Организация и самоорганизация в живой природе. Гипотеза Геи-Земли как единого организма и ее естественно-научное обоснование

Министерство образования и науки РФ

Негосударственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Камский институт гуманитарных и инженерных технологий»

Кафедра «Экономики»

КОНТРОЛьНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

на тему: «Организация и самоорганизация в живой природе. Гипотеза            Геи-Земли как единого организма и ее естественно-научное обоснование. Основные различия между растениями и животными»

Выполнил:   ______________ студент гр. ЗЭд-14  Ю. П. Тотоева

Проверил:   ______________  А.П. Ильин

Ижевск 2015

Содержание:

Введение………………………………………………………………….......3

1. Структурные уровни организации живой материи …………...……….4

1.1 Основные особенности живых систем……………………………........4

1.2 Структурные уровни организации живой материи…………………...6

2. Гипотеза Геи-Земли как единого организма и ее естественно-

    научное обоснование ………………………..............................................8

3. Основные различия между растениями и животными………………..12

Заключение…………………………………………………………………15

Список используемой литературы…………………………………….......16

Введение

Жизнь на Земле чрезвычайно разнообразна. С начала появления жизни на Земле, то есть с течением биологического времени (3,5–3,7 млрд лет) эволюция живых организмов насчитывает огромное количество видов. В настоящее время, по разным оценкам, на Земле существует около 500 тыс. видов растений, из которых 300 тыс. высших. Царство животного мира более разнообразно, чем царство растений. На сегодняшний день описано около 1,5 млн видов представителей животного мира, но очевидно, что это далеко не исчерпывающие сведения.

Самоорганизация может рассматриваться как процесс и как явление. Как процесс самоорганизация заключается в формировании, поддержании или ликвидации совокупности действий, ведущих к созданию устойчивых, производственных и межличностных отношений в коллективе на основе свободного выбора принятых правил и процедур. Как явление самоорганизация представляет собой набор элементов, служащих для реализации программы или цели. К таким элементам относятся неформальные структуры управления, участники этого процесса, ресурсы и т.д.

Биологическая самоорганизация как процесс представляет собой действия, основанные на генетической программе сохранения вида и призвана обеспечить соматическое (телесное) построение объекта. Как явление биологическая самоорганизация – это конкретные изменения в живой природе (мутации) для приспособления к конкретным условиям существования.

1. Структурные уровни организации живой материи

Биологический уровень организации материи представлен живой природой во всем ее многообразии. Изучением живой природы занимается биология.

Живые организмы на Земле группируются в соответствии с особенностями своего внутреннего и внешнего строения, а также по другим признакам и свойствам в ряд систематических единиц, имеющих общее происхождение.

1.1 Основные особенности живых систем

Все разнообразие видов на Земле классифицируют согласно категориям систематики: царство-тип-подтип-класс-отряд-семейство-род-вид-подвид-разновидность. Наиболее широкая и общая таксономическая единица – это царство. Современная биология выделяет пять царств. Это прокариоты, простейшие, грибы, растения, животные. Все эти таксономические единицы являются результатом исторического процесса в мире живой материи, его эволюции.

Почти все живые организмы состоят из клеток (кроме вирусов и фагов). По этому признаку организмы делятся на доклеточные и клеточные.

Доклеточные формы жизни – вирусы – занимают промежуточное положение между живым и неживым. Они сочетают в себе свойства и живого, и неживого.

Все клеточные живые организмы делятся на одноклеточные и многоклеточные. Одноклеточные организмы (бактерии, простейшие, некоторые водоросли и грибы) состоят лишь из одной клетки. Одноклеточные в свою очередь делятся на прокариотов (клетка которых лишена ядра) и эукариотов (клетка которых имеет ядро). Многоклеточные организмы состоят из множества клеток.

Современная наука о клетке – цитология – представляет клетку как чрезвычайно сложноорганизованную биологическую систему. Клетка состоит из оболочки (мембраны), наполненной протоплазмой. В протоплазме находятся органоиды, выполняющие определенные специализированные функции (обмен веществ, дыхание, синтез белка и т. д.), и ядро (или нуклеотид) с генетическим аппаратом.

