Гидросфера – водная оболочка Земли, совокупность всех природных вод планеты. Она включает мировой океан, воды суши и находится в тесном взаимодействии с литосферой (подземные воды), атмосферой (водяной пар), и живыми организмами. Гидросфера едина, так как все воды взаимосвязаны и находятся в постоянном круговороте. В.И. Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов…Все земное вещество…ею проникнуто».
Атмосфера – газовая оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести и участвующая в ее суточном и годовом вращении. Впервые термин «атмосфера» ввел в практику М.В. Ломоносов. Атмосфера состоит из смеси газов, называемой воздухом. Нижней границей атмосферы является поверхность Земли. Четко выраженной верхней границы она не имеет. Условно ее проводят на высоте около 2000-3000 км.
С высотой температура, давление и плотность воздуха в атмосфере меняются. В зависимости от этого принято деление атмосферы на несколько слоев: тропосфера (толщина 16-18 км над экватором), стратосфера (50-55 км), мезосфера (80-85 км), термосфера (от 85 до 600-800 км). Атмосфера защищает Землю от влияния открытого космоса, поддерживает температурное равновесие и благоприятный режим, содержит азот, входящий в состав почти всех живых организмов, и кислород, необходимый для дыхания. Одним из важнейших компонентов атмосферы является изотоп кислорода – озон. Озоновый слой, являясь экраном от ультрафиолетового излучения, играет исключительно важную роль в сохранении жизни на Земле.
Особая комплексная оболочка Земли, в пределах которой соприкасаются, проникают друг в друга и взаимодействуют верхняя часть литосферы, гидросферы, нижняя часть атмосферы называется географической оболочкой. Границы географической оболочки разные ученые определяют по-разному. Верхняя граница совпадает с границей тропосферы или озоновым экраном, а нижняя – граница земной коры или нижняя граница ее осадочного слоя.
Целостность географической оболочки обеспечивается постоянным обменом веществ и энергией между сушей, атмосферой, мировым океаном и организмами. Учение о географической оболочке было разработано А.А. Григорьевым.
Основные понятия темы:
Земля – третья по счету от Солнца планета в Солнечной системе.
Нептунизм – концепция, согласно которой все горные породы отложились в виде осадков из Всемирного океана.
Плутонизм – концепция, согласно которой все процессы на Земле обусловлены ее внутренним теплом.
Униформизм – концепция о неизменности геологических явлений в истории Земли.
Ядро Земли – центральная область Земли, ограниченная сферической поверхностью на глубине 2900 км.
Мантия Земли – одна из внутренних оболочек, расположенная между Земной корой и ядром.
Земная кора – твердая внешняя оболочка земного шара толщиной в среднем 35-40 км, часть литосферы.
Эра геологическая – длительный этап геологической истории и развития жизни на Земле, соответствующий времени образования определенных горных пород.
Литосфера – верхняя оболочка Земли.
Атмосфера – газовая оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести и участвующая в ее суточном и годовом вращении.
Гидросфера – водная оболочка Земли, совокупность всех природных вод планеты.
Тема 13. Особенности биологического уровня организации материи
1. Биология как система наук о живой природе
Термин «биология» был введен впервые в XIX веке Жаном Батистом Ламарком. Биология изучает бесчисленные формы живых организмов, их строение, функции, индивидуальное развитие, взаимоотношение друг с другом и с окружающей средой. Предмет биологии – жизнь, которая является наиболее сложной формой организации и движения материи. Поэтому она представляет собой систему наук и ее структуру можно рассматривать с разных точек зрения. По объекту исследования в биологии выделяют вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию, антропологию. По свойствам и проявлениям живого биология подразделяется на морфологию (строение организмов), физиологию (функционирование организмов), молекулярную биологию (микроструктура живых тканей и клеток), экологию (образ жизни растений и животных, их связи с окружающей средой), генетику (законы наследственности). По уровню организации изучаемых живых объектов в биологии выделяют: анатомию (строение организма), гистологию (строение тканей), цитологию (строение живых клеток).
Исторически биология развивалась как описательная наука о многообразных формах и видах растительного и животного мира. Поэтому важнейшее место в ней занимали методы анализа, систематизации и классификации огромного эмпирического материала, накопленного натуралистами.
