Структура и иерархия объектов живой и неживой природы

3



1.Введение.

               Представленная работа посвящена теме "Структура и иерархия объектов неживой и живой природы".
Проблема данного исследования носит актуальный характер в современных условиях. Об этом свидетельствует частое изучение поднятых вопросов.
Эта тема изучается на стыке сразу нескольких взаимосвязанных дисциплин. Для современного состояния науки характерен переход к глобальному рассмотрению проблем тематики.
Вопросам исследования посвящено множество работ. В основном материал, изложенный в учебной литературе, носит общий характер, а в многочисленных монографиях по данной тематике рассмотрены более узкие вопросы проблемы. Однако, требуется учет современных условий при исследовании проблематики обозначенной темы. 
Высокая значимость и недостаточная практическая разработанность проблемы "Структура и иерархия объектов неживой и живой природы" определяют несомненную новизну данного исследования.
Дальнейшее внимание к вопросу о проблеме  необходимо в целях более глубокого и обоснованного разрешения частных актуальных проблем тематики данного исследования.
Актуальность настоящей работы обусловлена, с одной стороны, большим интересом к  выбранной теме в современной науке, с другой стороны, ее недостаточной разработанностью. Рассмотрение вопросов связанных с данной тематикой носит как теоретическую, так и практическую значимость. 
Результаты могут быть использованы для разработки методики анализа "Структура и иерархия объектов неживой и живой природы".
Теоретическое значение изучения проблемы "Структура и иерархия объектов неживой и живой природы" заключается в том, что избранная для рассмотрения проблематика находится на стыке сразу нескольких научных дисциплин.
Объектом данного исследования является анализ условий "Структура и иерархия объектов неживой и живой природы".
При этом предметом исследования является рассмотрение отдельных вопросов, сформулированных в качестве задач данного исследования.
Целью исследования является изучение темы с точки зрения новейших отечественных и зарубежных исследований по сходной проблематике.

По результатам исследования был вскрыт ряд проблем, имеющих отношение к рассматриваемой теме, и сделаны выводы о необходимости дальнейшего изучения/улучшения состояния вопроса.
Теоретической и методологической основой проведения исследования явились законодательные акты, нормативные документы по теме работы. 
Источниками информации для написания работы послужили базовая учебная литература, фундаментальные теоретические труды крупнейших мыслителей в рассматриваемой области, результаты практических исследований видных отечественных и зарубежных авторов, статьи и обзоры в специализированных и периодических изданиях, посвященных тематике "Структура и иерархия объектов неживой и живой природы", справочная литература, прочие актуальные источники информации.



































2.Живая природа

               Живая природа — совокупность организмов. Делится на пять царств: бактерии, грибы, растения и животные. Живая природа организуется в экосистемы, которые составляют биосферу. Основной атрибут живой материи — генетическая информация, проявляющаяся в репликации и мутации. Развитие живой природы привело к появлению человечества. 

Интерес к познанию живой природы возник у человека очень давно, еще в первобытную эпоху, и был тесно связан с его важнейшими потребностями: в пище, лекарствах, одежде, жилье и т.п. Однако только в первых древних цивилизациях люди стали целенаправленно и систематически изучать живые организмы, составлять перечни животных и растений, населяющих разные регионы земли. Наука, занимающаяся изучением живой природы, получила название биология. В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Причем существуют различные классификации последних. Например, по объектам исследования биологические науки подразделяются на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию и антропологию.

По уровню организации живых объектов выделяются следующие науки:

· анатомия, посвященная изучению макроскопического строения животных;

· гистология, исследующая строение тканей;

· цитология, изучающая клетки, из которых состоят все живые организмы.

По свойствам, или проявлениям живого, биология включает в свой состав:

· морфологию — науку о структуре, или строении живых организмов;

· физиологию, которая изучает их функционирование;

· молекулярную биологию, исследующую микроструктуру живых тканей и клеток;

· экологию, рассматривающую образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой;

· генетику, которая изучает законы наследственности и изменчивости живых организмов.

Все эти классификации в известной степени условны и относительны и пересекаются друг с другом в различных пунктах. Такая многоплановость комплекса биологических наук во многом обусловлена необычайным многообразием живого мира.

К настоящему времени учеными обнаружено и описано более одного миллиона видов животных, около полумиллиона видов растений, несколько сотен тысяч видов грибов, более трёх тысяч видов бактерий. Причем мир живой природы исследован далеко не полностью. Число пока еще не описанных видов живого оценивается, по меньшей мере, в один миллион. Кроме того, огромное количество видов живых организмов давно вымерло. По современным научным данным за все время развития жизни на Земле существовало колоссальное количество различных видов живых существ — приблизительно пятьсот миллионов.