Элементы и компоненты биологических систем выражают дискретную составляющую живого. Живые объекты в общей системе живых организмов в природе относительно обособлены один от другого (особи, популяции, виды). Каждая особь одноклеточного или многоклеточного организма состоит из клеток. Клетка состоит из органелл. Органеллы в свою очередь представлены отдельными высокомолекулярными органическими веществами. Вследствие такой чрезвычайной сложности живых систем в природе не может быть двух одинаковых особей, популяций или видов, хотя в целом они могут быть очень близкими.

Характерными особенностями живых систем кроме обмена веществом и энергией являются саморегуляция, раздражимость, синтез органических веществ, рост, размножение, адаптация к окружающей среде и передача наследственных признаков.

Уникальной особенностью живого является его самовоспроизведение, которое осуществляется на основе матричного принципа синтеза макромолекул. ДНК, хромосомы и гены как главные управляющие системы живых организмов обладают высокой стабильностью к идентичному самовоспроизведению, что обеспечивает передачу наследственных признаков ряду поколений. В изменяющихся условиях среды достаточно стабильное генное управление претерпевает некоторые структурные изменения. Эти изменения, мутации в выжившем и изменившемся в соответствии с условиями среды организме передаются по наследству по матричному принципу. Это приводит к разнообразию живой материи.

1.2 Структурные уровни организации живой материи

 Классическими уровнями в современной биологии являются следующие: молекулярно-генетический, клеточный, онтогенетический, популяционно-видовой, биогеоценотический (биосферный).

Молекулярно-генетический уровень - это уровень функционирования биополимеров, таких как белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и другие важнейшие органические соединения, положившие начало основным процессам жизнедеятельности. На этом уровне организации живой материи элементарными структурными единицами являются гены. Вся наследственная информация у живых организмов заложена в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновые кислоты). Реализация этой информации связана с участием молекул РНК (рибонуклеиновые кислоты). С молекулярными структурами связаны хранение, изменение и реализация наследственной информации, то есть передача ее из поколения в поколение. Одним из важнейших механизмов изменчивости на молекулярном уровне является механизм мутации генов, то есть их непосредственное преобразование под воздействием внешних факторов, вызывающих мутации (появление мутагенов), это – вирусы, радиация, токсические химические соединения.

Клеточный уровень – на этом уровне идут процессы обмена веществ, процессы передачи и переработки информации и превращения веществ и энергии. Клетки всех живых организмов сходны по своему строению и составу вещества. Всеми весьма многообразными и сложными процессами в клетке управляет особая структура – ядро. Ядро хранит и воспроизводит генетическую информацию, координирует и регулирует процессы обмена веществ в клетке, а также ее воспроизводство путем деления.

Онтогенетический (организменный) уровень - это более высокий и сложный комплексный уровень организации живого на Земле. Основной жизненной единицей на этом уровне является особь, а элементарным явлением – онтогенез. Сам термин «онтогенез» означает индивидуальное развитие организмов, охватывающее все изменения от зарождения до смерти. На этом уровне развития живого идет декодирование, а также реализация генетической и наследственной информации, завершающиеся становлением дефинитивной организации. Идет проявление фенотипических признаков, служащих материалом для естественного отбора.

Популяционно-видовой уровень - на этом уровне изменения, возникающие на первых трех уровнях, приводят к существенным эволюционным преобразованиям (микроэволюциям) за счет выработки новых адаптивных норм (признаков) и связанных с ними процессов видообразования. Это уже надорганизменный уровень, единицей которого является популяция - генетически открытая система. Именно популяции выступают в качестве элементарных единиц эволюции. Изменения их генофонда приводят к появлению новых видов. Объединяясь на определенной территории, они образуют биоценозы.

Биосферный (биогеоценотический) уровень - биоценозы состоят из нескольких популяций и являются компонентами уже более сложной биологической системы – биогеоценоза. Биогеоценоз представляет собой единство живого (биоценоза) и неживого, то есть определенного участка земной поверхности (биотопа). Биосферный уровень организации живого – это наивысший уровень, охватывающий все явления жизни на Земле, он объединяет все другие уровни организации жизни на Земле. На этом уровне протекают вещественно-энергетические круговороты, вызванные жизнедеятельностью организмов и образующие в сумме большой биосферный круговорот.

