Античный период в истории естествознания. Состав и строение клетки

Античный период в истории естествознания. Состав и строение клетки

Содержание

1. Античный период в истории естествознания

2. Клетка как структурная и функциональная единица живого. Состав и строение клетки

3. Учение Вернадского о биосфере

Список литературы

1. Античный период в истории естествознания

Очень трудно выделить точку зарождения естествознания. Уже в далекой древности люди пытались понять и объяснить себе природный мир. Знание его закономерностей было необходимо им прежде всего в практическом плане (подготовка к смене времен года, к сезонам засухи, дождей и разлива рек, знание признаков плодородности почв, климатических особенностей и так далее). Так, «необходимость вычислять периоды подъема и спада воды в Ниле создала египетскую астрономию, а вместе с тем господство касты жрецов как руководителей земледелия» [7, стр. 522]. Египетские пирамиды (с XXVII в. до н.э.), британское языческое капище Стоунхендж, (1900 до н.э.) были воплощением замечательных знаний в математике, астрономии, геодезии, механике, строительном деле. Уже семь тысячелетий известен гномон (солнечные часы), пять тысяч лет назад в Египте появился учебник хирургии, примерно к тому же времени относятся месопотамские географические карты.

Были накоплены значительные знания в механике, медицине, ботанике, зоологии. Особое же место среди наук о природе занимала астрономия, удовлетворявшая в одинаковой степени как практические потребности, так и мировоззренческие запросы пытливого разума. Уже 1800 г. до н.э., при правителе Хаммурапи, в Вавилоне существовал обширный каталог звезд, а в VIII в. до н.э. была создана регулярная астрономическая служба. Астрономия давала постоянные импульсы математическим исследованиям, и именно наблюдения неба привели к тому, что в Вавилоне была принята не привычная для нас теперь система чисел, а числовая цепь, соответствующая угловому делению (1-60, 61-3600). Первые числовые символы обнаруживаются в письменных памятниках царства Урук (Междуречье), в минойской культуре о. Крит, в Мохенджо-Даро и Хараппе (III тысячелетие до н.э.). К началу III тысячелетия относятся геометрическое решение квадратных уравнений (Месопотамия, Греция), вычисления объемов геометрических фигур.

Особое место астрономии было обусловлено тем, что в ее задачи входили также астрологические прорицания, имевшие соответствующую «идейную базу». Для мышления древних народов характерны представления о единосущности всех элементов окружающего мира - людей, растений, животных, небесных тел. С этой точки зрения для понимания природных явлений подходили мерки человеческого поведения - то, что известно наилучшим образом. Это и было причиной антропоморфности картины мира в древние (и не только в древние) времена (от греч. антропос - человек, морфос - форма, т. е. по образу и подобию человека). Понятно тогда, почему то или иное расположение светил, направление ветров и так далее могли определять судьбу человека.

Не в меньшей степени, чем практическим потребностям, происхождение и развитие науки обязано и мировоззренческим стимулам. Будучи не менее, если не более любознательными, чем сейчас, люди далекой древности пытались возместить недостаток знаний полетом воображения, смелыми домыслами, нашедшими воплощение в красивых мифологиях Египта, Вавилона и Шумера, Китая, Индии, античной Греции. В сознании той эпохи имело место причудливое переплетение научных наблюдений, мифологии и религии; вместилищем знания служили мифы, сказки, эпос, многие компоненты которых теряются в попытках «перевода» содержащегося в них знания «на наш язык».

В поисках сил, управляющих миропорядком и обеспечивающих их устойчивость, у египтян, вавилонян, греков складывается «драматическая концепция природы» (Ф. Вензинк), в которой упорядоченность достигается ценой постоянного конфликта, столкновения множества сил, когда даже верховная сила вынуждена находиться в постоянной активности. Так, Солнце, верховное светило, неизменно появляется каждое утро, всякий раз преодолевая сопротивления мрака и хаоса, побеждая их и отвоевывая положенное ему место.