Понятно, что живая природа представляет собой качественно новый, более высокий уровень организации материи, или виток мировой эволюции, поднявшийся на необыкновенную высоту по сравнению со ступенью неживой природы. В чем же заключается столь радикальное отличие живой природы от неживой? Интуитивно все понимают, что такое живое и что — неживое. Однако при попытке определить сущность живого возникают трудности. Оказывается, ответить на вопрос о том, что такое жизнь, довольно непросто.

Например, широко известно определение, предложенное немецким философом XIX в. Фридрихом Энгельсом, согласно которому «жизнь — это способ существования белковых тел, важной особенностью которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой». Тем не менее, живая мышь, например, и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае — в результате дыхания, а в другом — в процессе горения. Данный пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и неживые объекты; т.е. обмен веществ является хотя и необходимым, но недостаточным критерием определения жизни. То же самое можно сказать и о белковой природе живых объектов. Так американский ученый Ф. Типлер в своей книге «Физика бессмертия» говорит следующее: «Мы не хотим привязывать определение жизни к молекуле нуклеиновой кислоты, потому что можно вообразить себе существование жизни, которая к этому определению не подходит. Если к нам в космический корабль явится внеземное существо, химическую основу которого составляет не нуклеиновая кислота, то нам все равно захочется признать его живым» Цитата по: Концепции современного естествознания. М.: ЮНИТИ, 1997. С. 159.

Таким образом, невозможно указать только на один какой-нибудь главный, или основополагающий признак, по которому различаются объекты живой природы и неживой. Поэтому современная биология при определении и описании живого исходит из необходимости перечисления нескольких принципиальных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность этих свойств может дать представление о специфике жизни. К таким свойствам, или признакам, относятся следующие:

· Живые организмы характеризуются гораздо более сложным устройством, чем неживые тела.

· Любой организм для поддержания своей жизнедеятельности получает энергию из окружающей среды. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию.

· Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Если, например, вы толкнете камень, то он пассивно сдвинется с места, а если толкнуть животное, то оно отреагирует активно: убежит, нападет, изменит форму и т.д. Способность реагировать на внешние раздражения — это всеобщее свойство живых существ, как растений, так и животных.

· Живые организмы могут не только изменяться, они также и усложняются. Так, например, у растения появляются новые ветви, а у животного— новые органы, значительно отличающиеся и по внешнему виду, и по устройству от тех, которые их породили.

· Все живое размножается. Причем потомство и похоже на родителей, и в то же время чем-то от них отличается.

· Сходство потомства с родителями обусловлено еще одной важной особенностью живых организмов — способностью передавать потомкам заложенную в них наследственную информацию, которая содержится в генах (от греч. genos — происхождение) — мельчайших и очень сложно утроенных частицах, находящихся в ядрах клеток живых организмов. Генетический материал направляет развитие организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако наследственная информация в процессе жизни организма, а также во время передачи несколько искажается или меняется. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них.

· Живые организмы хорошо приспособлены к среде своего обитания. Строение птицы, рыбы, лягушки, дождевого червя полностью соответствует тем условиям, в которых они живут. Этого никак нельзя сказать о неживых телах: камню, например, «все равно», где находиться — он может лежать на дне реки или валяться в поле, или летать вокруг Земли в качестве ее естественного спутника. Однако если мы заставим, например, птицу жить в речных глубинах, а рыбу — в лесу, то эти живые существа, конечно же, погибнут. Говоря проще, основные отличия живого от неживого заключаются в том, что все живые организмы питаются, дышат, растут и размножаются, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются.

Исследуя живой организм, биохимик отвечает на ряд вопросов: 

1. Из каких химических соединений состоит клетка, ткань, орган или организм в целом? 

2. Как взаимосвязаны эти химические соединения, как они образуются и взаимопревращаются? 

3. Каким образом регулируются взаимопревращения веществ? 

4. Чем биохимически отличается изучаемая клетка, ткань, орган от других клеток, тканей, органов, чем определяется выполнение ими их специфических функций в организме? 

5. Как связаны превращения веществ с превращениями энергии?

В живой природе также можно выделить основные структурные уровни, или ступени сложности. Первый из них — это молекулярный уровень, представляющий собой предельно малые объекты живого, а именно молекулы ДНК, в которых заключена наследственная информация живых организмов. Следующий уровень является клеточным, за ним следуют органно-тканевый и организменный уровни. Далее идут популяционно-видовой и биогеоценотический, или экосистемные уровни. Биогеоценоз (экосистема)— это участок Земли со всеми живыми организмами, которые его населяют, и неживой среды их обитания; говоря иначе, со всеми компонентами составляющей его живой и неживой природы. Примерами биогеоценозов, или экосистем могут служить лес, озеро, поле и т.п. Завершающей ступенью в иерархии уровней организации живого мира является биосфера, которая представляет собой всю совокупность живых организмов Земли вместе с окружающей их природной средой.



