Карельский филиал в г. Петрозаводске.
Российской Федерации
Северо-Западная академия государственной службы
Карельский филиал в г. Петрозаводске.
Петрозаводский государственный университет.
В.В. Луканин
Краткий конспект лекций
КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Петрозаводск ‑ 2005
Печатается по решению научно-методического совета Карельского филиала СЗАГС в г. Петрозаводске и
редакционно-издательского совета Петрозаводского государственного университета
Концепции современного естествознания (краткий конспект лекций):
Учебное пособие/ В. В. Луканин. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2005. ? с.
В учебном пособии дается обзор основных концепций современного естествознания. Прослеживается динамика представлений о развитии природы от микромира до макро- и мегамира. Делается акцент на всеобщий принцип эволюционизма во Вселенной через синергетические преобразования от простого к сложному. Большое внимание уделено современным концепциям развития цивилизации, что чрезвычайно важно. Человек сегодня наконец-то « завоевал» всю биосферу и продолжает свое развитие по пути экономической парадигмы, но сегодня, это тупиковое направление, дорога ведущая к разрушению живой природы Земли. Необходима выработка нового направления развития человечества с новыми приоритетами, во главу которых должны быть положены экологические принципы.
Пособие предназначено для студентов гуманитарных и естественных специальностей.
Рецензенты:
М. В. Пивоев, докт. филос. наук, профессор,
И. К. Савин, докт. техн. наук, профессор.
Карельский филиал Северо-Западной академии государственной службы в г. Петрозаводске
185007, г.Петрозаводск, ул. Чапаева, д. 6а, тел. (8142) 72-20-22, тел./факс 72-20-32
Содержание
От автора 4 Структура изложения курса 5 Введение 6
Логика развития науки 6
Естествознание как раздел достижений человеческой культуры 8
Методы научного познания 8
Концепции современной физики 7
Аристотелевский этап в развитии естествознания 7
Ньютоновский этап в развитии естествознания 8
Эйнштейновский этап в развитии естествознания. 9 Мир атомов и элементарных частиц. 10
Силы взаимодействия в природе............................................................................ 16
Современные концепции мегамира....................................................................... 17
Строение современной Вселенной......................................................................... 19
Звезды......................................................................................................................... 20
Эволюция звезд......................................................................................................... 21
Солнечная система.................................................................................................... 22
Планета – Земля........................................................................................................ 23
Облик планеты – Земля или концепция А. Вегенера........................................... 24
Современные концепции химии................................................................................ 26
Основные концепции биологии................................................................................. 32
Эволюция жизни на Земле....................................................................................... 35
Археозойский эон..................................................................................................... 36
Протерозойский эон................................................................................................. 36
Вендский период...................................................................................................... 37
Фанерозойский эон................................................................................................... 37
Развитие биологии.................................................................................................... 40
Самоорганизация систем или синергетика............................................................ 45
Современные концепции развития цивилизации................................................ 48
ПОЧВА.................................................................................................................. 54
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ........................................................................................... 57
Топливно-энергетические ресурсы......................................................................... 63
Нефть...................................................................................................................... 63
Природный газ...................................................................................................... 64
Уран........................................................................................................................ 65
Металлические ресурсы........................................................................................... 66
Озон............................................................................................................................ 72
Двуокись серы........................................................................................................... 75
Словарь терминов......................................................................................................... 73
Литература..................................................................................................................... 84
От автора.
Большинство современных учебников и пособий по курсу «Концепции современного естествознания» часто представляют только отдельные разделы естествознания. Дать все основные концепции современного естествознания думается вообще нелегкая задача. По-видимому, потому в различных учебниках относительно однотипно и полно представлен только раздел физики, тогда как материалы по концепциям химии и биологии в различных учебниках существенно разнятся и по структуре изложения и по объему. Потому есть насущная необходимость создания пособия отражающего достаточно гармонично основные разделы современного естествознания. Одновременно с этим, главный принцип, который очевидно должен быть положен в основу учебника – принцип эволюционности материи, как основы существования окружающего мира, во многих случаях представлен нечетко или вообще не представлен. В учебниках отсутствуют концепции современного развития человечества. В то же время, сегодня все должны осознать, что при сохранении сложившейся ситуации в природопользовании цивилизация столкнется уже в этом столетии с катастрофическими последствиями на уровне апокалипсиса. Кроме того, для «гуманитариев», для кого обычно читается данный курс, тексты часто без надобности изобилуют сложными физическими формулами. Есть много примеров другого типа учебников, где основное внимание уделено раскрытию курса «Концепций современного естествознания» через пояснение понятийного аппарата различных разделов естествознания, что тоже имеет отрицательные стороны, т. к. важных понятий в естествознании великое множество, поэтому такой подход не позволяет студентам осознать природу как эволюционирующую целостность на всех ее уровнях.
