Концепции современного естествознания
Содержание
Введение
1.Теория эволюции Ламарка
2.Происхождение видов в результате естественного отбора
.Исследования эволюции
3.1 Палеонтология
.2 Географическое распространение
.3 Классификация
.4 Селекция растений и животных
.5 Сравнительная анатомия
.6 Адаптивная радиация
.7 Сравнительная эмбриология
.8 Сравнительна биохимия
.9 Эволюция и генетика
4.Космологическая эволюция
Заключение
Литература
Введение
Сведения, подтверждающие современные сведения об эволюции, поступают из разных источников, среди которых главное место занимают палеонтология, биогеография, систематика, селекция растений и животных, морфология, изучение адаптивной радиации, сравнительная эмбриология, сравнительная биохимия и космология. В числе этих данных немало также доказательств, нуждающихся в подтверждении, а также исключений или сведений, которым можно дать иную интерпретацию; однако концепция эволюции в широком смысле основана на огромном количестве научных сведений.
Эволюция подразумевает всеобщее постепенное развитие, упорядоченное и последовательное. Применительно к живым организмам эволюцию можно определить как развитие сложных организмов из предшествующих, более простых организмов с течением времени.
Теории, касающиеся возникновения Земли, да и всей Вселенной, разнообразны и далеко не достоверны. Согласно теории стационарного состояния Вселенная существовала извечно. Согласно другим гипотезам, Вселенная возникла из сгустка нейтронов в результате Большого взрыва, родилась в одной из черных дыр или же была создана Творцом. Вопреки бытующим представлениям, наука не в состоянии опровергнуть идею о божественном сотворении первозданной Вселенной, так же и теологические взгляды не обязательно опровергают возможность того, что жизнь в процессе своего развития приобрела черты, объяснимые на основе законов природы.
1. Теория эволюции Ламарка
Французский биолог Ламарк в 1809г. выдвинул гипотезу о механизме эволюции, в основе которой лежали две предпосылки: упражнение и неупражнение частей организма и наследование приобретенных признаков. Изменения среды могу вести ,по его мнению, к изменению форм поведения, что вызовет необходимость использовать некоторые органы или структуры по-новому или более интенсивно ( или перестать ими пользоваться). В случае интенсивного использования эффективность и величина органа будет возрастать, а при неиспользовании может наступить его атрофия. Эти признаки, приобретенные индивидуумом в течении всей жизни, согласно Ламарку, наследуются, то есть передаются потомкам.
Теория Ламарка подготовила почву для принятия эволюционной концепции, его взгляды на механизм изменения так и не получили широкого признания. Однако Ламарк был прав, подчеркивая роль условий жизни в возникновении фенотипных изменений у данной особи. Теория была исторической предпосылкой для признания впоследствии наследования генетических особенностей при половом размножении.
2. Происхождение видов в результате естественного отбора (Дарвин, Уоллес)
Ч. Дарвин обратил внимание на то, что все-таки численность популяции остается относительно постоянной. Он начал понимать, что в условиях интенсивной конкуренции между членами популяции любые изменения, благоприятные для выживания в данных условиях, повышали бы способность особи размножаться и оставлять плодовитое потомство, а неблагоприятные изменения не выгодны, и у организмов, переживающих эти неблагоприятные изменения, шансы на успешное размножение понижались бы. Эти соображения послужили отправным пунктом для создания теории эволюции путем естественного отбора, сформулированной Дарвином в 1839 г. В сущности, наибольший вклад Дарвина в науку заключается не в том, что он доказал существование эволюции, а в том, что он объяснил, как она может происходить.
Тем временем другой естествоиспытатель, Альфред Рассел Уоллес пришел к те же выводам, что и Дарвин. Согласно Дарвину и Уоллесу, механизмом, с помощью которого из предшествующих видов возникают новые виды, служит естественный отбор.
3.Исследования эволюции
.1 Палеонтология
Палеонтология занимается изучением ископаемых остатков, т.е. любых сохранившихся в земной коре остатков, предположительно принадлежащих каким-либо живым организмам. Это могут быть целые организмы, твердые скелетные структуры, наружные внутренние ядра, окаменелости, отпечатки, следы и окаменевшие экскременты.