2.1.Иерархия уровней организации живого

Представления о неравновесности живого организма развил биолог фон Берталанфи, введя термин «открытые системы», ныне широко используемый в синергетике. Он рассматривал ста- 

ционарные состояния в неравновесной живой системе, которые, определил как «текущее равновесие». На основе обобщения физических, в частности термодинамических, представлений он разработал свою теорию биологических организмов, рассматривая организм как целостную сложную иерархическую систему. 

По существу в применении к биологии он предложил и использовал метод системного анализа, активно применяемый сейчас в науке и технике. В частности, им высказана идея, что системная организация — основа точной биологии. А как метко сказал Н. В. Тимофеев-Ресовский, системный анализ — «это когда сначала думают, а потом делают». Организм — пространственное целое, проявляющееся во взаимодействии частей и частных процессов. Процессы в живом организме обусловливаются целостной пространственной системой, подчиненной жесткой иерархии. 

Концепция структурных уровней позволяет не только описать живые организмы по уровням их сложности и закономерностям функционирования, но и расположить в иерархическом порядке, при котором каждый предыдущий уровень входит в последующий, образуя единое целое живой системы. Тем самым представление уровней организации хорошо сочетается с целостностью организма. Критерием выделения основных уровней выступают специфичные дискретные структуры и фундаментальные биологические взаимодействия. 

Различают следующие уровни организации биологических структур: самоорганизующиеся комплексы, биомакромолекулы, клетки, многоклеточные организмы Н. В. Тимофеев-Ресовский приводит другую классификацию уровней: клеточный, молекулярно-генетический, организменный, популяционно-видовой и биогеоценозный. Существует и такая градация: молекулярный, клеточный, тканевой, органный, онтогенетический, популяционный, видовой, биогеоценотический и биосферный На каждом уровне выделяют элементарную единицу и элементарные явления. 

Элементарная единица — это структура, закономерное изменение которой приводит к элементарному явлению. Элементарной единицей на молекулярно-генетическом уровне является ген, на клеточном — клетка, на организменном — особь, на популяционном — совокупность особей одного вида — популяция. Совокупность элементарных единиц и явлений на соответствующем уровне отражает содержание эволюционного процесса. 

2.2.Особенности биологического уровня организации материи

Все объекты живой и неживой природы можно представить в виде определенных систем, имеющих свои особенности организации и индивидуальные свойства.

Учитывая уровень организации, можно выделить иерархию структур организации объектов живой и неживой природы. Подобная иерархия структур начинается с элементарных частиц и заканчивается организациями живых организмов и сообществами – высшими формами организации.

На разную степень организации живой материи указывали ученые разных времен. Так, в прошлом веке, М. Шлейден – немецкий ботаник - утверждал, что существует различный порядок организованности живых тел. Э. Геккель – немецкий биолог-эволюционист - выдвинул гипотезу о неоднородности протоплазмы клетки. По его мнению, она состоит из субмикроскопических частей.

Таким образом, в биологии, как и в физике, химии, утверждалась идея дискретности живой материи, делимости ее на составные части более низкой организации.

С усложнением знаний перед биологами с особой силой встал вопрос о том, от каких структур зависят специфические свойства живых организмов? Попытка решить эту задачу вызвала продолжение исследований и желание проникнуть в глубь клетки и клеточных структур. 

В биологии живые организмы представлены тремя уровнями структур:

1. Молекулярно-генетический уровень биологических структур.

По мере раскрытия внутреннего мира клетки был уточнен состав белков. Белки построены из 20 аминокислот, соединенных длинными полипептидными цепями. Для человека совершенно необходимы 9 аминокислот, остальные, вероятно, вырабатываются самим организмом. Отличительная особенность аминокислот, содержащихся в любом живом организме (от человеческого до вируса), состоит в том, что они являются левовращающими плоскость поляризации изомерами. Это явление впервые открыл Л. Пастер. Исследуя вещества биологического происхождения, он установил способность этих веществ отклонять поляризованный луч и их оптическую активность. Поэтому, вещества биологического происхождения получили название оптические изомеры. Неорганические вещества построены симметрично и не обладают оптической активностью. Впоследствии Л. Пастер заявил, что молекулярная асимметричность является важнейшим свойством всей живой материи. В современной науке оно получило название молекулярная хиральность (от греч. сheir – рука), поскольку молекулярная асимметричность напоминает асимметричность правой и левой рук. 

Наука до сих пор не предложила более или менее вразумительного ответа на вопрос, почему живая природа выбрала белковые молекулы, построенные из аминокислот левого вращения.

