Вплоть до конца XIX в. на базе классической механики Галилея – Ньютона развивались все естественные науки. Затем вслед за механикой теоретическим науками стали химия, термодинамика, учение об электричестве. Теоретизация химии связана в первую очередь с исследованиями англичанина Джона Дальтона, сознательно положившего в основу теоретического объяснения химических изменений вещества атомистическую идею и придавшего этой идее вид конкретной научной гипотезы. Это стало началом химического этапа развития атомистики. В 1861 г. русский химик А.М. Бутлеров сформулировал основные положения теории химического строения молекул, а в 1869 г. Д.И. Менделеев открыл Периодический закон химических элементов. Он догадывался, что причины периодической зависимости элементов надо искать во внутреннем строении атомов.
Трудами большой группы ученых (Н. Карно, Ю.Р. Майера, Г. Гельмгольца, Р. Клаузиуса, У. Томсона, В. Нернста и других) были установлены основные законы термодинамики. М. Фарадей и Дж.К. Максвелл заложили начало учения об электромагнитном поле. Для развития теоретического мышления в биологии важное значение имели клеточная теория Т. Шванна, М. Шлейдена, Я.Э. Пуркинье и эволюционное учение Ч.Дарвина. Биология XIX в. (вместе с геологией) ярко продемонстрировала значение эволюционных идей.
Выдающиеся заслуги в развитии биологии принадлежат русским ученым П.Ф. Горянинову (одному из создателей клеточной теории строения организмов), эволюционистам К.Ф. Рулье, А.Н. Бекетову и И.И. Мечникову. Основополагающие открытия в физиологии высшей нервной деятельности совершил И.М. Сеченов (1829 – 1905). Его учение о механизмах деятельности головного мозга было развито работами великого исследователя И.П. Павлова. И.М. Сеченов доказал, что в основе психических явлений лежат физиологические процессы. Если Р. Декарт осознал рефлекторный характер непроизвольных движений, управляемых спинным мозгом, то И.М. Сеченов первым высказал идею о рефлекторном характере произвольных движений, управляемых головным мозгом. Продолжением этой идеи явилось открытие И.П. Павловым (1855 – 1935) условных рефлексов. И.М. Сеченов доказал, что раздражение определенных центров в головном мозгу тормозит деятельность центров спинного мозга. Благодаря И.М. Сеченову головной мозг стал предметом экспериментального исследования, а психические явления начали получать материалистическое объяснение в конкретной научной форме.
В начале ХХ века в физике и естествознании в целом произошла еще одна крупнейшая революция, приведшая к признанию релятивистской и квантовомеханической картины мира. Этому способствовали открытия: электромагнитных волн (Г. Герц), рентгеновских лучей (В. Рентген), радиоактивности (А. Беккерель), радия (М. Кюри-Складовская и П. Кюри), светового давления (П.Н. Лебедев), первых положений квантовой теории (М. Планк) и других явлений.
4. Значение естествознания для личностного развития человека, специалиста XXI века
Ограничение области знания лишь небольшой группой людей ослабляет философский дух народов и ведет к духовному обнищанию.
А.Эйнштейн
В современном «постиндустриальном» обществе в научные разработки и технологическую деятельность вовлечены миллионы людей. Работа их определяет судьбы миллиардов, поэтому без глубокого освоения идей, языка и методов современной науки невозможно разумно управляемое развитие человеческой цивилизации. Экологический кризис, поставивший человечество на грань катастрофы, вызван не научно-техническим прогрессом, а напротив – недостаточным распространением в обществе научных и культурных знаний, породившим благодатную почву для принятия безответственных решений, бесконтрольного производства человеческих потребностей далеко не высшего порядка и их удовлетворению в ущерб окружающей природе.
Человечество на пороге нового тысячелетия находится в состоянии настоящей революции в области коммуникации и информации, подготовившей и смену мировоззрения. Информация превратилась в глобальный и, в принципе, неистощимый ресурс человечества, вступающего в новую эру развития цивилизации – эпоху интенсивного освоения этого информационного ресурса и неслыханных возможностей феномена управления. Многие решения, определяющие будущее, зависят от адекватной интерпретации научных открытий. Наука – не набор непреложных истин и научный метод – лишь один из способов познания природы. Когда-то Ньютон заметил: «Тот, кто копается в глубоких шахтах знания, должен, как каждый землекоп, время от времени подниматься на поверхность подышать свежим воздухом», имея в виду, что «углубление шахт знания» может привести их неустойчивости.