В целом, обзор имеющихся в библиотеках современных учебников показывает, что до сегодняшнего времени еще нет устоявшейся программы курса по дисциплине «Концепции современного естествознания».
Именно это и побудило автора на основе собственного опыта чтения лекций для студентов различных факультетов: юридического, государственного и муниципального управления, экономического и биологического - подготовить данное пособие.
Проф. В.В. Луканин
Структура изложения курса.
Во-первых, рассматривается место естествознания среди других сфер человеческой культуры и, в частности, среди других наук.
Во-вторых, представлена история развития естествознания или история динамики представлений о природе.
В третьих, показывается развитие физических концепций. Представляется историческая последовательность смены физических картин мира в разные эпохи развития цивилизации, механической, электромагнитной, релятивистской и квантово-механической.
В четвертых, анализируется история развития химических концепций. В данном разделе основное внимание уделено атомно-молекулярному учению, периодическому закону Менделеева и вопросам эволюционной химии.
В пятых, основное внимание уделено достижениям в области биологии, современным взглядам на происхождение и развитие жизни на Земле и, особенно подробно – роли человека в биосфере.
Введение
Логика развития науки.
Исторически динамика развития науки отличается неравномерным характером. Обычное медленное ее течение сменяется, резким изменением направления развития, как правило, разрушая сложившиеся ранее представления об окружающем мире. Именно так происходило в 20 веке с естествознанием, когда логика неспешного развития сменилась революционной ломкой его теоретического содержания и методов познания. Существовавшие ранее научные картины мира – стационарной Вселенной заменились представлениями развивающейся Вселенной во всех ее частях, где четко прослеживается после Большого взрыва нарастающее усложнение организации материальных объектов (атомы, звезды, галактики, живые организмы, экосистемы и т. д.).
Мы видим, что наука развивается, необратимо качественно меняясь со временем. Совершенно очевидно, имеется некая логика ее развития. Знание этой логики позволило бы понять закономерности научного прогресса, его движущие силы и исторически обусловленные причины. В наши дни среди множества взглядов на развитие науки выделяется два из них. Один предложен американским философом Т. Куном, другой – венгерским математиком и философом И. Лакатосом. Концепции этих авторов считаются в современном мире наиболее убедительными.
Кун полагает, что развитие науки нелинейно оно осуществляется через смену парадигм. Что под этим понимается? Парадигма в буквальном смысле слова – образец и, как отмечает автор концепции, парадигму составляет «… признанные всеми научные достижения, которые в течение определенного времени дают модель постановки проблем и их решений научному сообществу». Пример можно взять из истории развития естествознания, где динамика парадигм прекрасно прослеживается сменой аристотелевского этапа в развитии науки на ньютоновский и далее на эйнштейновский, релятивистский. При развитии науки, признанной научным сообществом, в рамках парадигмы (или нормальной науки) зарождаются идеи, противоречащие общепринятым, и тогда с ними ведется активная борьба со стороны ученых и общественности – сторонников доминирующих взглядов. Но ростки нового завоевывают все больше последователей и старые взгляды (парадигма) в конце концов, отметаются. Так осуществлялась и, по-видимому, будет и впредь осуществляться смена научной картины мира в представлениях людей.
Модель развития науки по И. Лакатосу очень схожа с моделью развития по Т. Куну и в то же время, имеющиеся различия принципиальны. По Лакатосу выбор научными сообществами направления развития науки осуществляется рационально, на основе четких критериев, где определяющую роль играет конкуренция исследовательских программ. Тогда как по Куну развитие новых направлений принципиально не предсказуемо, не детерминировано и новое направление в критический момент возникает случайно из множества возможных.
Методы научного познания.