Долгое время внимание ученых было сосредоточено на изучении клеточной структуры, образованной из белков, так как предполагалось, что они составляют фундаментальную основу жизни. Исследования показали, что ни сам белок, ни его составные элементы не представляют ничего особенного в химическом отношении. Свести свойства живых систем к свойствам и структуре белков оказалось невозможным. Более плодотворным стал путь, направленный на изучение механизмов воспроизводства и наследственности. В ходе него учеными было выделено из состава ядра клетки вещество, богатое фосфором и обладавшее свойствами кислоты. Это вещество получило название - нуклеиновая кислота. Был выделен и углеводный компонент этих кислот, в одном из них оказалась D – дезоксирибоза, в другом – D – рибоза. Эти кислоты стали соответственно называть дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая или ДНК и РНК.

Лишь через век была раскрыта роль этих кислот в механизме хранения и передачи наследственности. Сначала, в 1944г., было установлено, что ДНК обладает свойством передавать генетическую информацию. В1953г. Д. Уотсон и Ф. Крик экспериментально подтвердили гипотезу о строении ДНК как материального носителя информации. В 1960-е годы была решена проблема генной активности. Французские ученые Ф. Жакоб и Ж. Моно разделили все гены по функциональной активности на регуляторные (кодирующие структуру регуляторного белка) и структурные (кодирующие синтез метаболитов, в том числе ферментов).

Как происходит передача информации от ДНК к морфологическим структурам?

Наследственную информацию в молекуле ДНК несет последовательность 4 оснований - двух пуриновых и двух пиримидиновых. При этом в белках содержится 20 аминокислот. Встал вопрос о переводе 4 - буквенной записи структуры ДНК в 20 - буквенную запись аминокислот. Физиком Г. Гамовым была предложена гипотеза объяснения перевода, которая впоследствии была экспериментально подтверждена.

Раскрытие многих сторон молекулярного строения живого вещества повлияло на представление об изменчивости. Согласно современным взглядам, источником изменений и отбора являются мутации на молекулярно-генетическом уровне.

2. Онтогенетический уровень живых систем.

Онтогенетический уровень организации живых систем представляет собой три линии развития живого мира: 

1)прокариоты, или эубактерии – клетки, лишенные ядер;

2)эукариоты – клетки, содержащие ядра и появившиеся позже прокариотов;

3) архебактерии – клетки, сходные с прокариотами и эукариотами.

Термин “онтогенез” был введен в науку немецким биологом Э. Геккелем, автором биогенетического закона, согласно которому онтогенез, или жизнь отдельного организма, в краткой форме повторяет филогенез – историю развития рода.

Предполагают, что все три линии развития живого мира исходят из единой первичной живой системы – протоклетки, обладавшей всеми основными свойствами живого организма: способностью к обмену с окружающей средой, способностью к осуществлению биохимических реакций с усвоением необходимых и удалением отработанных веществ, способностью к делению и отпочкованию.

Анализ первичных живых систем на онтогенетическом уровне невозможен без освещения их функциональных особенностей жизнедеятельности и обмена веществ. В этом плане заслуживает внимание исследование трофических, т.е. пищевых, связей живых организмов. Было выделено 2 основных типа питания:

автотрофный тип. К нему относятся организмы, живущие за счет усвоения углекислоты (например, бактерии) или фотосинтеза (растения);

гетеротрофный тип. К нему относятся организмы, усваивающие органическую пищу. 

Какой тип питания возник первым? Мнения ученых расходятся. Одни полагают, что автотрофный тип возник первым, т.к. гетеротрофные организмы могли появиться только после появления автотрофных, выступающих как пища гетеротрофных организмов. Другие отстаивают точку зрения, что в том окружении, в котором зародилась жизнь, уже содержалась пища для гетеротрофных животных.

Первоначальная классификация живых организмов на автотрофов и гетеротрофов в дальнейшем была усложнена под влиянием выявления у различных организмов определенных способностей по синтезу веществ для роста (витаминов, гормонов и др.).

Сложный характер трофических связей организмов свидетельствует о необходимости целостного, системного подхода к изучению живых систем и на онтогенетическом уровне.

3. Надорганизменный уровень.

На этом уровне анализируется не организм, а различные совокупности особей, их взаимосвязь и взаимодействие.

Первым надорганизменным уровнем считается популяционный уровень. На нем изучается взаимодействие и взаимосвязь между совокупностями особей одного вида, имеющих единый генофонд и занимающих единую территорию. Такие совокупности особей составляют популяцию. Термин “популяция” был введен В. Иогансеном (1857-1927) для обозначения генетически неоднородной совокупности организмов, в отличие от однородной.

Современная наука трактует популяцию как целостную систему организмов, непрерывно взаимодействующих друг с другом и с окружающей средой. Отсюда их способность к трансформациям, изменению ареала и развитию. Именно популяции являются элементарными единицами эволюции.