2. Гипотеза Геи-Земли как единого  организма и ее естественно-научное обоснование

Если рассмотреть перечень современных научных гипотез с целью выяснить, в какой теории наиболее размыта грань между осязаемым и божественным, то, скорее всего, список возглавит гипотеза Геи.

Согласно древнегреческой мифологии, Гея: Мать-Земля. Древнейшее доолимпийское божество, игравшее важнейшую роль в процессе создания мира в целом. Она была хранительницей древней мудрости, и ей были ведомы веления судьбы и ее законы. Греки считали, что в Гее заложены самые важные функции для жизни, поэтому называли ее Карпофорос - Плодоносная, и преклонялись ей за неиссякаемое плодородие.

В чем же для современного человека состоит суть гипотезы Геи?

Названная именем греческой богини Земли, гипотеза Геи, высказанная и обоснованная исследователем Джеймсом Лавлоком 35 лет назад, представляет нашу планету как живое, дышащее и саморегулирующееся существо. Лавлок считает, что воздух, море и суша динамически продолжают биосферу, так же как оперение и гнездо - птицу.

Не только жизнь адаптируется к своему материальному окружению, но и материальное окружение старательно адаптируется к жизни. В атмосфере нашей планеты не было бы кислорода, если бы не было тех, кто производит процесс фотосинтеза, и не было бы воды, если бы не существовало кислорода.

"Без жизни  водород уйдет в космос, а моря  быстро исчезнут", - говорит Лавлок. Он считает, что существует сложная многосторонняя связь между живыми существами, сушей, морем и воздухом. Именно она удерживает планету в стабильном состоянии, поддерживает на оптимальном уровне температуру воздуха и соленость воды. Дж. Лавлок предположил, что один из важных механизмов поддержания концентрации кислорода в атмосфере на уровне 21% связан с тем фактом, что при концентрации кислорода ниже 15% воспламенение древесины невозможно, а при концентрации выше 25%, воспламенение происходит слишком легко и лесные пожары просто уничтожат все леса. Хвойные породы и эвкалипты легко воспламеняются, поэтому пожары включаются в их эволюционную стратегию.

Мысль о том, что живые организмы регулируют температуру земной поверхности и химический состав ее атмосферы, пришла к Лавлоку, когда он работал по заданию НАСА над экспериментами по обнаружению жизни на Марсе. Сравнивая данные об атмосферах Марса и Венеры, в которых доминирует углекислый газ, с земными параметрами, он удивился их радикальному отличию.

"Вся система  жизни и ее материального окружения саморегулируется в состояние, комфортабельное для организмов", - к такому выводу пришел Лавлок. Исчезновение углекислого газа из атмосферы зависит от уровня роста организмов и, следовательно, от климата планеты. Если температура слишком низка, углекислый газ аккумулируется в атмосфере и обогревает планету, но когда температура повышается до излишне высоких отметок, углекислый газ быстрее поглощается растениями. Таким образом устанавливается оптимальная температура.

Несмотря на нестабильность этой ситуации, атмосфера Земли с относительным постоянством осуществляет свою функцию защиты жизни. Таково было одно из наблюдений, описанных химиком Джеймсом Лавлоком, выступившим на научной конференции в Принстоне в 1969 году.

В противовес концепции, принимающей природу как игру случайностей, Лавлок постулировал, что, вполне возможно, Земля существует в форме гигантского живого организма, организовавшего все формы материи, - как органической, так и неорганической, - с определенной целью: создать среду для поддержания жизни. Невзирая на его прежние заслуги - инновационное применение чувствительных инструментов на корабле Викинг, исследовавшем Марс, идея Лавлока о Земле как живом организме подверглась жесткой критике со стороны его коллег.