После описательного этапа в развитии науки, который на первых порах проходили все естественные дисциплины, наступает время научного изучения окружающей нас действительности. При этом используется большой набор различных методов. В частности, становление физики как науки некоторые авторы соотносят со временем разработки Г. Галилеем экспериментального метода познания окружающего мира. К настоящему времени сформировалось специальное направление знаний (методология или учение о методах), занимающееся как изучением, так и разработкой методов познавательной деятельности. В целом, все методы определенным образом классифицируются, с выделением нескольких уровней.
Всеобщие методы.Выделяют диалектический и метафизический.Этообщефилософские методы.
Общенаучные методы.Среди нихчастовыделяют два уровня в научном познании,
эмпирический(наблюдение, эксперимент, измерение);
теоретический (идеализация, формализация).
Эти уровни не должны не отрываться друг от друга не противопоставляться, т. к. эмпирический и теоретический уровни познания взаимосвязаны между собой, поскольку эмпирический уровень познания выступает как основа, фундамент любых гипотез и теорий. А теоретический уровень, формирующийся на эмпирических научных фактах, дает возможность продолжения эмпирического научного познания уже на новом теоретическом уровне знаний.
Частнонаучные методы–это методыконкретных наук, биологии, химии, астрономии и т. д., где используются все упомянутые выше методы, но в приложении к данной области знаний. В естественнонаучных дисциплинах, в частности, присутствуют наблюдение, эксперимент, измерение, индуктивные или дедуктивные умозаключения и т. д. Частнонаучные методы связаны и с всеобщим диалектическим методом.
Звезды.
Звезды в Галактике могут быть дифференцированы как по размерам, так и по качественным характеристикам. По размерам звезды делят на сверхгиганты, нормальные гиганты, субгиганты, нормальные карлики и карлики. Например, самая крупная из известных звезд – Цефея, состоящая из разреженного газа, плотностью в тысячи раз меньше, чем наш воздух. Ее диаметр в 1000 раз больше диаметра Солнца. В свою очередь Солнце относится к нормальным желтым карликам радиусом 696000 км. и массой около 2*1027 т, что соответствует 99,866% массы всей солнечной системы. Средняя плотность нашей звезды 1,41 г/см3, а средняя плотность в центре около 150 г/см3, что соответствует примерно 14млн. градусов. Солнце является медленно горящей водородной бомбой, у которой в центре происходит термоядерная реакция превращения водорода в гелий. Этот процесс, по мнению ученых, будет продолжаться еще около 13 млрд. лет.
Звезды карлики могут быть меньше нашей Земли с громадной плотностью вещества в них. В частности, примером такой звезды может быть спутник Сириуса с плотностью более 30000 г/см3.
Эволюция звезд.
В результате изучения звезд ученые создали теорию происхождения солнечной системы. По последним данным около 5 млрд. лет назад на месте современной солнечной системы существовало гигантское газовое облако, состоящее из водорода с примесью гелия и совсем небольшой частью более тяжелых элементов (менее 1%). Газовое облако медленно вращалось. Гравитационные силы способствовали сжатию туманности. Ее вращение ускорялось. В результате в центре сформировалась протозвезда – будущее Солнце, на периферии которой формировались протопланеты, чем дальше от центра, тем более легкие элементы вошли в состав планет. Как только в центре протозвезды в результате сжатия температура достигла 15 млн. градусов, начались ядерные реакции и протосолнце превратилось в звезду. В результате многочисленных наблюдений и математических моделей сегодня удалось создать теорию эволюции звезд во Вселенной. Согласно которой в центре при выгорании водорода (результат ядерной реакции) образуется гелий, он тяжелее водорода и потому накапливается в центре звезд, что сопровождается из-за большего сжатия повышением температуры. При достижении температуры в центре звезды до 100 млн. градусов ядерный процесс будет определяться уже гелием. Его горение будет сопровождаться образованием углерода и кислорода. Поскольку они тяжелее гелия, то они будут концентрироваться в центре звезды. Дальнейшая судьба звезды будет зависеть от ее массы. Звезды с массой близкой к солнечной преобразуются в белые карлики, которые затем миллионы лет остывают, образуя холодные тела с очень большой плотностью.