Второй надорганизменный уровень организации живого называется биоценоз. Он представляет собой различные системы популяций. Развитие биоценоза в большей мере зависит не от биологических факторов развития, а от абиотических факторов (климат, географическое положение и т.д.).

Третий надорганизменный уровень представляет собой совокупность биоценозов и называется биогеоценоз. В своем развитии биогеоценоз в большинстве своем зависит от земных и абиотических условий. 

Четвертый уровень возникает из объединения разнообразных биогеоценозов и называется биосфера.

Выделение данных уровней организации живых организмов наглядно представляет целостность и системность организациивсего живого











3.Неживая природа

               Неживая природа, или косная материя, представлена в виде вещества и поля, которые обладают энергией. 

Она организована в несколько уровней: элементарные частицы, атомы, химические элементы, небесные тела, звёзды, галактика и Вселенная. Вещество может пребывать в одном из нескольких агрегатных состояний (например, газ, жидкость, твёрдое тело, плазма). Развитие Неживой природы привело к появлению Живой природы. 

Неживая природа существует на различных уровнях сложности. Первым из них, по современным представлениям, являются кварки, из которых состоят элементарные частицы. Далее следует уровень атомов, слагаемых из элементарных частиц, затем идут уровни: молекул, макроскопических тел, мегаобъектов, галактик, скоплений галактик, метагалактики и Вселенной. Важно отметить, что каждый последующий уровень не сводится механически к предыдущему. Например, атом не является простой механической суммой образующих его элементарных частиц, а представляет собой нечто более сложное и качественно новое по сравнению с этой суммой, и поэтому никак не сводим к ней. Вспомним, одна из характерных черт третьей, или современной научной картины мира — это антимеханициз, в силу которого не только Вселенную в целом, но и каждый отдельный ее объект нельзя рассматривать как механическую совокупность составляющих частей.

В мире неживой природы действует так называемый принцип наименьшего действия. В соответствии с этим принципом система постоянно переходит от менее устойчивого к наиболее устойчивому состоянию. При этом всякое тело стремится принять такую форму, при которой оно обеспечивает минимум энергии его поверхности, совместимую с ориентирующими силами. Симметрия порождающей среды, в которой образуется тело, накладывается на симметрию тела. Получающаяся при этом форма тела сохраняет те элементы собственной симметрии, которые совпадают с наложенными на него элементами симметрии среды. На вопрос о происхождении и эволюции неживой природы неклассическое естествознание, отвечает с помощью гипотезы Большого взрыва: Не было ни звука, ни света, ни времени, ни пространства; только она, абсолютно черная масса флуктуаций неимоверных энергий, клубилась и пульсировала во мраке, с непреодолимой силой стремясь сосредоточиться в одной единственной точке – Великой Сингулярности. И когда невообразимая плотность энергии флуктуаций в Сингулярности достигла Абсолюта, она выразила себя на мгновение в сверкнувшей во мраке капле протовещества – первожидкости, состоящей из зародышей нового мира – кварков и глюонов. И содрогнулась темная масса, жадно впитав в себя эту каплю, она мгновенно превратилась ослепительно яркую субстанцию, через которую Сингулярность выразила себя, излучая все, что составляло Суть ее. И не было больше мрака – только звучащий Свет, рождающий в себе новый Мир, Пространство и Время. И было это 15 миллиардов лет назад, из капли протовещества возникла Вселенная с мириадами Галактик, Звезд, Планет. И каждое творение Вселенной заключало в себе частицу Великой Сингулярности, которая выразила себя через свое Творение, создав Разум и Живую Материю.