Ископаемые остатки были хорошо известны еще до того, как мысль об эволюции получила всеобщее признание. Их либо считали остатками существ, сотворенных раньше других, либо артефактами, помещенными в горные породы Богом. В самых древних породах, содержащих ископаемые остатки, встречаются организмы очень немногих типов, и все они имеют простое строение. Более молодые породы содержат и более разнообразные ископаемые остатки со все более сложным строением. Во всей палеонтологической летописи многие виды, появляющиеся на каком либо стратиграфическом уровне, на более позднем уровне исчезают. В эволюционном смысле это истолковывают как возникновение и вымирание видов в соответствующие эпохи.
Геофизические данные указывают на то, что географические области и климатические условия изменялись на всем протяжении истории Земли. Каждый организм приспособлен к определенной среде, непрерывно изменяющиеся условия могли благоприятствовать возникновению некоего механизма эволюционного изменения, что позволяет объяснить прогрессивные изменения в строении организмов. Экологические соображения тоже согласуются с палеонтологическими данными: так, например, растения появились на суше раньше, чем животные, насекомые- раньше, чем опыляемые ими растения.
Одно из главных возражений против использования ископаемых остатков для доказательства эволюции - отсутствие непрерывности в палеонтологической летописи. Разрывы в ней «недостающие звенья» считают веским доводом против теории образования новых форм путем постепенного изменения. Данные в пользу эволюционного процесса пополняются по мере нахождения все большего числа «недостающих звеньев» - либо недостающих остатков, (амфибии-рептилии, рептилии- птицы, рептилии-млекопитающие), либо ныне живущих, либо близких по своему строению к вымершим формам. Возможно также, что новые виды возникли внезапно и промежуточных форм не существовало.
3.2 Географическое распространение
Все организмы в большей или меньшей степени приспособлены к своей среде. Если абиотические или биотические факторы, имеющиеся в определенном местообитании, могут обеспечить существование какого-то вида в одной географической области, то этот вид будет обнаружен в аналогичном местообитании в другой сходной географической области. Однако на самом деле это не так. Распространение растений и животных на земном шаре носит прерывистый характер. Это нередко обусловлено экологическими факторами, однако данные об успешной колонизации новых местообитаний растениями и животными интродуцированными в них человеком, позволяют думать, что в этом участвуют наряду с экологической адаптацией и какие-то иные факторы.
Рациональное объяснение прерывистого распространения организмов основано на концепции, согласно которой виды возникают в какой-то данной области, а затем расселяются из нее. Степень расселения зависит от того, насколько успешно может обосноваться данный организм в новых местах.
3.4 Классификация
Система классификации была создана Линнеем задолго до Дарвина и Уоллеса, но тем не менее она содержит кое-какие намеки, связанные с проблемой происхождения видов и эволюции. Можно представить, что все виды, как ныне живущие, так и вымершие, были сотворены каждый в отдельности в какой-то отдельный момент времени или существовали всегда, однако структурное сходство между организмами, составляющее основу естественной филогенетической классификации, наводит на мысль о существовании эволюционного процесса. Черты сходства различия между организмами можно представить как результат прогрессивной адаптации организмов в пределах каждой группы к определенным условиям среды на протяжении некоторого периода.
3.4 Селекция растений и животных
Одним из самых распространенных достижений человеческой цивилизации было выведение сортов растений и пород домашних животных от диких предков. Отбирая те особи, которые обладали какими-то желательными отклонениями, более крупным размером или более приятным вкусом и запахом, человек сохранял эти признаки путем искусственного разведения с помощью избирательного размножения ли опыления. В результате непрерывной селекции человек создал породы домашних животных и сорта культурных растений, которыми мы располагаем сейчас.