В звездах, с массой превышающей солнечную чуть более чем в 3 раза, после выгорания гелия температура в центре достигнет 3 млрд. градусов и начнет выгорать углерод, накопившийся в центре как более тяжелый элемент по сравнению с гелием. В дальнейшем в звезде будут накапливаться неон, магний, кремний, фосфор, сера, и никель. Все эти элементы будут расположены слоями, согласно их плотности и будут участвовать в ядерных реакциях. Именно так в звездных «термоядерных печках» образовались упомянутые вещества во Вселенной. В центре звезды накапливается железо и термоядерные реакции прекращаются, т. к. железо не «горит». В какое-то время в звезде создается колоссальное давление, сопровождаемое взрывом, который сегодня называют - взрывом сверхновой. Именно, все последующие после железа элементы таблицы Менделеева, образуются в результате взрыва сверхновых звезд. В целом от таких звезд остается нейтронные звезды размером в поперечнике 15 – 30 км, состоящие из нейтронов и других частиц.
Звезды, масса которых существенно превышает массу солнца (примерно в 10 раз) могут на определенном этапе своего развития коллапсировать с образованием «черной дыры». Это, как считают ученые, происходит следующим образом. По мере расходования энергетического материала звезда превращается в красного гиганта. И если до этого термоядерные реакции создавали внутри звезды высокое давление, уравновешивающее силу гравитационного сжатия, то после выгорания ядерного топлива внутри звезды внешние силы уже ничем не уравновешиваются и она коллапсирует. У звезд с небольшой массой, типа нашего солнца, коллапс может продолжаться миллионы лет. У звезд с массой в десятки и сотни раз большей сжатие происходит мгновенно. Сжатие происходит за тысячные доли секунды. На месте звезды образуется «черная дыра», где мощнейшие силы не позволят вылетать с поверхности фотонам и потому информации о дальнейшем поведении мы получить не можем. Судить о дальнейшей судьбе мы можем пока на основе наблюдений близкого около «черной дыры» пространства или/и расчетов.
Солнечная система.
Солнечная система, являясь частью Галактики, располагается в одном из ее рукавов. По представлениям ученых, Галактика как гигантский циклотрон вращается вокруг своего центра и солнечная система в ней вращается со скоростью 400 км/с., делая полный оборот вокруг центра за 215 млн. лет. Полагают, что солнечная система образовалась из холодного (по Канту и Лапласу) и горячего (по Шмидту) газопылевого облака. Оно состояло на 98% из водорода, а также гелия, азота, кислорода, паров воды, метана, углерода и пылинок окислов кремния, магния, железа. В процессе вращения и гравитационного сжатия из облака образовалась солнечная система.
Сегодня достоверно доказано существование в ней 9 планет. Есть также несколько косвенных доказательств существования еще двух или трех планет. Все планеты вокруг солнца движутся в одном направлении – в направлении вращения звезды и в одной плоскости, называемой плоскостью эклиптики. Планеты делятся на две группы: внутренние – Меркурий, Венера, Земля, Марс и внешние – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Внутренние планеты имеют подобно Земле небольшие размеры и высокие плотности за счет содержания тяжелых окислов и железистого ядра. Внешние планеты состоят из водорода и гелия (Юпитер и Сатурн) и водорода, углерода, азота и кислорода (Уран, Нептун, Плутон). Основная масса вещества в солнечной системе сосредоточена в Солнце (99,866%), а масса планет – в двух гигантах Юпитере и Сатурне (92,5%).
Планета – Земля.