                            3.1. Уровни организации неживой природы


                Согласно современным научным взглядам, глубинные структуры материального мира представлены объектами элементарного уровня. Это прежде всего элементарные частицы. За исключением электрона, исследования которого начались еще в XIX веке, все остальные были обнаружены в XX столетии. Их свойства оказались весьма необычными, резко отличающимися от свойств макротел, с которыми мы сталкиваемся в повседневном опыте. Все элементарные частицы обладают одновременно и корпускулярными, и волновыми свойствами, а закономерности их движения, изучаемые квантовой физикой, отличаются от закономерностей движения макротел, описанных в классической физике.
До открытия элементарных частиц и их взаимодействий наука разграничивала два вида материи - вещество и поле.
Еще в конце XIX-начале XX века поле определяли как непрерывную материальную среду, а вещество - как прерывное, состоящее из дискретных частиц. Однако развитие квантовой физики выявило относительность разграничительных линий между веществом и полем. Только на макроуровне, когда можно не принимать во внимание квантовые свойства полей, их можно считать непрерывными средами. Но на микроуровне поля предстают как состоящие из квантов, которые можно рассматривать в качестве частиц, обладающих одновременно и корпускулярными, и волновыми характеристиками. Например, электромагнитное поле можно представить как систему фотонов, а гравитационное поле - как систему гравитонов - гипотетических частиц, которые предсказывает квантовая теория. В то же время и частицы вещества - электроны и позитроны, мезоны и другие - уже в целом ряде задач физика рассматривает как кванты соответствующих полей (электронно-позитронного, мезонного и т.п.).
Элементарные частицы участвуют в четырех типах взаимодействия - сильном, слабом, электромагнитном и гравитационном. Только два последних типа взаимодействий проявляют себя на любых сколь угодно больших расстояниях, и поэтому им подчинены процессы не только микромира, но и макротел, планет, звезд и галактик (макро- и мегамир). Что же касается сильных и слабых взаимодействий, то они характерны только для процессов микромира. Одним из самых удивительных открытий последней трети XX века было обнаружение того, что электромагнитные и слабые взаимодействия представляют собой стороны, различные проявления единой сущности - электрослабого взаимодействия.
Элементарные частицы можно классифицировать по типам взаимодействия. Адроны (тяжелые частицы - протоны, нейтроны, мезоны и др.) участвуют во всех взаимодействиях. Лептоны (от греч. leptos - легкий; например, электрон, нейтрино и др.) не участвуют в сильных взаимодействиях, а только в электрослабых и гравитационных. Гипотетические гравитоны выступают носителями только гравитационных сил. В сильных взаимодействиях многие адроны неразличимы, они как бы на одно лицо. Например, неотличимы друг от друга нуклоны - нейтроны и протоны, все П-мезоны (Пи-мезоны) выступают как одна частица. Но когда включаются электромагнитные силы, то нуклоны расщепляются на две составляющие, а П-мезоны на три (П°, П+, П-). Подобное расщепление позволяет рассматривать частицы как проявления некоторой глубинной структуры. Поиск таких структур составляет главную цель современной физики. На этом пути наука стремится обнаружить те глубинные свойства и состояния материи, которые в конечном счете определяют эволюцию Вселенной, особенности взаимодействия и развития ее объектов.
Первым большим успехом на этом пути было открытие кварковой структуры адронов. Кварки оказались весьма экзотическими объектами не только потому, что у них дробный электрический заряд (1/3 или 2/3 от заряда электрона, принимаемого за 1). Само взаимодействие кварков, осуществляемое благодаря обмену глюонами, таково, что увеличение расстояния между кварками внутри адронов приводит к резкому возрастанию связывающих их сил. Поэтому в отличие от ранее известных элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов и др.) кварки пока не обнаружены в свободном состоянии. Они оказываются как бы запертыми внутри адронов. Но в эксперименте их можно прозондировать: при столкновении частиц больших энергий внутри адронов обнаруживается несколько своеобразных центров, на которых происходит рассеяние частиц и которые физика отождествляет с кварками. 
Кварки и лептоны выступают в качестве базисных объектов в системе элементарных частиц. Они являются главным строительным материалом для вещества нашего мира, поскольку ядра атомов существуют благодаря взаимодействию кварков, а формирование электронных оболочек вокруг ядра приводит к образованию атомов.
Современная физика пока еще не создала единой теории элементарных частиц, на пути к ней сделаны лишь первые, но существенные шаги. Выявление общих глубинных структур частиц, участвующих в сильных взаимодеиствиях, и установление единства слабого и электромагнитного взаимодействий стимулировали разработку идеи объединения сильных, электрослабых и гравитационных взаимодействий в рамках единой теории. Иными словами, речь уже идет об исследовании субэлементарного уровня организации материи, о выяснении единой природы всех элементарных частиц. По-видимому, именно в закономерностях этого уровня скрыты основные тайны нашей Вселенной, предопределившие особенности ее эволюции. Вообще для современной науки характерно, что чем глубже она проникает в микромир, тем больше возможностей открывается для понимания крупномасштабной структуры Вселенной. Последняя не является вечной и неизменной, а представляет собой результат развития материи, своеобразную реализацию тех потенциальных возможностей, которые были заложены в глубинах микромира.
Элементарный уровень организации материи включает наряду с элементарными частицами еще и такой необычный физический объект, как вакуум. Физический вакуум - не пустота, а особое состояние материи. В вакуум погружены все частицы и все физические тела. В нем постоянно происходят сложные процессы, связанные с непрерывным появлением и исчезновением так называемых "виртуальных частиц".