3.5 Сравнительная анатомия
При сравнительном изучении анатомии ( морфологии) групп животных или растений становится ясно, что по ряду особенностей они в основе свей сходны. Органы, построенные по оному плану, занимающие сходное положение в организме животного, похожие по гистологическому строению и развивающиеся из одних и тех же зачатков, называют гомологичными. Специфические функции, выполняемые гомологичными структурами, могут различаться у разных организмов; их различия отражают особые способы адаптации каждого организма к его среде и образу жизни. Некоторые структуры у многих видов, не несут никакой функции, и их называют рудиментарными органами (копчиковые позвонки у человека). Существование рудиментарных органов было бы трудно объяснить вне связи с процессом эволюции.
3.6 Адаптивная радиация
Адаптивной радиацией называют развитие какой-либо гомологичной структуры у разных представителей данной группы в различных направлениях, в соответствии с выполняемыми ею различными функциями. У всех организмов, принадлежащих к определенному классу, имеется ряд диагностических признаков, при этом различия между разными видами в пределах этого класса дают им возможность вести различный образ жизни, приспособленный к определенным местообитаниям. Относительно высокая степень адаптивной радиации, наблюдаемой у насекомых, отражает высокую приспособляемость и полезность основных особенностей этой группы. Наличие у предкового организма какой либо структуры или физической функции, которая имеется в сильно модифицированной форме у более высокоразвитых, по-видимому, родственных организмов, можно истолковать как указание на происхождение последних путем видоизменения первого; это составляет основу эволюционной теории. Значение адаптивной радиации состоит в том, что она указывает на возможность дивергентной эволюции, основанной на модификации гомологичных структур. Сходные структуры, процессы, наблюдаемые у организмов называют аналогичными. Существование аналогичных структур говорит о возможности конвергентной эволюции. Конвергентную эволюцию можно объяснить как результат действия среды путем естественного отбора, благоприятствующего тем изменениям, которые сообщают организмам повышенную выживаемость.
3.7 Сравнительная эмбриология
Изучая эмбриональное развитие Фон Бер (1792-1867)обнаружил у представителей разных трупп позвоночных удивительное структурное сходство всех этих группах, особенно на стадиях дробления, гаструляции и дифференцировки зарождающегося организма.
Геккель(1834-1919) высказал мысль, что это сходство имеет эволюционное значение. Он сформулировал закон рекапитуляции, согласно которому стадии, через которые проходит организм в процессе своего развития, повторяют эволюционную историю той группы, к которой он относится. Изучение одних только ранних зародышей любых позвоночных показывает, что определить группу, к которой они принадлежат, невозможно. Только на относительно поздних стадиях развития эмбрион начинает приобретать некоторое сходство с соответствующей взрослой формой. Изначальное сходство между эмбрионами объясняется тем, что все они имели общего предка. Закон рекапитуляции не может быть принят безоговорочно, так как не у одного из ныне живущих организмов нельзя обнаружить всех признаков его предполагаемых эволюционных предков. Но кажется вероятным, что организмы сохраняют механизмы развития, унаследованные от предков. Поэтому возможно, что на разных стадиях развития у данного организма будут черты структурного сходства с зародышами предковых форм.
3.8 Сравнительная биохимия
Наличие одинаковых веществ у всех организмов указывает на возможную биохимическую гомологию. Большая часть сравнительно-биохимических исследований касалась первичной структуры широко распространенных белков, таких как цитохром и гемоглобин, а позднее- нуклеиновых кислот, в особенности РНК. Незначительные изменения в генетическом коде ДНК, связанные с генными мутациями, приводят к тонким изменениям в общей структуре соответствующих белков. Например, при изучении глобинов - гемоглобина и миоглобина, участвующих в переносе и накоплении кислорода, была получена степень сходства между молекулами гемоглобина у четырех видов приматов: человека, шимпанзе, гориллы и гиббона. Иммунологические исследования тоже свидетельствуют об эволюционном родстве между организмами. Если белки, содержащиеся в сыворотке крови, ввести в кровь животным, у которых этих белков нет, то они действуют как антигены, т.е. побуждают организм вырабатывать антитела; в результате возникает реакция антиген- антитело. Эта иммунная реакция обусловлена способностью животного-реципиента распознавать присутствие в сыворотке чужеродных белков.
