Реферат на тему:


Воспользуйтесь поиском к примеру Реферат        Грубый поиск Точный поиск






Загрузка...
Учение о биосфере

Учение о биосфере

План

1. Возникновение учения о биосфере

2. Этапы жизни и научного творчества В. И. Вернадского

3. Концепции В. И. Вернадского о биосфере

4. Образование планетной системы

5. Основные характеристики Земли

6. Основные требования к условиям, обеспечивающих возникновение и развитие жизни

7. Основные этапы химической эволюции, предшествующие абиогенеза

8. Абиогенез

9. Возникновение пробионты и биологических мембран

Возникновение учения о биосфере

Факты о биосфере накапливались постепенно благодаря развитию преимущественно биологических наук ботаники, географии, почвоведения. Еще в начале XIX века в естествознании утвердился термин "биосфера" сфера жизни. Он охватывает все составляющие нашей планеты, где есть жизнь. Это и атмосфера, и океан, и все части земной поверхности, где наблюдается жизни в любых его формах. Проблемы возникновения и развития биосферы становятся в конце XIX века важнейшим разделом естествознания. Один из самых выдающихся естествоиспытателей академик В. И. Вернадский посвятил свою жизнь изучению процессов, происходящих в биосфере. В 1926 г.. Было опубликовано его книгу "Биосфера". С этого времени, то есть с начала XX века, понятие «биосфера» становится составной частью системы знаний о Земле. К этому времени термин "биосфера" хоть и употреблялся в работах австралийского геолога 3. Зюсса, однако не утвердился в науке из-за нечеткости определения содержания, а главное из-за недостаточной обоснованности того, что он необходим рядом с определениями давно известных геосфер.

Этапы жизни и научного творчества В. И. Вернадского

Владимир Иванович Вернадский родился в Петербурге 28 февраля (12 марта) 1863 года. Российский и украинский натуралист, выдающийся мыслитель, минералог и кристаллограф, основоположник геохимии, биогеохимии, радиологии и учения о биосфере, организатор многих научныхучреждений, академик Академии наук СССР, первый президент Академии наук Украинской ССР (1919), член Чехословацкой (1926) и Парижской (1928) академий наук.

В 1885 году Владимир Иванович окончил физико-математический факультет Петербургского университета. С 1890 приват-доцент минералогии Московского университета. С 1998 по 1911 профессор Московского университета. Участвовал в земском движении в защиту высшей школы. В знак протеста против реакционной политики царского правительства оставил преподавание в Московском университете. 31914 года работает директором геологического и минералогического музея Петербургской академии наук.

В. Вернадский был одним из организаторов Комиссии по изучению естественных производительных сил России, с которой позже выросли известные институты: керамический, оптический, радиевый, физико-химический и др. С 1922 года по 1939 год Вернадский занимал должность директора организованного им Государственного радиевого института. В 1927 году основал в Академии наук СССР Отдел живого вещества, преобразованный в 1929 в биогеохимической лаборатории. С 1927 по 1945 год Вернадский возглавлял это научное учреждение; позже она была реорганизована в Институт геохимии и аналитической химии имени Вернадского. В. Вернадский был одним из организаторов Комиссии по изучению вечной мерзлоты (ныне Институт мерзлотоведения). В 1937 году по его инициативе была создана Международная комиссия по определению возраста пород с помощью радиоактивного метода. В 1939 г.. Вернадский вместе с другими учеными организовал Комиссию по изотопам. Работал в Париже (в Радиевом институте М. Склодовской-Кюри в Сорбонне), в Праге (в Кардового университете) и других.

С научной школы В. И. Вернадского вышли А. Е. Ферсман, Д. И. Щербаков, А. П. Виноградов, В. Г. Хлопин, К. А. Ненадкевич, А. А. Садков, Я. В. Самойлов и др.

Умер Владимир Иванович Вернадский 6 января 1945 в Москве. За выдающиеся заслуги в области науки и техники был удостоен Государственной премии СССР (1943). нагороджений орденом Трудового Красного Знамени.

В Академии наук СССР и МГУ с 1945 г.. Установлено по 2 стипендии им. В. И. Вернадского. Кроме того, в АН СССР установлено денежную премию (с 1943) и золотую медаль (с 1963) имени В.И. Вернадского.