И в египетской, и в вавилонской мифоноэтике мир рождается из хаоса, благодаря действию упорядочивающих хаос сил. И опять же в древнеегипетской картине сотворения мира из хаоса, возникновения жизни из первобытной бездны Нун поступают аналогии, почерпнутые из наблюдений за Нилом. Для вавилонской же мифокосмогонии столь же характерен мотив периодического возвращения «первобытного» моря, хаоса, навеянный, мощными разливами Тигра и Евфрата, породившими и миф о всемирном потопе.

Условия аристократической Греции, с относительно мягким и гуманным рабовладельческим строем, были уникальными для создания натурфилософских систем, осмысливающих и описывающих мир как единое целое. Конечно, в них недостаток научных данных восполнялся полетом воображения. Этот путь породил не только «трех китов», на которых держится Земля, но и такие догадки, как представление об атомах.

В античных представлениях о природе отчетливо прослеживается путь «от мифа к логосу» (Ф. Кессиди), к поискам внутренних закономерностей и механизмов природных явлений, логики их взаимосвязей.

Так если у Гомера и Гесиода многие природные явления происходят по капризам и прихотям мстительных богов, то уже у философа Анаксимандра присутствует мотив «господства в мире космической справедливости, умеряющей борьбу противоположностей».

Перенесение на космос особенностей античного полиса происходило еще и вследствие характерного для греков взгляда на мир как на своего рода дом, дающий всем тварям прибежище и безопасность. Не случайно в центре этого космического дома помещалось Солнце как очаг, занимавший центральное место в любом греческом доме. Античный космос, хотя и огромный, ограничен в размерах. При этом он обладает чертами живого существа. Первые шаги представлений о природном мире сказываются в трактовке хаоса, который выступает не как бесформенное состояние, а как исходное условие существования всех вещей, их вместилище. В таком разверзающемся пространстве хаос имеет смысл природного первоначала.

Античная культура, начавшаяся как «прекрасный май, который цветет лишь однажды, и никогда более» (И. Гете), исчерпала себя и была смещена христианским Средневековьем [8, стр.39].

Современная клеточная теория включает следующие положения:

1. Все живые организмы состоят из клеток. Клетка - структурная, функциональная единица живого, основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого;

2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

3. Размножение клеток происходит путём их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.

4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

5. Клеточное строение организмов - свидетельство того, что все живые организмы имеют единое происхождение.

Клетка - элементарная живая система - основа строения и жизнедеятельности всех животных и растений. Клетки могут существовать как самостоятельные организмы (бактерии, простейшие) или в составе тканей многоклеточных животных, растений, грибов. Размеры клеток варьируют от 0,1 - 0,25 мкм (некоторые бактерии) до 155 мм (яйцо страуса в скорлупе).

Клетки обладают всей совокупностью свойств, необходимых для поддержания жизни: она осуществляет обмен веществ и энергии, растет, размножается и передает по наследству свои признаки, реагирует на внешние раздражители и способна двигаться. Она является низшей ступенью организации, обладающей всеми этими свойствами [4, стр.261]. Отдельные части клеток не могут выполнять весь комплекс жизненных функций, только совокупность структур, образующих клетку, проявляет все признаки живого. Поэтому только клетка является основной структурной и функциональной единицей живых организмов. У многоклеточных организмов разные клетки (например, нервные, мышечные, клетки крови у животных или клетки стебля, листьев, корня у растений) выполняют разные функции и поэтому различаются по структуре, однако они тесно и слаженно взаимодействуют друг с другом [2, стр. 30].

Несмотря на большое разнообразие и существенные различия во внешнем виде и функциях, все клетки состоят из трех основных частей - цитоплазматической мембраны, контролирующей переход вещества из окружающей среды в клетку и обратно, цитоплазмы с разнообразной структурой и клеточного ядра, содержащего носитель генетической информации. Все животные и некоторые растительные клетки содержат центриоли - цилиндрические структуры диаметром около 0,15 мкм, образующие клеточные центры. Обычно растительные клетки окружены оболочкой - клеточной стенкой. Кроме того, они содержат пластиды - цитоплазматические органоиды (специализированные структуры клеток), нередко содержащие пигменты, обусловливающие их окраску.