3.9 Эволюция и генетика
Современная генетика - это быстро развивающаяся наука о законах наследственности и изменчивости, переживающая глубокие качественные преобразования не только в теоретической сфере, но и в области практического применения (селекция, медицинская генетика).
Первое на что надо обратить внимание - это те исторически развивающиеся изменения, которые создали современный философский фундамент теории генетики. Стоит выяснить внутренние связи между эволюционной биологией (теорией естественного отбора Дарвина) и зарождающейся генетикой. Эта связь вытекает из определенной общности предметов исследования. Так, дарвинизм изучает интегральное действие трех факторов эволюции: наследственности, изменчивости и естественно отбора. Предметом же генетики является природа наследственности и изменчивости. нетрудно заметить, что они взаимообусловлены тем, что познание эволюции органического мира оказывается поверхностным и неполным, если оно проходит без учета сущности наследственности и изменчивости. Взаимообусловленность проблем теории эволюции и генетики не абсолютизирована и благодаря тому, что это единство внутренне различимо, теория эволюции и генетика выступают как отдельно самостоятельные дисциплины.
Материалистический подход в развитии генетики обеспечил создание теории гена, хромосомной теории наследственности, теории мутаций и современной молекулярной генетики.
Классический этап генетики начался после переоткрытия законов Менделя. Ему удалось создать логическую модель наследственности и дать формулировку законов наследственности. Исходя из этого Мендель основал теорию гена. Он выделил самое существенное свойство генов- дискретность - и сформулировал принципы независимости комбинирования генов при скрещивании.
Исключительно важным было обоснование учения о фенотипе и генотипе организмов, которое положило начало рассмотрению « явления» и «сущности» в проблемах генетики. Работы датского ученого В. Иогансона показали действие естественного отбора как фактора, преобразующего генотип на основе наследственной изменчивости при формирующей роли среды.
4. Космологическая эволюция
Биологической эволюции предшествовала длительная предбиотическая эволюция, связанная с переходом от неорганической материи к органической, а затем к элементарным формам жизни. Началом предбиотической эволюции было постепенное возникновение органических молекул из неорганических. Предполагают, что по мере охлаждения Земли возникали все условия для образования сложных органических молекул из неорганических.
Отдельные эволюционные теории появились в конкретных науках еще в прошлом веке ( теория возникновения солнечной системы Канта- Лапласа и эволюционная теория Дарвина), тем не менее никакой глобальной эволюционной теории развития Вселенной до нашего века не существовало. Это и не удивительно, поскольку классическое естествознание ориентировалось преимущественно на изучение не динамики, а статики систем. Благодаря широкому распространению системных идей выдвигаются различные гипотезы и модели возникновения и эволюции Вселенной.Они усилено обсуждаются в рамках современной космологии как науке о Вселенной как едином целом.
Модели Вселенной строятся на основе тех теоретических представлений, которые существуют в данное время в космологии. Современная космология возникла после появления общей теории относительности и поэтому ее в отличие от прежней, классической, называют релятивистской. Новый этап развития был связан с исследованиями русского ученого А.А. Фридмана, которому удалось теоретически доказать, что Вселенная, заполненная тяготеющим веществом, не может быть стационарной, а должна периодически расширяться и сжиматься. Этот новый результат нашел свое подтверждение после обнаружения Хабблом красного смешения, которое было истолковано как явление «разбегания галактик». Общим является представление о нестационарном изотропном и однородном характере ее моделей. Нестационарность означает, что Вселенная не может находиться в статистическом, неизменном состоянии, а должна либо расширяться, либо сжиматься. Изотропность указывает на то, что во Вселенной не существует каких-либо выделенных точек и направлений, т. е. ее свойства не зависят от направления. Однородность характеризует распределение в среднем вещества во Вселенной.