Виртуальные частицы - это своеобразные потенции соответствующих типов элементарных частиц, их "вакуумные корни", частицы, готовые к рождению, но не рождающиеся, возникающие и исчезающие в очень короткие промежутки времени. При определенных условиях они могут вырваться из вакуума, превращаясь в "нормальные" элементарные частицы, которые живут относительно независимо от породившей их среды и могут взаимодействовать с ней.
Первые шаги по пути исследования субэлементарного уровня материи привели к принципиально новым идеям о качественном многообразии вакуума. Выяснилось, что физический вакуум способен скачком перестраивать свою структуру. Такие переходы из одного состояния к другому, связанные с резким изменением характеристик системы, в физике называют фазовыми (известным их примером служат переходы воды в пар и лед). Физический вакуум тоже оказался способным к фазовым скачкам.
Эти новые идеи современной физики микромира послужили опорой необычных представлений о развитии нашей астрономической Вселенной, о ее возникновении путем взрыва, связанного с массовым рождением элементарных частиц в результате одного из фазовых переходов вакуума. Взаимодействие объектов субэлементарного уровня и возникающих на их основе элементарных частиц служит фундаментом для образования более сложных материальных систем. Из элементарных частиц строятся атомы, которые являются качественно специфическим видом материи.
Элементарные частицы, ядра атомов, ионы (атомы, потерявшие часть электронов на электронных оболочках) могут образовать особое состояние материи, подобие газа, которое называется плазмой. Огромные плазменные тела, стянутые электромагнитными, гравитационными полями, образуют звезды, представляющие особый уровень организации материи. В их недрах протекают ядерные реакции, в ходе которых одни частицы превращаются в другие, и за счет этого звезды постоянно излучают энергию.
Звезды выступают как своеобразные кузницы атомов. Благодаря протекающим в них превращениям элементарных частиц образуются ядра атомов, на периферии же и в окрестностях звезд при понижении температуры, а также вследствие выбросов вещества из звезд при их взрывах возникают атомы. В результате взаимодействия атомов формируется следующий уровень организации материи - молекулы. За молекулами следует уровень макротел (жидких, твердых, газообразных). Особый тип макротел, который можно считать специфическим видом материи, образуют планеты - тела со сложной внутренней структурой, имеющие ядро, литосферу, а в ряде случаев атмосферу и гидросферу. Звезды и планеты составляют планетные системы.
Огромные скопления звезд, планетных систем, межзвездной пыли и газа, взаимодействующих между собой, образуют особые объекты, которые называют галактиками. Земля принадлежит к одной из таких галактик, которая представляет собой гигантскую эллипсовидную спиралеобразную систему. Основная масса звезд, относящихся к нашей галактике, сосредоточена в диске размером 100 тыс. световых лет по диаметру и толщиной в 1500 световых лет (напомним, что скорость света около 300 тыс. км/с). Наше Солнце находится на окраине галактики и вращается вокруг ее ядра, делая полный оборот за 200 млн лет (так называемый галактический год).
Ядро галактики, состоящее из очень плотного скопления звезд, разогретого межзвездного газа и пыли, а возможно, и включающее гипотетические сверхплотные тела, мы непосредственно наблюдать не можем. Солнце движется в настоящее время в той части галактического пространства, где ядро закрыто от Земли обширной пылевой туманностью. Через несколько миллионов лет Земля выйдет из-за этого "экрана", и тогда она будет подвержена излучениям, идущим от ядра. Сейчас ядро нашей галактики спокойное; оно излучает постоянный поток энергии. Но в принципе ядра галактик могут быть и активными, способными к выбросам за короткий промежуток времени (за несколько месяцев и даже недель) чрезвычайно больших количеств энергии. Не исключено, что ядро нашей галактики через определенные (хотя и весьма длительные) промежутки времени тоже может проявлять взрывную активность. Возможно, что если бы в периоды взрывных процессов Земля не была экранирована пылевыми туманностями, а была открыта, то излучения ядра влияли бы на состояние и развитие жизни на ней. Важно осознавать, что и земная жизнь, и человечество как ее часть зависят от организации космоса. Поэтому знание принципов его организации необходимо для понимания и происхождения земной жизни и наших взаимодействий с природой.
Галактики разных типов образуют скопления - системы галактик, которые представляют собой особые объекты, обладающие свойствами целостности. Если, несмотря на огромные расстояния между галактиками (в десятки, сотни миллионов и более световых лет), провести аналогию между молекулами макротела и галактиками в скоплениях, то оказывается: такие скопления можно уподобить весьма вязкой среде.
Наконец, кроме скопления галактик есть еще более высокий уровень организации материи - Метагалактика, представляющая собой систему взаимодействующих скоплений галактик. При этом они взаимодействуют так, что удаляются друг от друга с очень большими скоростями. И чем дальше отстоят они друг от друга, тем больше скорость их взаимного разбегания. Этот процесс называется расширением Метагалактики и представляет ее особое системное свойство, определяющее ее бытие. Расширение Метагалактики началось с момента ее возникновения. Согласно представлениям современной космологии, Метагалактика возникла примерно 20 млрд лет назад в результате Большого Взрыва. Сам этот взрыв наука связывает с перестройками структуры физического вакуума, с его фазовыми переходами от одного состояния к другому, которые сопровождались выделением огромных энергий. Так что рождение нашей Вселенной (Метагалактики) - не акт ее творения из ничего (как это пытаются трактовать современные теологи), а результат развития, качественных преобразований одного состояния материи в другое.
Современная наука допускает возможность возникновения и сосуществования множества миров, подобных нашей Метагалактике и называемых внеметагалактическими объектами. Их сложные взаимоотношения образуют многоярусную Большую Вселенную - материальный мир с бесконечным разнообразием форм и видов материи. Причем не во всех этих мирах возможно то многообразие видов материи, которое возникает в истории нашей Метагалактики.











