Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова




НазваниеЛ. Р. Родкина Е. Э. Шмакова
страница11/30
Дата публикации24.04.2013
Размер1.63 Mb.
ТипДокументы
skachate.ru > Физика > Документы
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   30
^

7.3. Контрольные вопросы


1. Дайте понятия обратимого и необратимого процесса.

2. Что такое термодинамическая вероятность?

3. Почему для практического анализа реальных процессов используют энтропию, а не термодинамическую вероятность?

4. Каким образом изменяется энтропия в замкнутых системах в зависимости от характера процессов? Приведите примеры.

5. Что понимается под вечным двигателем второго рода?

6. Какие системы могут находиться в высокоупорядоченном состоянии? Что является необходимым условием «самоорганизации»?

7. Чему соответствует состояние равновесия и каким образом оно может быть нарушено?

8. Поясните понятия: внутренняя релаксация, локальное равновесие, открытая система, текущее равновесие.

9. Какое явление называется самоорганизацией? Как оно описывается? Что означает термин «синергетика»?

10. Каким образом происходит переход от порядка к хаосу?

11. Что такое информация, какова ее функция и природа?

^

Раздел II
Жизнь




Глава 1
ХИМИЯ ЖИЗНИ

1.1. План семинарского занятия


  1. Общекосмический характер возникновения жизни.

  2. Планетарная причина зарождения жизни.

  3. Вода – необходимое условие возникновения жизни.

  4. Метеориты.

  5. Органические и неорганические соединения и их многообразие.

  6. Нуклеосинтез в Солнечной системе.

  7. Экспериментальные проверки условий зарождения жизни.

  8. Теория самозарождения жизни.
^

1.2. Теоретическое обоснование темы


Проблема возникновения жизни на земле издавна не дает многим покоя. С тех пор, как человек начал задаваться вопросом, откуда произошло все живое, прошло много лет, и за все это время рассматривалось множество гипотез и предложений о зарождении жизни: религиозная теория, теория самозарождения, теория панспермии, теория вечного существования жизни.

Человек до сих пор не может до конца разгадать эту загадку. За основную теорию возникновения жизни, тем не менее, принимается теория, предложенная А.И. Опариным в первой половине XX века. Она основана на предложении о химической эволюции, которая постепенно переходит к биохимической, а затем – к биологической эволюции. Образование клетки явилось сложнейшим явлением. Но оно и положило начало развитию жизни и всему ее многообразию. Итак, с чего же все началось?

Жизнь заполняет все уголки нашей планеты. Океаны, моря, озера, реки, горы, равнины, пустыни, даже воздух населены живыми существами. Миллиарды лет жизнь шествует по Земле как уникальная самоорганизующая система. Она знала периоды расцвета, исторических испытаний и тяжелых кризисов, прежде чем достигла в наши дни своего великолепного богатства. Сегодня науке известно около 4,5 млн видов животных и растений. Предполагается, что за всю историю жизни на Земле существовало около 4,5 млрд видов животных и растений.

3 мая 1924 г. на собрании Русского ботанического общества молодой советский ученый А.И. Опарин с новой точки зрения рассмотрел проблему возникновения жизни. Его труд «О возникновении жизни» стал исходной точкой нового взгляда на вечную проблему «откуда мы пришли»? Пять лет спустя независимо от Опарина сходные идеи были развиты английским ученым Дж. Холдейном. Общим во взглядах Опарина и Холдейна является попытка объяснить возникновение жизни в результате химической эволюции на первичной Земле. Оба они подчеркивают огромную роль первичного океана как огромной химической лаборатории, в которой образовался «первичный бульон», а кроме того, и роль энзимов – органических молекул, которые многократно ускоряют нормальный ход химических процессов. В дополнение к этому Холдейн впервые высказывает идею, что первичная атмосфера на Земле, «вероятно, содержала очень мало или вообще не содержала кислорода».