Окружающая клетку мембрана состоит из двух слоев молекул жироподобных веществ, между которыми находятся молекулы белков. Главная функция клетки - обеспечить передвижение вполне определенных веществ в прямом и обратном направлениях к ней. В частности, мембрана поддерживает нормальную концентрацию некоторых солей внутри клетки и играет важную роль в ее жизни: при повреждении мембраны клетка сразу гибнет, в то же время без некоторых других структурных компонентов жизнь клетки может продолжаться в течение некоторого времени. Первым признаком умирания клетки являются начинающиеся изменения в проницаемости ее наружной мембраны.

Внутри клеточной плазматической мембраны находится цитоплазма, содержащая водный солевой раствор с растворимыми и взвешенными ферментами, (как в мышечных тканях) и другими веществами. В цитоплазме располагаются разнообразные органеллы - маленькие органы, окруженные своими мембранами. К органеллам, в частности, относятся митохондрии - мешковидные образования с дыхательными ферментами. В них превращается сахар и высвобождается энергия. В цитоплазме есть и небольшие тельца - рибосомы, состоящие из белка и нуклеиновой кислоты (РНК), с помощью которых осуществляется синтез белка. Внутриклеточная среда достаточно вязкая, хотя 65 - 85 % массы клетки составляет вода.

Во всех жизнеспособных клетках, за исключением бактерий, содержится ядро, а в нем - хромосомы - длинные нитевидные тельца, состоящие из дезоксирибонуклеиновой кислоты и присоединенного к ней белка.

Не все клетки многоклеточного животного или растения одинаковы. Видоизменение клеток происходит постепенно в процессе развития организма. Каждый организм развивается из одной клетки - яйца, которое начинает делиться и в конечном итоге образуется множество отличающихся друг от друга клеток - мышечные, кровяные и др. Различия клеток определяются, прежде всего, набором белков, синтезируемых данной клеткой. Так клетки желудка синтезируют пищеварительный фермент пепсин; в других клетках, например, в клетках мозга, он не образуется. Во всех клетках растений или животных имеется полная генетическая информация для построения всех белков данного вида организмов, но в клетке каждого типа синтезируются лишь те белки, которые ей нужны [6, стр. 355].

3. Учение Вернадского о биосфере

Учение о биосфере - области существования живого вещества на планете Земля - сложилось в результате проведенного В.И. Вернадским глубочайшего анализа всех явлений жизни в их взаимной связи между собой и косным веществом планеты на всем пути их исторического развития.

В.И. Вернадский пришел к диалектическому пониманию процессов под влиянием научного анализа фактов. Свое внимание он сосредоточил на действительной истории природы, вводя разделение происходящих в ней процессов на обратимые и необратимые.

Класс обратимых явлений и процессов соответствует законам сохранения современной физики. Но наряду с законами сохранения в обратимых процессах (равновесных) и явлениях, в окружающем нас мире наблюдаются явно необратимые процессы (неравновесные). Первые не обладают свойством эволюции, т.е. существуют как бы вне времени, для процессов второго типа характерно необратимое эволюционное развитие, тем не менее, они обладают двумя противоположными тенденциями эволюции. В явлениях неживой природы - эволюция в направлении роста энтропии или уменьшения свободной энергии. В явлениях же жизни наблюдается эволюционный процесс роста свободной энергии, что в историческом развитии человеческого общества выражается ростом производительности труда.