В своих исследованиях В. И. Вернадский выдвинул важные научные проблемы, которые имеют большое практическое значение: строение силикатов, геохимических редких и рассеянных элементов, поиск радиоактивных минералов, роль организмов в геохимических процессах, определения абсолютного возраста горных пород и многие другие. В "Опыте описательной минералогии" (1908-1922 г.) И "Истории минералов коры" (1923-1936 г.) Вернадский выдвинул новую эволюционную теорию происхождения минералов (генетическую минералогию). Большое значение имели исследования Вернадского в области строения силикатов, учение о единстве вод Земли.

Созданная Вернадским биогеохимия изучает геохимические процессы, в которых участвуют организмы. Вернадский основоположник современного учения о биосфере. Совокупность живых организмов в биосфере он назвал живым веществом. Согласно его учение живое вещество, трансформируя солнечное излучение, вводит неорганическую материю в непрерывный круговорот. Огромная роль учения Вернадского о биосфере и ее развитие стала понятной в полной мере со второй половины XX века. Этому способствовал ряд факторов: с одной стороны развитие экологии, в которой понятие биосферы стало одним из основных, а с другой стороны развитие современной научно-технической революции. По требованию времени изучения проблемы влияния человечества на природу стало одной из первоочередных задач науки. Биосфера под влиянием научных достижений и человеческого труда постепенно переходит к качественно новому состоянию ноосферы сферы разума. Идеи ученого о ноосфере, которые представляют собой большое философское обобщение, возникли на рубеже двух основных направлений его научной деятельности биогеохимии и истории наук. Последний Вернадский уделял особое внимание, отмечуикористовуючы энергию, поступающую на Землю из космоса (и прежде всего от Солнца) трансформирует мертвую (или инертную, по терминологии В. И. Вернадского) вещество, создает новые формы материального мира, в миллионы раз ускоряя все процессы развития, протекающих на Земле. Жизнь, писал В. И. Вернадский, это тонкая пленка между Космосом и Землей; благодаря ее способности усваивать энергию космоса и произошли удивительные трансформации мертвой вещества, которые превратили "лунные пейзажи", до сих пор покрывают поверхность нашей соседки, на прекрасный лик современной Земли. Появление жизни на Земле это естественный этап в ее развитии, ознаменовавший качественное изменение направления в эволюции Земли как космического тела.

В. Вернадский лично не исследовал проблему возникновения жизни. Он рассматривал его появление на Земле как некоторое "эмпирическое обобщение" Этот термин, предложенный В.И. Вернадским, означает, что этот факт воспринимается путем опыта "Так есть на самом деле". Вместе с тем он рассматривал жизнь как явление космическое, кроме его исключительной привилегией Земли. Вернадский предполагал, что жизнь это естественный этап самоорганизации материи в любой части космоса, материи в ее непрерывном движении, приводит к возникновению все новых и новых форм ее существования на пути непрерывного осложнения. Жизнь это лишь одна из возможных форм существования материи - и не более. И осторожность, с которой В. И. Вернадский относился к проблемам возникновения и утверждения жизни на Земле, связана с фактом асимметрии, оптической неоднородности молекул вещества, или вещества, порожденной процессами жизнедеятельности. Этот факт был хорошо известен В. И. Вернадскому, поскольку еще в XIX веке Л. Пастер и Т. Кюри обнаружили одну странную особенность молекул живого вещества они обращают плоскость поляризации света, проходящего через них, то есть им присуща известная дисиметрия этим объясняется их оптическая активность. Живое вещество состоит из дисиметрич-них, как говорят, хиральных, молекул, которые могуво существовать в двух зеркально симметричных формах, причем во всей биосфере они встречаются только в какой-нибудь одной определенной из этих двух форм. Это важнейшее свойство живого вещества, так как вещество, не связанная с жизнедеятельностью, не имеет свойств хиральности. Это одна из самых странных загадок природы. Но это эмпирический факт.

Образование планетной системы

В течение последних трехсот лет, начиная от Рене Декарта, было высказано несколько десятков космологических гипотез, в которых рассматривались самые разнообразные варианты ранней истории Солнечной системы. В наше время принято считать, что около пяти миллиардов лет назад в огромном газово-пылевом облаке, пронизанной магнитными силовыми линиями, образовалось сгущение протосолнца, которое медленно сжималось. Другая часть облака с массой примерно в 10 раз меньше медленно вращалась вокруг него. В результате столкновений атомов, молекул и частиц пыли туманность сплющивалась и разогревалась. Так вокруг протосолнца образовался вытянутый диск, пронизанный магнитным полем.