Первое необходимое условие возникновения жизни имеет общекосмический характер. Оно связано с единой химической основой Вселенной. Жизнь развивается на этой единой основе, отражающей как количественные, так и качественные особенности отдельных химических элементов. Это допущение приводит к заключению, что на любой планете во Вселенной, которая похожа на нашу по массе и расположению относительно центральной звезды, может возникнуть жизнь. Согласно представлениям видного американского астронома Х. Шепли, во Вселенной имеется 108 космических тел (планет или звезд-лилипутов), на которых может возникнуть и существовать жизнь.

Главное условие возникновения жизни имеет планетарную причину и определяется массой планеты, то есть жизнь, подобная земной, могла возникнуть и развиться на планете, масса которой имеет строго определенную величину. Если масса планеты больше, чем 1/20 массы Солнца, на ней начинаются интенсивные ядерные реакции, что повышает ее температуру, и она светится, как звезда.

Из планет Солнечной системы кроме Земли подходящую массу имеют Венера и Марс, но там отсутствуют другие условия.

Особенно важным условием возникновения жизни является наличие воды. Значение воды для жизни исключительно. Это обусловлено ее специфическими термическими особенностями: огромной теплоемкостью, слабой теплопроводностью, расширением при замерзании, хорошими свойствами как растворителя и др. Эти особенности обусловливают круговорот воды в природе, который играет очень важную роль в геологической истории Земли.

Сейчас имеются достаточно интересные сведения о наличии органических соединений во Вселенной. Источники этих сведений – естественные посланцы космоса на Землю, метеориты.

Метеориты – это малые космические тела, которые падают на Землю. Они являются осколками астероидов. Масса астероидов обычно превышает 50 кг. По составу различают каменные, железные и железнокаменные метеориты. По особенностям структуры и наличию сферических образований (хондр) некоторые каменные метеориты называются хондритами. Особый интерес представляют углистые хондриты, которые составляют 5% от общего числа метеоритов, ежегодно падающих на поверхность Земли. Этому есть две причины:

– вероятность того, что при их изучении будут получены данные о добиологической эволюции органических молекул;

– неясность происхождения ряда элементов их структуры – до последнего времени некоторые исследователи считали минеральные образования в хондритах фосфатизированными микроорганизмами.

Эти интересные объекты представляют собой не претерпевшие существенных изменений «обломки протосолнечной туманности». Они считаются первичными, поскольку образовались одновременно с Солнечной системой. Метеориты слишком малы, чтобы иметь собственную атмосферу, но по относительному содержанию нелетучих элементов углистые хондриты весьма сходны с Солнцем. Их минеральный состав свидетельствует о том, что они сформировались при низкой температуре и действию высоких температур никогда не подвергались. Они содержат до 20% воды (связанной в виде гидратов минералов) и до 10% органического вещества.

При исследовании двух метеоритов (первый упал в 1950 году возле Мори – шт. Кентукки, США, а второй в 1969 году у Мерчисона – шт. Виктория, Австралия) в их составе обнаружены отдельные аминокислоты – строительный материал белков живых организмов. В метеорите Мерчисон открыты и жирные кислоты, из которых построены жиры в животных тканях.

Из аминокислот идентифицированы глутаминовая кислота, пролин, глицин, саркозин, аланин, валин и 2-метилаланин, а из жирных кислот – 17 видов.

Жирные кислоты земных организмов имеют четное количество углеродных атомов, тогда как жирные кислоты с нечетным количеством атомов углерода нехарактерны для живых тканей на Земле. При химических реакциях, которые осуществляются без участия живых существ или веществ биогенного происхождения, образуется приблизительно равное количество жирных кислот с четным и нечетным количеством атомов углерода. То же показывают и результаты анализа метеорита Мерчисон.

Имеются убедительные свидетельства в пользу того, что аминокислоты и углеводородные соединения в метеорите Мерчисон имеют явно эндогенное происхождение и не являются результатом внешнего загрязнения:

– преобладание глицина над другими аминокислотами;

– положительные величины показателя 13С;

– наличие аминокислот, которые не свойственны белкам.