Поиски единой основы живых форм привели к изучению их сначала на клеточном, а затем на молекулярном уровне. Попытки создания классификаций видов растений и животных привели к идеям и принципам теории эволюции. Описательная биология послужила эмпирическим фундаментом, на котором сформировался единый, целостный взгляд на многообразный мир живых систем, связанный с изучением структуры биологических систем, структурных уровней организации живой материи. Поэтому в развитии биологии обычно выделяют три основных этапа:
этап систематики (К. Линней);
эволюционный этап (Ч. Дарвин);
этап биологии микромира (Г. Мендель).
Развитие биологии все больше убеждает ученых в единстве природы, в связи органического и неорганического миров.
2. Основные концепции происхождения жизни. Сущность живого
В биологии сложились четыре подхода к объяснению феномена жизни:
Витализм – объяснение специфики жизни наличием в организмах особой «жизненной силы» (vitalis – жизненный).
Редукционизм – сведение процессов жизнедеятельности к совокупности определенных химических реакций.
Композиционизм считает основной причиной функционирования явлений жизни межорганизменные связи.
Функционализм возник в связи с обсуждением вопроса о возможности жизни на других планетах, природа и структура живого может различаться, сходство же будет проявляться только в функциях.
В соответствии с этими подходами существует несколько концепций происхождения жизни. Наиболее распространенными из них являются следующие:
Креационизм – жизнь была создана сверхъестественным путем в определенное время.
Самопроизвольное (спонтанное) зарождение: жизнь возникала неоднократно из неживого вещества. Ван Гельмонт (1577-1644) описал эксперимент, в котором он за 3 недели якобы создал мышей. Для этого понадобились грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом служил человеческий пот. Опровержение этому дал в 1688 г. Франческо Реди из Флоренции. До сих пор важное значение в биологии имеет знаменитый «принцип Реди», согласно которому жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (биогенез). Реди провел такой эксперимент: он взял четыре больших сосуда, в первый поместил змею, во второй – немного рыбы, в третий – угрей, в четвертый – кусок молодой телятины. Эти сосуды он плотно закрыл и запечатал. То же самое поместил в четыре других сосуда, но оставил их открытыми. Видел мух, свободно влетающих и вылетающих из этих сосудов. В результате в открытых сосудах были обнаружены маленькие белые червячки (личинки мух), а в запечатанных сосудах не было ни одной личинки.
Ладзаро Спалланцани в 1765 г. доказал, что кипячение убивает все формы живых существ. А в 1860 г. Луи Пастер предложил свои знаменитые способы пастеризации и стерилизации (стерилизация - обработка неживых предметов, которые могут быть заражены живыми существами).
Теория стационарного состояния – жизнь существовала всегда, также как и Вселенная. Виды живого существовали всегда и у них есть только две возможности: либо изменение численности, либо вымирание.
Теория панспермии – жизнь на Землю занесена из других частей Галактики или Вселенной. В 1865 году немецкий ученый–медик Г. Рихтер утверждал, что зародыши предков организмов могли быть занесены с метеоритами и космической пылью. Эта гипотеза широко распространена среди ученых, наиболее видными ее сторонниками являются У. Томсон, Г. Гельмгольц, В.И. Вернадский. В 1907 г. шведский естествоиспытатель С. Аррениус выдвинул сходную гипотезу, которая и получила название панспермии: во Вселенной вечно существуют «семена жизни», которые, попадая в благоприятные условия, рождают жизнь.
Теория биохимической эволюции – жизнь возникла в результате физико-химических процессов. В 1924 г. А.И. Опарин (биохимик) опубликовал книгу «Происхождение жизни», в которой изложил гипотезу возникновения жизни на Земле.
В современной биологии все теории делятся на две большие группы: голобиоза и генобиоза.
Голобиоз – методологический подход, признающий первичность структур типа клеточной, способных к элементарному обмену веществ при участии ферментов. Появление нуклеиновых кислот – завершение эволюции.
Генобиоз признает первичность молекулярной системы со свойствами генетического кода. Дж. Холдейн высказал предположение: первичной была макромолекулярная система, подобная гену и способная к саморепродукции, так называемый «голый ген».
Имеются и промежуточные варианты: белковые и нуклеиновые молекулы появились одновременно и подверглись коэволюции, т.е. одновременной и взаимосвязанной эволюции. Контраргумент: белковые и нуклеиновые макромолекулы структурно и функционально настолько различны, что нереально их одновременное появление и сосуществование. К 1980-м гг. усилились позиции генобиоза.
Очевидно на современном уровне исследования, что в определении жизни должны быть зафиксированы функциональные и субстратные моменты. Жизнь – высшая из природных форм движения материи, для которой характерны самообновление, саморегуляция, самовоспроизведение разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфорорганические соединения.