Под действием давления легкие химические элементы водород и гелий оставляли ближайшие окрестности Солнца. В конечном итоге это и обусловило существенные различия в химическом составе планет и их разделение на две группы. Достигая критической плотности, "пылевой диск распадался на отдельные сгущения.

Все это время протосолнца проявляло высокую активность. В результате мощных вспышек оно выбрасывало потоки заряженных частиц, которые, двигаясь вдоль магнитных линий, переносили момент движения от Солнца до протопланетного облака. Кроме того, при столкновениях частиц происходили ядерные реакции. В результате столкновений одни сгущения увеличивались, другие дробились. Расчеты показывают, что увеличение размеров Земли длилось не менее 100 000 000 лет.

Выпадение Отдельных сгущений на Землю и ее сжатие привели к разогрева недр планеты. В начале формирования Земли температура в ее центральной зоне не превышала 800 К на поверхности 300 К, ноя, которое мы наблюдаем в виде живописных полярных сияний.

Жидкая оболочка Земли, которая покрывает 70,8% ее поверхности, называется гидросферой. В океанах содержится = 97% мировых запасов, воды. По современным представлениям, наличие больших водоемов на Земле имела решающее значение для возникновения жизни. Часть воды, объем которой примерно 24 млн. Км3, находится в твердом состоянии (лед). Если этот лед растает, то уровень Мирового океана поднимется на 62 м. С водой, а точнее с водяным паром, связан так называемый парниковый эффект. Дело в том, что солнечное излучение, максимум которого приходится на длину волн порядка 0,55 мкм, почти не поглощаясь, проходит через атмосферу, достигает земной поверхности и нагревает ее. Такое же количество энергии излучает и поверхность Земли, но в инфракрасной части спектра. Излучение этих длин волн в значительной степени поглощает водяной пар, частично оно переизлучается назад по направлению к земной поверхности. В результате температура поверхности Земли превышает ту температуру, которую она должна была бы иметь при отсутствии атмосферы.

Основные требования к условиям, обеспечивающих возникновение и развитие жизни

Чтобы на планете возникла жизнь, она должна иметь определенные размеры и получать энергию от какой-либо звезды. Масса планеты не должна быть слишком большой, так как энергия атомного разгара природных радиоактивных веществ может привести к перегреву планеты или, что еще более важно, к радиоактивному загрязнению среды, что несовместимо с жизнью. В то же время в слишком маленьких планет другой недостаток. Они не способны удерживать около себя атмосферу, так как сила тяжести в них невелика (например, Луна).

Для возникновения жизни и ее дальнейшего существования необходима энергия. Постоянно и равномерно получать необходимое количество энергии может и планета, которая движется вокруг какой-либо звезды по круговой или близкой к круговой орбите. Кроме того, необходима постоянная интенсивность излучения светила. Это очень важно, такв противном случае поток лучистой энергии, поступающей на планету, а не будет равномерным. Неравномерность потока энергии приведет к резким колебаниям температуры, а это будет препятствовать возникновению и развитию жизни, потому что существование живых организмов возможно лишь в пределах незначительных температурных колебаний (ведь все живое на 70-80% состоит из воды). Все эти условия существуют на планете Земля.

Таким образом, около 5 млрд. Лет назад на Земле появились космические, планетарные и химические условия для более высокого уровня развития материи ее эволюции в направлении возникновения жизни.

Основные этапы химической эволюции, предшествующие абиогенеза

Эти этапы включают образование химических элементов и простых неорганических соединений. Образование химических элементов при возникновении звездных систем, в том числе и таких, как наша Солнечная система, закономерное явление в эволюции материи. С помощью спектрального анализа доказано, что водород является наиболее распространенным элементом во Вселенной. На первом этапе в результате реакций ядерного синтеза из водорода образуется гелий, из которого, в свою очередь, образуется углерод. В результате присоединения к ядру углерода других ядер гелия возникают изотопы кислорода, неона магния и других элементов. Таким образом, возникновение атомов химических элементов, из которых состоит основная масса звезд, планет и их атмосфера, является лишь начальным этапом неорганической эволюции.

