Панорама современного естествознания

5. Панорама современного естествознания

Тема 2-05-01.Космология (мегамир)

Космология – наука о Вселенной в целом, ее строении, происхождении и эволюции

Космологические представления Аристотеля: шарообразная неоднородная Вселенная

Геоцентрическая система мира Птолемея (Земля – в центре Вселенной)

Гелиоцентрическая система мира Коперника (Солнце – в центре)

Ньютоновская космология: безграничная, бесконечная, однородная и неизменная Вселенная

Общая теория относительности как теоретическая основа современной научной космологии

Вселенная Эйнштейна: однородна, изотропна и равномерно заполнена материей, преимущественно в форме вещества

Космологическая модель Фридмана: Вселенная нестационарна (может только либо расширяться, либо сжиматься)

Наблюдаемая однородность Вселенной в очень больших масштабах

Наблюдательное подтверждение нестационарности Вселенной: красное смещение в спектрах галактик, возникающее благодаря эффекту Доплера при их удалении от наблюдателя (разбегание галактик)

Закон Хаббла: скорость разбегания галактик пропорциональна расстоянию до них V=H*r

Постоянная Хаббла (75 км/с*МПк)

Возраст Вселенной — понятие (время, прошедшее с момента начала расширения) и современные оценки (12–15 млрд. лет)

Понятие о космологической сингулярности (нулевой объем с бесконечной плотностью)

Три фридмановских модели эволюции Вселенной, критерий выбора между ними: средняя плотность материи во Вселенной (а) если средняя плотность вещества во Вселенной меньше некоторой критической величины, то расширение Вселенной будет продолжаться всегда с ускорением; б) если средняя плотность вещества во Вселенной равна критической величине, то расширение Вселенной происходит с постепенным уменьшением скорости; в) если средняя плотность вещества во Вселенной больше критической величины, тогда гравитационное поле, порожденное материей, искривляет Вселенную, замыкая ее на себя; расширение Вселенной остановится и она снова начнет сжиматься, затем снова произойдет взрыв и т.д. (концепция пульсирующей Вселенной или замкнутая модель))

Современная оценка средней плотности материи во Вселенной–с высокой точностью равна критическому значению

Вклад основных видов материи в её среднюю плотность во Вселенной:

- обычное вещество (в основном, звёзды в галактиках) — менее 5%

- «тёмное вещество» (взаимодействует с обычным веществом только гравитационно, распределено в пространстве неоднородно)

- «тёмная энергия» (строго однородна, создаёт всемирное отталкивание) — более 70%

Тема 2-05-02. Геологическая эволюция

 

Земля как планета, ее отличия от других планет земной группы (у Земли сильное магнитное поле, хорошо развитая гидросфера. В атмосфере Земли мало углекислого газа, много свободного кислорода и паров воды. Хорошо развита биосфера)

Химический состав Земли (железо 34,6%, кислород 29,5%, кремний – 15,2%, марганец – 12,7%)

Магнитное поле Земли, его структура и роль для жизни на планете (образуется во внешнем ядре благодаря циркуляции электрических токов, защищает Землю от космических излучений)

Внутреннее строение Земли (ядро внутреннее (твердое железо и никель) и внешнее жидкое железо и никель), мантия, земная кора), методы

исследования (сейсморазведка)

Формирование прото-Земли из планетезималей (крупные объекты), её гравитационное сжатие, разогрев и начало дифференциации (на ядро, мантию и кору)

Эволюция земной коры: тектоника литосферных плит, её движущие силы

Возраст Земли (4,5 млрд лет), методы его оценки (радиометрия земных горных пород и метеоритов)

Возникновение океанов и атмосферы (В результате выделения газов и водяных паров из недр Земли в процессе вулканической деятельности)

Атмосфера Земли, ее структура (тропосфера (нижний слой, до 10-18 км), стратосфера (до 50 км), ионосфера (до 80 км, состоит из ионов – электрических заряженных частиц)) и химический состав (78% азота, 21 % кислорода, 1% другие газы)

Циркуляция атмосферы и климат Земли

Гидросфера (водная оболочка Земли, 97% - соленая вода, 2% - ледники, 1% - пресная вода)

Тема 2-05-03. Происхождение жизни (эволюция и развитие живых систем)

Первичная атмосфера Земли (не содержала свободного кислорода, она состояла из углекислого газа, метана, аммиака и водяных паров и др. газов)

Абиогенный синтез (синтез органических веществ из неорганических)

Предбиологический отбор (естественный отбор: отбор коацерватов, наиболее устойчивых к условиям среды)

Коацерваты (сгустки органических веществ, отграниченные от окружающей среды мембраной)

Гетеротрофы (животные, грибы, питаются органическим веществом)

Автотрофы (растения, синтезируют органическое вещество из неорганического)

Анаэробы (организмы, живущие в отсутствии свободного кислорода)

Аэробы (организмы, которые могут существовать только при наличии свободного кислорода)

Прокариоты (клетки, лишенные ядра – бактерии, сине-зеленые водоросли)