Все ученые сходятся в том, что первоначально Вселенная находилась в условиях, которые трудно вообразить на Земле. Эти условия характеризуются наличием высокой температуры и давления в сингулярности, в которой была сосредоточена материя. Такое допущение вполне согласуется с установлением расширения Вселенной, которое и могло начаться с некоторого момента, когда она находилась в очень горячем состоянии и постепенно охлаждалась по мере расширения. Такая модель «горячей» Вселенной была выдвинута Г.А Гамовым и названа стандартной. Американский астроном Карл Саган построил наглядную модель эволюции Вселенной, в которой космический год равен 15 млрд. земных лет, а 1 секунда - 500 годам; тогда в земных единицах времени эволюция представится так:
Образование галактик - 10 января
Образование Солнечной системы - 9 сентября
Образование Земли - 14 сентября
Возникновение жизни на Земле - 25 сентября
Океанский планктон - 18 декабря
Первые рыбы - 19 декабря
Первые динозавры - 24 декабря
Первые млекопитающие - 26 декабря
Первые птицы - 27 декабря
Первые приматы - 29 декабря
Первые гоминиды - 30 декабря
Первые люди - 31 декабря.
Большой взрыв произошел примерно 15-20млрд. лет назад и сопровождался сначала быстрым, а потом более умеренным расширением и соответственно постепенным охлаждением. По степени этого расширения ученые судят о состоянии материи на разных стадиях ее эволюции. В момент, когда возникли нейтральные атомы водорода и гелия, вещество сделалось прозрачным для фотонов, и они стали излучаться в моровое пространство. В настоящее время такой остаточный процесс наблюдается в виде реликтового излучения.
По мере расширения и охлаждения во Вселенной происходили процессы разрушения существовавших раньше симметрий и возникновения на этой основе новых структур.
Формирование Вселенной, согласно стандартной модели, представляется следующим образом. Когда температура Вселенной после взрыва упала до 6 млрд. градусов по Кельвину, первые 8 секунд после взрыва там существовала в основном смесь электронов и позитронов. Пока эта смесь находилась в тепловом равновесии, количество частиц разного рода оставалось приблизительно одинаковым. Между частицами происходили непрерывные столкновения, в результате чего возникали пары фотонов, а из столкновения последних электрон и позитрон. На этой стадии происходило непрерывное превращение вещества в излучение и наоборот, излучение в вещество. Вследствие этого между веществом и излучением сохранялась симметрия.
На предбиотической стадии эволюции до возникновения первых живых клеток, как показывают современные исследования, существовали материальные системы, обладавшие способностью к самовоспроизведению, метаболизму и развитию через мутации и конкуренцию с другими системами для отбора. Эти фундаментальные свойства, характеризующие жизнь, возникли из самоорганизации структур.
Заключение
Биология ХХ в. углубила понимание существенных черт живого, раскрыв молекулярные основы жизни. В основе современной биологической картины мира лежит представление о том, что мир живого - это грандиозная Система высоорганизованных систем. Несомненно, в модели происхождения жизни, будут включаться новые знания, и они будут всё более обоснованными. Но чем более качественно новое отличается от старого, тем труднее объяснить его возникновение.
Процесс научного познания в самом общем виде представляет собой решение различного рода задач, возникающих в ходе практической деятельности. Решение возникающих при этом проблем достигается путем использования особых приемов (методов), позволяющих перейти от того, что уже известно, к новому знанию. Такая система приемов обычно и называется методом. Метод есть совокупность приемов и операций практического и теоретического познания действительности.
Каждая наука использует различные методы, которые зависят от характера решаемых в ней задач. Однако своеобразие научных методов состоит в том, что они относительно независимы от типа проблем, но зато зависимы от уровня и глубины научного исследования, что проявляется прежде всего в их роли в научно-исследовательских процессах. Иными словами, в каждом научно- исследовательском процессе меняется сочетание методов и их структура.
Литература
эволюция палеонтология селекция генетика
1.Авторский коллектив под руководством профессора С.И. Самыгина «Концепции Современного Естествознания» для студентов вузов; Ростов н/Д «Феникс»; 1997г.-448с.
2.Г. И. Рузавин, «Концепции Современного Есетествознания»; М. ЮНИТИ, 2003г.-287с.
.Эл. сайт « Современная теория эволюции»
.Эл. справочник «Википедия»
.В.Н. Михайловский, «Концепции Современного Естествознания» Курс лекций; Спб 2004г.- 284с.