В настоящее время в арсенале теоретической физики наряду с законами сохранения есть закон, который характеризует историческую тенденцию в развитии природы. Этот закон известен как второй закон термодинамики, согласно которому «способность физической системы к совершенствованию внешней работы с течением времени уменьшается». Иногда об этой тенденции говорят, что с течением времени свободная энергия может только уменьшаться. В.И. Вернадский использовал этот закон для объяснения эволюции живого вещества на планете Земля и в космосе. Но вся эволюция жизни демонстрировала прямо противоположную тенденцию. Свободная энергия вещества в биосфере неуклонно растет. Этот рост свободной энергии сейчас принимает фантастический характер в результате геохимической и геологической деятельности человека.

Исследования исторического процесса эволюции жизни привели В.И.Вернадского к выводу о возрастающей роли научной мысли. Он создал учение о переходе биосферы в ноосферу - в сферу разума, когда развитие жизни на Земле будет поставлено под контроль человека.

Человечество вступило в эпоху сознательного управления ходом исторического развития. То, что естествоиспытатель называл «тенденцией роста свободной энергии» проявляется в неуклонном росте энерговооруженности труда, одном из важнейших компонентов роста его производительности. В результате этого на удовлетворение каких-либо общественных потребностей расходуется меньше рабочего времени, чем раньше. А это сокращение необходимого рабочего времени и есть не что иное, как закон экономии времени.

Учение В.И.Вернадского о биосфере, о преобразовании биосферы в ноосферу по мере развития человеческой деятельности и внедрения в научную практику достижений научного знания приобретает особую актуальность как основа фундаментального подхода к комплексным экономическим проблемам.

Фундаментальное значение во многом определяющее научные результаты, полученные В.И.Вернадским, имел термодинамический подход ученого к исследованиям геосфер, или земных оболочек.

Еще в 1923 - 1924 гг. в лекциях по геохимии, прочитанных в Сорбонне, в Парижском университете, он отмечал: «И геосферы, и земные оболочки можно рассматривать как области разнообразных динамических физико-химических равновесий, стремящихся достигнуть устойчивого состояния, непрерывно нарушаемого вхождением в них чуждых данному динамическому равновесию проявлений энергии.

Во всяком случае, учитывая сложность природных процессов, можно сказать, что термодинамические параметры геосфер можно принять за исходные в оценке геохимических явлений и в выяснении строения геосфер.

Изучая земные оболочки с этой точки зрения, можно говорить о нахождении в них термодинамических геосфер, которые определяются в своих свойствах температурой и давлением» [3, стр.63].

Эмпирически установленная земная оболочка - биосфера - не попадает в область термодинамических оболочек земной коры не только потому, что в ней выступают на первое место переменные, совсем не входящие в состав термодинамических равновесий. Явления жизни в эту теорию равновесий не входят.

Академик А. В. Сидоренко, указывая на непреходящее значение учения В.И.Вернадского об эволюции биосферы и превращении ее в ноосферу, писал: «Ноосфера - область взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором развития». В.И.Вернадский внес в это понятие диалектико-материалистическое содержание, а именно: «Ноосфера - новая, высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней человечества, которое, познавая законы природы и совершенствуя технику, становится крупнейшей силой, сопоставимой по масштабам с геологическими, и начинает оказывать определяющее влияние на ход процессов в охваченной его воздействием сфере Земли, глубоко изменяя ее своим трудом. Становление и развитие человечества как новой, преобразующей силы выразилось в возникновении новых форм обмена веществом и энергией между обществом и природой, все возрастающем биогеохимическом и ином воздействии человека на биосферу» [8, стр. 46].

Учение В.И.Вернадского о непрерывном росте масштабов человеческой деятельности на основе достижения научного знания приобретает все большую действительность по мере развития научно-технического прогресса, преобразования биосферы, вовлечения в эти процессы все новых объектов природы Земли и ближнего космоса.

Одна из центральных проблем учения В.И.Вернадского о переходе биосферы в ноосферу, отражающая гуманистическую ориентацию его мировоззрения, - проблема человека, его всестороннего развития в условиях преобразования планетарной и космической среды, сохранения и развития здоровья, совершенствования его психофизиологических ресурсов и возможностей, наиболее рационального приобщения к творческому труду [5, стр. 3].