишь дискретный набор разрешенных энергетических уровней

•    Различаются изотопы со стабильными и нестабильными ядрами. Изотопы с нестабильными ядрами описываются как радиоактивные, самопроизвольно распадающиеся с испусканием частиц или электромагнитного излучения. Помимо естественной радиоактивности существует также и искусственная, запускаемая направляемыми человеком ядерными реакциями.
Основные типы радиоактивного распада:
•    В альфа-распаде атом испускает альфа-частицу (ядро атома гелия), в силу чего атомный номер уменьшается на две единицы (из исходного элемента образуется дочерний элемент, на две клетки ближе к началу таблицы Мендделеева).
•    Бета-распад в основном подразумевает излучение бета-частицы (электрона или позитрона) под влиянием слабого взаимодействия (изменение кварка превращает протон в нейтрон и наоборот)
•    Гамма-излучение (изомерный переход), часто сопровождающее другие формы распада, подразумевает испускание гамма-квантов электромагнитного излучения и переход ядра в состояние с более низкой энергией.

•    Классификация атомов как химических элементов была важнейшей задачей развития химии, блестящее разрешение которой предложил Дмитрий Иванович Менделеев в Периодической системе элементов.
•    Сегодня химический элемент определяется как вид атомов с определенным положительным зарядом ядра и соответственным числом протонов, определяющим его порядковый (атомный) номер в таблице Менделеева.
•    Наиболее часто встречающимися в природе элементами являются водород и гелий, на земле преобладают водород, кислород и кремний.
•    Ряд элементов проявляются в виде разных, отличающихся по строению и свойствам простых веществ (аллотропия, например, проявляющаяся в разных кристаллических формах углерода – графите, алмазе, фуллерене и пр.)). В аллотропии проявляется свойство атомов включаться в более сложные системы – молекулы.

•    молекулой принято называть состоящую хотя бы из двух атомов самостоятельную мельчайшую стабильную частицу химического вещества, имеющую все его свойства
•    Сложнейшие представители молекулярного уровня – макромолекулы – включают себя тысячи атомов разных химических элементов
•    Важным свойством молекул является молекулярная масса, определяющаяся суммой масс всех атомов, входящих в молекулу. Молекула также характеризуется постоянным количественным и качественным составом
•    Особой разновидностью молекул (и атомов) являются свободные радикалы, имеющие на внешней оболочке неспаренный (одиночный) электрон, что предопределяет парамагнитные свойства и способно усиливать реакционные возможности радикалов.
•    Важным для определения молекулы служит определенный набор состояний, которые она принимает или может принимать, переходя от состояния к состоянию самопроизвольно или под влиянием внешних сил. Каждое состояние молекулы характеризуется конкретными свойствами, в определенной мере характеризующими вещество, складываемое молекулами. При любой химической реакции молекулы структурно изменяются, причем видоизменяется не только порядок связи атомов, но – зачастую и их число

•    В отличие от простых веществ, состоящих из атомов одного вида, сложные вещества, состоящие из разных химических элементов, чаще всего складываются как раз из молекул.
•    Соединения – вещества, состоящие из одинаковых молекул, каждая из которых состоит из разных атомов. Как таковые соединения обладают постоянными физическими свойствами. В особый класс выделяются органические соединения, включающие в свой состав углерод (помимо карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов).
•    Соединения также характеризуются как чистые вещества, в отличие от смесей – веществ, состоящих из разнотипных молекул. Поскольку чистые вещества в природе встречаются редко, то они получаются из смесей посредством различных методов. Различаются смеси однородные (в состав входят частицы очень малых размеров, напр, воздух) и неоднородные (напр, мутная вода, кровь, почва). Однородные смеси также характеризуются как растворы, которые в зависимости от состояния могут быть жидкими, газообразными и твердыми. В растворе обычно выделяются растворимое вещество и растворитель – компонент, агрегатное состояние которого не меняется при образовании раствора (либо просто преобладающий компонент). Важным показателем для ряда химических процессов с растворами служит водородный показатель (кислотность среды), мера активности ионов водорода в растворе.

•    Химические реакции в целом выявляют собственно химические свойства вещества. В ходе этих реакций из исходного вещества или смеси веществ (реагентов) образуются новые вещества (продукты реакции), при этом в атомах изменяется электронные оболочки, но не ядро атома (новые химические элементы не образуются). Важнейшим признаком химической реакции является исчезновение одних веществ и образование других. Сопутствующими признаками являются образование осадка, изменение цвета, изменение запаха, выделение газа и выделением или поглощением теплоты. Важнейшим условием многих химических реакций является наличие катализатора, – химического вещества, ускоряющего реакцию, но не входящее в состав продуктов реакции, а потому количественно в результате реакции не изменяющееся.

•    Химические реакции классифицируются по изменению степени окисления, по тепловому эффекту, по обратимости, по типу изменения реагирующих веществ и др.
•    По изменению степени окисления выделяются окислительно-восстановительные реакции (одно вещество (окислитель) понижает степень окисления, за счет чего другое (восстановитель) – повышает, например, горение водорода (восстановитель) в кислороде (окислитель) с образованием воды) и не окислительно-восстановительные реакции (реакции без изменения окисления).
•    По тепловому эффекту различаются экзотермические (с выделением тепла) и эндотермические (поглощение тепла) реакции.
•    По обратимости классифицируют необратимые и обратимые реакции.
•    По типу изменения реагирующих веществ выделяют реакции разложения (из одного вещества образуются несколько новых), соединения (из нескольких веществ образуется одно) и реакции образования нескольких новых веществ из нескольких реагентов (замещение и обмен).
•    По составу реагентов различают гомогенные (реакционная смесь однородна) и гетерогенные (реакционная смесь неоднородна).

Основы современного естествознания

Для заочного отделения Лекция 1
Под катом - продолжение

воскресенье, 27 ноября 2011 г.

29 ноября обсуждаем утопию и надежду

Основной текст - Маркс о коммунизме
(следует учесть, что это - разрозненные записки, в которых не всегда можно понять. на что он реагирует, попробуем выситать просто основые идеи)
http://www.psylib.ukrweb.net/books/marxk01/txt07.htm
Еще мой текст о надежде:
http://tomb-raider6.narod.ru/lib/ff/filosofskie_i_kulturologicheskie_/d.v._majboroda._avatar_mechty_cen.html

четверг, 17 ноября 2011 г.

22 ноября обсуждаем истину

Основа обсуждения - философия Нового времени. Я решил все же начать с Декарта:
http://www.philosophy.ru/library/descartes/veritas.htmlМы еще хотели говорить о Мальбранше, если есть желание, то его можно скачать тут (текст большой - на Ваш страх и риск, можно его не читать):
http://freshfile.net/item/251367/nikolay-malbransh-razyskaniya-istiny.htmlТут - мой текст об истине
http://diim-avgust.livejournal.com/45471.html

пятница, 11 ноября 2011 г.

Во вторник 15 ноября обсуждаем Веру

В качестве базового текста - Аврелий Августин, Исповедь
Текст тут:
http://psylib.org.ua/books/avgus01/index.htm
http://psylib.org.ua/books/avgus01/txt02.htm