В период с 1968 по 1979 гг. с помощью радиоспектрометрии были открыты органические молекулы в межзвездном пространстве, что, безусловно, пополнило наши знания об органической химии Вселенной. Были опубликованы первые сообщения об открытии воды, формальдегида и аммиака в отдельных областях нашей Галактики.

Гидроксил ОН, формальдегид Н2СО – самые распространенные молекулы в межзвездной среде. Они обнаруживаются повсюду в Галактике, тогда как в отдельных межзвездных областях встречаются и другие соединения. В нашей Галактике существует около 3000 таких туманностей, плотность которых больше плотности межзвездной среды; молекулы здесь возникают чаще. Атомы углерода играют главную роль в образовании органических молекул, которые имеют в живых организмах основное значение.

При таком положении возникновение жизни выглядит неизбежным. В туманностях космического пространства звезд и планет возникают молекулы, которые приводят к формированию более сложных молекул аминокислот, жирных кислот, пуринов, пиримидинов и других главных составных элементов жизни.

^ Теория химической эволюции – современная теория происхождения жизни – опирается на идею самозарождения. Однако в основе ее лежит не внезапное возникновение живых существ на Земле, а образование химических соединений и систем, которые составляют живую материю. Она рассматривает химию древнейшей Земли, прежде всего химические реакции, протекавшие в примитивной атмосфере и в поверхностном слое воды, где, по всей вероятности, концентрировались легкие элементы, составляющие основу живой материи, и поглощалось огромное количество солнечной энергии. Эта теория пытается ответить на вопрос: каким образом в ту далекую эпоху могли самопроизвольно возникнуть и сформироваться в живую систему органические соединения?

Основные химические элементы, из которых построена жизнь, – это углерод, водород, кислород, азот, сера и фосфор. Очевидно, организмы используют для своего строения простейшие и наиболее распространенные во Вселенной элементы, что обусловлено самой природой этих элементов. Например, атомы водорода, углерода, кислорода и азота имеют небольшие размеры и способны образовывать устойчивые соединения с двух- и трехкратными связями, что повышает их реакционную способность. Образование сложных полимеров, без которых возникновение и развитие жизни вообще невозможны, связано со специфическими химическими особенностями углерода.

Другие два биогенных элемента – сера и фосфор – присутствуют в относительно малых количествах, но их роль для жизни особенно важна. Химические свойства этих элементов также дают возможность образования кратных химических связей. Сера входит в состав белков, а фосфор – составная часть нуклеиновых кислот.

Кроме этих шести основных химических элементов в построении организмов в малых количествах участвуют натрий, калий, магний, кальций, хлор, а также микроэлементы: железо, марганец, кобальт, медь, цинк и небольшие следы алюминия, бора, ванадия, йода и молибдена. Следует отметить и некоторые исключительно редкие атомы, которые встречаются случайно и в ничтожных количествах.

Следовательно, химическая основа жизни разнообразится еще 15 хи­мическими элементами, которые вместе с шестью основными биогенными элементами участвуют в различных соотношениях в строении и осуществлении функций живых организмов. Этот факт особенно показателен в двух отношениях: 1) как доказательство единства происхождения жизни и 2) в том, что сама жизнь, являющаяся результатом самоорганизации материи, включила в эволюцию биологических макромолекул не только все самые распространенные элементы, но и все атомы, которые особенно пригодны для осуществления жизненных функций (например фосфор, железо, йод и др.). Не только структура, обмен веществ, но даже и механические действия живых организмов зависят от составляющих их молекул. Это, однако, не означает, что жизнь может быть сведена просто к химическим закономерностям.

Жизнь – одно из сложнейших, если не самое сложное явление природы. Для нее особенно характерны обмен веществ и воспроизведение, а особенности более высоких уровней ее самоорганизации обусловлены строением более низких уровней.

Современная теория происхождения жизни основана на идее о том, что биологические молекулы могли возникнуть в далеком геологическом прошлом неорганическим путем. Сложную химическую эволюцию обычно выражают такой обобщенной схемой: атомы → простые соединения → простые биоорганические соединения → макромолекулы → организованные системы. Начало этой эволюции положено нуклеосинтезом в Солнечной системе, когда образовались основные элементы, в том числе и биогенные. Начальное состояние – нуклеосинтез – быстро переходит в процесс образования различных по сложности химических соединений. Этот процесс протекает в условиях первичной Земли со все нарастающей сложностью, обусловленной общекосмическими и конкретными планетарными предпосылками.