Еще одно из наблюдений, сделанных Лавлоком, - обнаружение факта неизменности концентрации соли в морской воде, которая остается на оптимальном уровне для поддержания в ней жизни. Науке известно, что воды рек постоянно уносят минеральные соли в океан, однако, когда морская вода образует облака при испарении, в них уже не содержатся соли. Если следовать строгой логике, то было бы правильным предположить, что концентрация соли в водах океана должна возрастать с течением времени. Однако этого не происходит.

Концентрация соли остается неизменной веками. По мнению сторонников гипотезы Геи, это объясняется способностью колоссального существа сохранять внутреннее равновесие - феномен, который научно соответствует явлению "гомеостаза", характерному обычно для клеточных организмов.

Некоторые считают, что ответ к загадке столь загадочного феномена можно найти в процессе образования соляных копей: в течение времени вода образует залив, который позже отсекается сушей. Вода внутри испаряется и остается только соль. Эта часть земли покрывается слоем пыли и глины, со временем превращаясь в скалу, не давая возможность реке, которая потенциально может образоваться в будущем, уносить соль. Возможно ли, что этот механизм произвольно регулирует концентрацию соли таким образом, что вода остается пригодной средой обитания для рыб и других морских созданий? По мнению тех, кто поддерживает эту теорию, такое положение вещей есть не просто следствие случайного стечения обстоятельств, но, скорее, процесс, который регулируется самой Геей.

В феврале 2003 года Джеймс Лавлок выпускает книгу под названием "Возмездие Геи", в которой развивает свою теорию, описывающую Землю как в буквальном смысле живой организм, способный болеть и страдать. В преддверии выхода книги он опубликовал статью, в которой кратко описывает суть "Возмездие Геи".

Человечество, с точки зрения Лавлока, является "нервной системой" Земли, благодаря которой Гея осознаёт самое себя, познаёт свой облик и место во Вселенной. Но "нервная система" Геи приносит ей же самой неисчислимые бедствия...

"Гея сделала  меня планетарным врачом, и, поскольку  я воспринимаю свою профессию  всерьёз, мне волей-неволей приходится  сообщать дурные вести", - пишет  Лавлок. - Центры по изучению климата  во всём мире, представляющие  собой эквивалент диагностической лаборатории или больницы, докладывают о физическом состоянии Земли, и специалисты видят, что планета серьёзно больна, и в самом скором времени у неё начнётся лихорадка, которая продлится не менее 100 тысяч лет. И я должен сказать вам, члены Земной семьи, и самая её близкая часть, что вы, и в особенности цивилизация находимся в смертельной опасности".

По утверждениям Лавлока, планета поддерживала себя в здоровом и крепком состоянии, как и любое животное, в течение более чем трёх миллиардов лет своего существования. Однако мы начали загрязнять её как раз в тот момент, когда из-за солнечной активности это менее всего следовало делать. Лихорадка вот-вот начнётся, а за ней последует и состояние, сходное с комой. Планета уже побывала в этом состоянии и выздоровела, но на это ушло 100 тысяч лет. Человечество несёт ответственность за эту болезнь, и мы испытаем все последствия этого: уже в течение этого столетия температура на средних широтах подскочит в среднем на 8 градусов, а в тропиках - на 5.

Это означает, что большая часть суши в тропических широтах, покроется в лучшем случае низкорослой растительностью, или просто обратится в пустыни, и следовательно, в климатической саморегуляции более роли никакой играть не будет. Таким образом, 40% поверхности Земли окажется истощённой и бесплодной.

3. Основные различия между растениями  и животными

Еще со времен Аристотеля ученые делят мир живых существ на два царства — царство животных и царство растений.

Растения (лат. Plantae, или Vegetabilia) — биологическое царство, одна из основных групп многоклеточных организмов, включающая в себя мхи, папоротники, хвощи, плауны, голосеменные и цветковые растения.

Животные (лат. Animalia) –биологическое царство, одно из самых крупных подразделений в системе органического мира, включающая в себя беспозвоночных, земноводных, членистоногих, моллюсков, пресмыкающихся, рыб, птиц и млекопитающих.