Эукариоты (клетки с ядром – все остальные организмы)

Голобиоз (точка зрения, согласно которой у живых организмов вначале появилась способность к обмену вещества)

Генобиоз (точка зрения, согласно которой у живых организмов вначале появилась способность к самовоспроизведению)

Исторические концепции происхождения жизни: креационизм (божественное сотворение), гипотеза панспермии (жизнь занесена из космоса), биохимическая эволюция, постоянное самозарождение, стационарное состояние (жизнь существовала всегда)

Тема 2-05-04. Эволюция живых систем

 

Эволюция, ее атрибуты: самопроизвольность, необратимость, направленность

Дарвинизм (эволюционное учение Дарвина; основные факторы эволюции – наследственность, изменчивость, естественный отбор)

Генофонд (совокупность различных генов в популяциях или видах)

Борьба за существование

Синтетическая теория эволюции, её основные положения:

– элементарная эволюционная структура – популяция (популяция – это совокупность особей одного вида, населяющих определенную территорию и свободно скрещивающихся между собой)

– элементарный наследственный материал – генофонд популяции

– элементарное явление эволюции – изменение генофонда популяции

– элементарные эволюционные факторы: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, естественный отбор; их эволюционное значение

 – единственный направляющий фактор эволюции — естественный отбор

Микроэволюция (эволюция на уровне популяций, приводит к образованию новых видов)

Макроэволюция (эволюция на надвидовом уровне, приводит к образованию отрядов, классов, типов и т.д.)

Формы отбора: движущий (направленный) (способствует сдвигу среднего значения признака при изменении условий среды, в результате появляются новые формы жизни), стабилизирующий (способствует сохранению признаков вида в постоянных условиях среды), дизруптивный (действует в разнообразных условиях среды, встречающихся на одной территории, и поддерживает несколько различных форм жизни, в результате популяция разрывается на несколько различных групп)

Тема 2-05-05. История жизни на Земле и методы исследования эволюции (эволюция и развитие живых систем)

Понятия о геологических эрах и периодах (эры: 1) архей 3,5 млрд лет назад, начало жизни на Земле; 2) протерозой 2,6 млрд лет назад, появление беспозвоночных животных; 3) палеозой 570 млн лет назад, появляются рыбы; 4) мезозой 230 млн лет назад, появляются рептилии; 5) кайнозой 66 млн лет назад, появляются млекопитающие)

Связь границ между эрами с геологическими и палеонтологическими изменениями

Некоторые важнейшие ароморфозы: фотосинтез, эукариоты, многоклеточные, скелет

Основные таксономические группы растений и животных и последовательность их эволюции:

- рыбы

- земноводные (амфибии)

- пресмыкающиеся (рептилии)

- птицы

- млекопитающие

- голосеменные

- покрытосеменные

- цветковые

Прокариоты (клетки без ядра – бактерии и сине-зеленые водоросли)

Филогенез (историческое развитие видов, родов, отрядов, классов, типов)

Онтогенез (индивидуальное развитие организма от момента зарождения до смерти)

Адаптация (приспособление организмов к условиям окружающей среды)

Ароморфоз (приспособление, резко повышающее уровень организации живых организмов, например, появление постоянной температуры тела)

Понятие о флоре, фауне (флора – растительный мир, фауна – животный мир)

Методы исследования эволюции: палеонтология (ископаемые переходные формы,

палеонтологические ряды, последовательность ископаемых форм)

Методы исследования эволюции: биогеография (сопоставление видового состава с историей территорий, островные формы, реликты)

Методы исследования эволюции: морфологические методы (установление связи между сходством строения и родством сравниваемых форм, рудиментарные органы, атавизмы)

Методы исследования эволюции: эмбриологические методы (зародышевое сходство, принцип рекапитуляции)

Методы исследования эволюции: генетические, экологические, методы биохимии и молекулярной биологии

Тема 2-05-06. Генетика и эволюция

Генетика (наука о наследственности и изменчивости)

Ген (участок молекулы ДНК, определяющий развитие одного признака, или синтез одного белка)

Аллель (гены, располагающиеся в гомологических хромосомах и отвечающие за развитие одного признака)

Рецессивные и доминантные гены (доминантные гены подавляют проявление рецессивных генов) Гомозиготы (клетки, содержащие одинаковые гены данной аллельной пары (АА или аа)) гетерозиготы (клетки, содержащие различные гены данной аллельной пары (Аа))

Хромосомы

Геном (совокупность генов, содержащихся в данной растительной или животной клетке)

Генотип (совокупность всех генов конкретного организма)

Фенотип (совокупность всех признаков и свойств организма)

Свойства генетического материала: дискретность, непрерывность, линейность, относительная стабильность

Изменчивость: наследуемая (генотипическая, мутационная)

Изменчивость: ненаследуемая (фенотипическая, модификационная)

Виды мутаций: генные (изменения структуры ДНК в пределах одного гена), хромосомные (изменения структуры хромосом), геномные (изменения числа хромосом)

Свойства мутаций: случайность, внезапность, ненаправленнность, неоднократность и наследуемость