Издавна было известно, что химики могут синтезировать органические вещества, но идея постановки отдельных опытов по синтезу органических веществ путем воспроизведения условий первичной Земли представлялась не менее фантастичной, чем многие гипотезы. Разумеется, никто не считает, что можно точно воспроизвести условия гигантской естественной химической лаборатории, какой была Земля 4,5–5 млрд лет назад. Речь идет о приблизительном моделировании теоретически предполагаемых условий первичной Земли: бескислородная атмосфера, наличие исходных химических соединений – метана, воды, аммиака и источника (источников) энергии.

Первый целенаправленный опыт по синтезу органических молекул, пригодных для развития жизни, из предполагаемых исходных компонентов ранней земной атмосферы был проведен В. Гротом и Х. Зюссом в 1938 году. После облучения ультрафиолетовыми лучами газовой смеси СО2 и Н2О они получили формальдегид и глиоксал. По мнению Грота и Зюсса, результаты этих опытов объясняют образование некоторых органических соединений, «которые, вероятно, были необходимой предпосылкой эволюции органической жизни».

Позже У. Харрисон, М. Кальвин и другие (1951 г.) подвергают экспериментальной проверке идеи Опарина и Холдейна. Они облучали -частицами водные растворы, содержащие ионы двухвалентного железа, которые находились в равновесии с газовой смесью двуокиси углерода и водорода. Получены формальдегид, муравьиная и янтарная кислоты.

В 1953 году Стэнли Миллер, аспирант-астрофизик знаменитого Г. Юри, в Чикагском университете проводит опыт, который позже был назван классическим. Газовая смесь метана, аммиака, водных паров и водорода (доступа свободного кислорода в колбу не было) подверглась Миллером воздействию сильных электрических разрядов, при этом получались аминокислоты, сахара и ряд других органических соединений. Огромное значение опыта Миллера состоит в доказательстве возможности неорганического пути образования белковоподобных молекул в условиях первичной Земли.
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   ...   30

Похожие:

Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconВыступление Михаила Шмакова на общественно-политическом журнале «Признание» №44-45 2007-2008
Михаил Шмаков: «Профсоюз заставляет работодателя относиться к работнику не как к винтику, а как к человеку»
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconВ. С. Барашенков, М. В. Ляблин, Н. Л. Шмакова, Я. Г. Гальперин
Сравнение групп 100 гамма-облученных, потреблявших "энерголизованную" воду мышей и 100 таких же контрольных, содержавшихся на обычной...
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconЛ. А. Шмакова финансовый анализ
Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром высшего профессионального образования в качестве учебного пособия...
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconДоклад председателя фнпр м. В. Шмакова
Тем не менее, я хотел бы остановиться на нескольких наиболее существенных моментах прошедшего пятилетия. А также – зафиксировать...
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconДоклад Председателя фнпр шмакова М. В. на заседании Генерального...
Сегодня мы рассматриваем один из важных вопросов нашей деятельности, по которому нам необходимо и высказать свою позицию, и принять...
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconВыступление делегата профсоюзов России Михаила Шмакова на 102-й сессии...
Этот доклад посвящен столетней годовщине мот, но его идеи мобилизуют нас на практические дела уже сегодня, во имя торжества идеалов...
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconДоклад Председателя фнпр м. В. Шмакова "О ходе выполнения решений...
Оду пятилетки присваивать названия. Первый год пятилетки, второй, определяющий, решающий, завершающий. В этом смысле 2013 год определяющий,...
Л. Р. Родкина Е. Э. Шмакова iconМетодические указания и задания к контрольным работам для студентов...
Финансовый анализ [Текст]: Методические указания и задания к контрольным работам для студентов специальности 080105 «Финансы и кредит»...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
skachate.ru
Главная страница