Наиболее существенное различие между животными и растениями состоит прежде всего в способе питания. В результате фотосинтеза, то есть биохимической реакции, которая происходит только на свету, растения способны из минеральных веществ (углекислого газа и воды) синтезировать органические вещества (сахар и крахмал). Органические молекулы обладают большим запасом энергии, чем минеральные, из которых они образовались, так как в них накапливается часть солнечной энергии, использованной для процесса фотосинтеза. Животные питаются готовыми органическими веществами, поедая растения (а также животных, грибы). Однако некоторые виды эвглен могут вести себя как растения, поглощая энергию излучения солнца. У сложно организованных животных больше различий с представителями царства растений.

Клетки растений имеют целлюлозную оболочку и пластиды, вакуоли наполнены клеточным соком, клетки животных лишены твердых оболочек, пластид, вакуолей.

Растения неподвижны (исключение: росянка, мимоза - свойственно движение отдельных частей организма). Животные же передвигаются с помощью специальных органов: жгутиков, ресничек, конечностей. (Но некоторые ведут неподвижный образ жизни - это вторичное явление).

Растения растут в течение всей своей жизни, а у животных рост происходит только на определенных стадиях развития.

В ходе эволюции у животных возникли разнообразные органы и системы органов: движения, пищеварения, выделения, дыхания, кровообращения, нервная система и органы чувств, у растений таких органов нет.

Можно систематизировать основные различия растений и животных в приведенную ниже таблицу:

Относительность различий между животными и растениями - следствие общности их происхождения, еще одно подтверждение существования генетического единства органической жизни на Земле. Различия между растениями и животными указывает на непрерывность процесса эволюции.

Заключение

Учёные ведут дискуссии о возможной потере устойчивости биосферы в связи с вымиранием и исчезновением некоторых видов животных и растений. В связи с тем, что никому не известен оптимум разнообразия биосферы, рассуждения о пределе устойчивости биосистемы носят спекулятивный характер. Следует принимать во внимание, что биосфера не исчезнет, она уже выдержала несколько катастроф за 4 млрд. лет. Биосфера может стать или непригодной для существования человечества, или адаптироваться к экспансии человечества. Человек – это часть биосферы, поэтому все изменения в биосфере являются следствием коэволюции биосферы и человечества.

Фундаментальным отличием живого вещества является охваченность его эволюционным процессом, непрерывно создающим новые формы живых существ. Многообразие форм жизни и их многофункциональность создают основу устойчивого круговорота веществ и канализированных потоков энергии. В этом специфика и залог устойчивости биосферы как уникальной оболочки земного шара. Живое вещество — совокупность всех форм жизни в биосфере, результаты интегрированной активности различных живых организмов проявляются не только в виде их приспособленности к обитанию в условиях определенной среды, но и в обратном воздействии на среду, вменяющем ее ведущие характеристики. В основе этого лежит процесс обмена веществ как специфическое свойство жизни.

Гипотеза Геи противостоит доминирующему убеждению, что условия, необходимые для поддержания жизни на протяжении многих тысячелетий, были результатом случайных изолированных процессов, совпадение которых привело к образованию такой тонкой ситуации. И хотя вера в то, что Земля представляет собой живое существо, на данный момент имеет больше противников, чем сторонников, но эта ситуация меняется, поскольку появляется все больше фактов, подтверждающих ее существовании.

Список используемой литературы

1. Аруцев А.А., Ермолаев Б.В., Кутателадзе И.О., Слуцкий  М.С. Концепции современного естествознания. М. 2003.

2. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. М. Гардарики, 2001.

3. Хакен Г. Информация  и самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. М., 1991.

4. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. М.. 1990.

5. Пригожин И., Стенгерс И. Время. Хаос и Квант. М., 1994.

6. Газета "На грани невозможного", № 13 (292), 2002.

8. Феномен Геи Джеймса Лавлока, /А.Б. Казанский; Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН.

9. Б.Альбертис  и др. «Молекулярная биология  клетки». Т. 1, 2. Мир, 1998г.

10. Басаков М.И., Говгубинцев В.О. и др. Концепция  современного естествознания. Изд. «Феникс», 2001.

11. Блинников В.И. Зоология с основами экологии М., 1997.