Биогенные элементы водород, углерод, кислород, азот и фосфор достаточно распространены в космосе. Существует высокая вероятность того, что они будут вступать в реакции, в результате чего будут образовываться простые неорганические соединения. Это следующий этап неорганической эволюции. Благоприятным фактором является поступление от звезд энергии в виде электромагнитного излучения и тепла.

Начальный этап существования Земли отмечался интенсивными термоядерными процессами, высокими температурами (более 1000) и активной химической деятельностью. Охлаждение планеты сопровождалось интенсивными процессами диференциции вещества: тяжелые элементы опускались к ее центру, а более легкие соединения (Н2, СО2, СН. и др.) оставались на поверхности. Металлы и другие элементы, способные к окислению, соединялись с кислородом, поэтому в древней атмосфере планеты свободного кислорода не было. Вся атмосфера ранней Земли состояла из свободного водорода и его соединений и поэтому имела восстановительный характер. Именно эта атмосфера НЕ окислительная, а восстановительная и начала возникновения жизни. Она состояла из водяного пара, метана (СН4), диоксида углерода (СО2), оксида углерода (СО), аммиака (NH3), азота (N2), сероводорода (H2S) и др.

Многочисленные эксперименты показали, что при наличии метана, воды и аммиака вполне естественно могут образовываться такие соединения, как цианистый водород (HCN) и формальдегид (НСНО). Именно эти молекулы и было обнаружено в межзвездном пространстве. Это свидетельствует о том, что они могли возникнуть из первичных газовых смесей в результате реакций, которые всегда сопровождают образования новых звезд.

Все эти химические превращения в оболочках ранней Земли подготовили третий этап эволюции, который непосредственно и начал процесс абиогенеза.

Абиогенез

Для первого этапа абиогенеза образования простых органических соединений необходимы были сырье, то есть "строительный материал", и энергия. Сырьем стали N2, Н2, СО, СО2, Н2О, NH3, СН4, H2S, HCN, НСНО и другие химические соединения.

Источников энергии было достаточно много: тепловая энергия тепло поступала в результате охлаждения земной коры; а также в процессе вулканических извержений и сгорания метеоритов, которые попадали в атмосферу Земли; ионизирующая радиация космические лучи и энергия радиоактивного распада тяжелых элементов; солнечный свет в первую очередь мощное ультрафиолетовое излучение, которое при отсутствии озонового экрана беспрепятственно проникал на Землю; энергия электрических разрядов от ударов молний; ударные волны (вследствие падения метеоритов). Об этом этап, то есть о периоде образования мономеров "этоглинок "биологических полимеров из газов, содержавшиеся в первичной атмосфере, известно больше, так как эти реакции можно воспроизвести и полностью смоделировать в лабораторных условиях.

Впоследствии оказалось, что абиогенным способом с ядовитой смеси газов и водяного пара при отсутствии кислорода может синтезироваться очень много простых органических соединений, входящих в состав биологических полимеров: белков, полисахаридов, липидов и нуклеиновых кислот. При этом роль катализаторов могут играть растворы солей тяжелых металлов, смеси глин и минералов Эти простые органические соединения и определили содержание "первичного бульона" на нашей планете. Таким образом, возникновение "первичного бульона" не случайность, а закономерность. На этом завершается третий этап химической эволюции, которая отныне вступает в следующую фазу фазу образования полимеров, поскольку аминокислоты, жирные кислоты, сахара и азотистые основания это еще не жизнь. Следующим этапом эволюции было образование с малых органических мономеров более крупных - полимеров, подобных белков и нуклеиновых кислот. Появление больших органических молекул важное событие в химической эволюции, предшествовавшей возникновению жизни на Земле и была, очевидно, также многоступенчатым процессом.

Возникновение пробионты и биологических мембран

Вопрос о том, как происходил переход от биополимеров в первых живых существ, является самым сложным и загадочным моментом проблемы возникновения жизни. Наиболее вероятно решения этой проблемы предложил А. И. Опарин, выдвинув коацерват-на гипотезу (1924 p.), Которая базировалась на серии проведенных экспериментов. А. И. Опарин высказал предположение, что переход

Загрузка...

Страницы: 1 2