Гуманизация общества и образования стала насущной потребностью нашего времени. Один из самых известных физиков нашего столетия Макс Борн как-то сказал: «Нынешние политические и милитаристические ужасы, полный распад этики – всему этому я был свидетелем на протяжении моей жизни. Если даже род человеческий не будет стерт ядерной войной, он может выродиться в какие-то разновидности оболваненных и бессловесных существ, живущих под тиранией диктаторов и понукаемых с помощью машин и электронных компьютеров». Поэтому в обучении важны и современные знания, и соответствующая им ответственность и мораль. Велика в этом роль естествознания как попытки найти логически безупречный ответ на главный вопрос – происхождение мироздания и человечества.
5.Уровни организации живой материи
Авторами теории уровней организации живого являются Браун и Селларс. Они называли эти уровни классами сложности.
I уровень – молекулярно-генетический. В его состав входят:
Химические элементы
Углеводы
Аминокислоты
Белки
Липиды (воски и жиры)
Нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК)
II уровень – клеточный.
Впервые термин клетка ввел Р.Гук. Клетка – это основная структурная и функциональная единица живого. Причем все клетки делятся на две группы: прокариоты (безядерные) и эукариоты (ядерные).
III уровень – тканевой.
Ткань – это группа физически объединенных клеток и межклеточного вещества для выполнения определенной функции. Виды ткани:
эпителиальная;
соединительная;
мышечная;
нервная.
IV уровень – органный.
Орган – это относительно крупная функциональная единица, которая объединяет различные ткани в некоторые комплексы. Органы объединяются в системы органов для выполнения определенной функции. Внутренние органы характерны только для животных и человека (у растений отсутствуют).
V уровень – организменный.
Организм – это особая внутренняя среда, существующая во внешней среде в постоянном обмене веществ с ней.
VI уровень – популяционный.
Популяция – это совокупность организмов с единым генофондом, занимающих определенную территорию (ареал).
VII уровень – биоценотический.
Биоценоз – это целостная группа популяций с общей территорией обитания, отличающейся от других соседних территорий химическим составом почвы, воды и рядом других физических показателей: климатом, влажностью и т.д.
VIII уровень – биогеоценотический.
Биогеоценоз – единство биоценоза с неживой природой, т.е. живых существ со средой обитания: с температурными, географическими, атмосферными условиями.
IX уровень – биосферный.
6.Учение В.И. Вернадского о биосфере, основные его положения.
Центральным пунктом изучения в теории Вернадского является понятие о живом веществе, т.е. совокупности всех живых организмов. Кроме живого вещества Вернадский выделял еще косное вещество (воздух, вода, минералы). Между живым веществом и косным находятся биокосные вещества (остатки живых организмов, например, навоз).
Отличия живого вещества от косного заключаются в следующем:
изменения и процессы в живом веществе происходят быстрее, чем в косных телах, поэтому для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического времени, а в неживых телах геологического времени. 1 секунда геологического времени = 100 тысяч лет исторического;
в живых организмах существует непрерывный ток атомов: из живых в неживое, и наоборот;
только в живых организмах происходят качественные изменения в ходе геологического времени, т.е. эволюция;
живые организмы изменяются в зависимости от окружающей среды.
Вернадский выдвинул предположение, что живые организмы сами по себе эволюционируют. Он поставил вопрос: «Есть ли у жизни начало?», на который он отвечает в поддерживаемой им концепции вечной жизни о том, что Земля существует вечно, и поэтому жизнь на ней не имеет начала.
Согласно данной теории биосфера выполняет несколько функций:
кислородная, т.к. часть биосферы выделяет кислород;
почвообразующая;
хемосинтезирующая – синтез органических веществ из неорганических, возможный только в бактериях (например, только бактерии способны аккумулировать азот из воздуха);
круговорот веществ (атомов) в природе, в котором участвует вся атмосфера в целом;
структурная – некоторые живые организмы способны изменять облик Земли и т.д.
По Вернадскому работа живого вещества в биосфере может быть выражена в двух основных формах:
химическая или биохимическая ( I род геологической деятельности );
механическая ( II род геологической деятельности).
I род геологической деятельности проявляется в обмене веществ внутри живых организмов, в результате которого происходит постоянных кругооборот атомов.
При этом большое значение имеет количество пропускаемых веществ через тот или иной живой организм. По некоторым данным установлено, что через организм человека за всю его жизнь проходит около: 75 т воды, 17 т углеводов, 2,5 т белка, 1,5 т жира.