4.Заключение

               Принципу наименьшего действия подчиняются все системы неорганического мира. В биологическом и растительном мире это принцип не имеет такого широкого распространения. Любое животное или растение стремятся создать такую морфологическую оболочку, которая бы была благоприятна для размножения и годна для сопротивления условиям среды. 

В этом случае вступает в действие принцип экономии материи, который не действует в неорганическом мире. Ярким примером этому служит стремление живых организмов к экономии костной субстанции при распределении материи, дающее максимум прочности во всех нужных направлениях. 

Кроме этого, живые организмы проявляют лишь одним им свойственный феномен - феномен роста. Неорганические кристаллы увеличиваются путем присоединения идентичных элементов; живой организм растет путем "всасывания", идущего изнутри и направляющегося наружу. Мы имеем также еще одно коренное различие: молекулярные элементы неорганической материи, не меняются во все время существования данной совокупности, тогда как элементы, образующие живую ткань, в процессе роста сгорают, удаляются и возобновляются, сохраняя общее начертание формы организма. Например, раковина (внешний скелет морских организмов) растет, сохраняя свою первоначальную форму, несмотря на свой асимметричный рост; рога животных растут только с одного конца. Долгое время считалось, что объекты неживой природы (например, кристаллы) отличаются от живых объектов (например, растений, цветов) видом используемой симметрии. Отвечая на вопрос: "Где граница между живой и мертвой природой?" многие известные специалисты в области симметрии и кристаллографии обращают внимание на то, что это различие состоит в использовании в живых организмах так называемой "пятерной" или "пентагональной" симметрией, связанной с золотым сечением. Известный русский ученый А.В. Шубников по этому поводу пишет так: "Что касается организмов, то мы для них не имеем такой теории, которая могла бы ответить на вопрос, какие виды симметрии совместимы и какие несовместимы с существованием живого вещества. Но мы не можем не отметить здесь тот в высшей степени замечательный факт, что среди представителей живой природы, пожалуй, чаще всего встречаются как раз простейшие из невозможных для затвердевшего, окристаллизованного "мертвого" вещества симметрии (пятерная симметрия)". Характерной чертой строения растений и их развития является спиральность. Еще Гете, который был не только великим поэтом, но и естествоиспытателем, считал спиральность одним из характерных признаков всех организмов, проявлением самой сокровенной сущности жизни.

Так чем же, все таки, отличается живая природа от неживой? Для творений неживой природы характерна высокая устойчивость, слабая изменчивость, если судить в масштабах человеческой жизни. Человек рождается, живет, стареет, умирает, а гранитные горы остаются такими же и планеты вращаются вокруг Солнца на протяжении многих лет. Мир живой природы предстает перед нами совсем иным - подвижным, изменчивым и удивительно разнообразным. Жизнь демонстрирует нам фантастический карнавал разнообразия и неповторимости творческих комбинаций. Мир неживой природы - это прежде всего мир симметрии, придающий его творениям устойчивость и красоту. Мир живой природы - это, прежде всего мир гармонии.



























Список используемой литературы:



1.Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

2. «История биологии с древнейших времён до начала двадцатого века» Бляхер Л.Я., Быховский Б.Е., Микулинский С.Р. и др. Изд. Наука. Москва-1972

3. «О сущности живой материи» Веселовский В.Н. Изд. Мысль

4. Концепция естествознания. Гусев Д.А. Учебный курс

5. Алексеев П.В., Панин А.В. Философия: Учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: ТК Велби, Изд-во Проспект, 2003. - 608 с.

6. Философия. Конспект лекций Алексеев В.О_2008 -160 с.                                                    

7. Балашов Л. Е. Философия: Учебник. 2-я редакция, с изменениями и дополнениями — М., 2005. — с. 672.

8. «История биологии с древнейших времён до начала двадцатого века» Бляхер Л.Я., Быховский Б.Е., Микулинский С.Р. и др. Изд. Наука. Москва-1972

9. «О сущности живой материи» Веселовский В.Н. Изд. Мысль

10. Концепция естествознания. Гусев Д.А. Учебный курс

11. «Становление свободы: от природного к социокультурному бытию» Шамотин Б.С.

12.http://enigma-project.ru Рубрика: космос Статья: Теория большого взрыва