Земля может быть представлена в виде нескольких сфер: газовой (атмосфера), водной (гидросфера), каменной (литосфера, или земная кора), промежуточной (мантия) и ядра. Каждая сфера характеризуется своим химическим составом, пространственными характеристиками, происхождением и ролью для планеты. Кроме того, для Земли выделяется особая оболочка – биосфера, играющая достаточно большую роль в формировании условий на поверхности планеты. Внутреннее строение Земли изучается в основном геофизическими методами – главным образом, по характеру распространения в ней сейсмических волн. Наши знания о составе Земли весьма неполны, поскольку прямое изучение возможно только в тонком слое земной коры. Самые глубокие скважины, которые пробурены вглубь планеты около 10 км. Это очень немного, если учесть параметры Земли. Тем не менее, по данным геофизики, главным образом по распространению сейсмических волн, показано, что Земля имеет плотное ядро радиусом 3400 км, более легкую мантию толщиной 2900 км и кору толщиной под океанами 6 - 8 км, на континентах 30 – 50 км. Плотность Земли достаточно высокая и составляет 5,52 г/см(3). Состав земной коры по результатам исследований А. Е. Ферсмана (вес в %):
Кислород 49,13
Кремний 26,00
Алюминий 7,45
Железо 4,20
Кальций 3,25
Натрий 2,40
Калий 2,35
Магний 2,35
Водород 1,00
Земная кора преимущественно состоит из двух видов окислов: окислов кремния и окислов алюминия. Плотность пород здесь не превышает 3,3 г/см3. С глубиной в земной коре температура и давление возрастают. На каждые 100 метров в глубину температура возрастает в среднем на 3°С и на глубине 1 км температура около 30°С. Нижняя граница коры проводится по поверхности слоя Мохо. Состав расплава мантии представлен в основном окислами кремния (кремнезем) и алюминия (глинозем). Плотность пород в этой зоне около 3,3 г/см3.
До 20-го столетия ученые не знали ни возраста Земли, ни того, что ее облик во времени изменяется. В частности, физик лорд Кельвин подсчитал, что если Земля первоначально была раскаленным телом, то до современного состояния она должна была бы остывать 20 млн. лет, поэтому Земле 20 млн. лет. Такие представления были связаны с отсутствием точных методов оценки возраста горных пород. Лишь в 1905 году были проведены измерения абсолютного возраста горных пород по накоплению в них продуктов радиоактивного распада. Оказалось, что возраст Земли следует измерять миллиардами лет. Как показывают современные исследования, Земле 4,6 млрд. лет.
Облик планеты – Земля или концепция А. Вегенера.
Сегодня хорошо известно, что Земля постоянно меняет свой облик, но впервые об этом было сказано в 1915 году в книге немецкого ученого Альфреда Вегенера «Происхождение материков и океанов». Автор подверг сомнению существовавшие тогда представления об единообразии земной коры под океанами и континентами. Кроме того, он утверждал, что материки двигаются. Долгие годы теория немецкого ученого не признавалась. Его публично осмеивали известные исследователи, в частности, выдающийся физик и математик Х. Джеффрис утверждал, что теория Вегенера количественно неудовлетворительна и качественно неприемлема. Результаты исследований А. Вегенера были забыты, а континенты и кора вновь признавались неизменными. Толчком к изменению взглядов послужили исследования геолога Ф. Кюнен. Он подсчитал среднюю скорость накопления осадков на дне океанов. Оказалось, за время существования Земли там должны были накопиться осадки толщиной более 3-х километров. В реальности натурные наблюдения разочаровали исследователей, только в отдельных случаях дно имело осадки толщиной максимум несколько сот метров, но чаще осадки имели еще меньшую толщину. Коренные изменения во взглядах произошли во второй половине 20-го столетия после применения палеомагнитных методов исследований. Выяснилось, что полюса Земли неоднократно менялись местами и, кроме того, они двигались, причем для всех континентов по-разному. Другими словами, у каждого материка был свой полюс, но если допустить, что материки двигались, то полюса сливаются в одном месте. Именно палеомагнитные исследования окончательно подтвердили теорию А. Вегенера о движении континентов, но признание пришло лишь во второй половине 20-го столетия.
Считают, что 250 – 300 млн. лет назад в Меловом и Пермском периодах вся суша, как мы ее называем сегодня - Пангея, была единой. Об этом якобы свидетельствуют гигантские пустыни Пермотриаса. Позднее 180 – 200 млн. лет назад, в Триасе она разделилась на два громадных материка: Лавразию и Гондвану. В будущем Лавразия раскалывается на Северную Америку и Евразию, а Гондвана - на Южную Америку с Африкой и всё остальное. В конце Юрского периода (135 млн. лет назад) раскололась Африка с Южной Америкой и начался рост Атлантического океана. К началу Кайнозоя (70 млн. лет назад) Атлантика была большим водоемом, а Гренландия, Северная Америка и Евразия были еще вместе. Здесь сформировался свой специфический мир плацентарных животных, колонизировавших большую часть суши. В то время как в Австралии и Антарктиде, которые составляли в то время один материк, эволюция животных пошла своим путем, сформировав мир сумчатых животных.
И сейчас идет процесс изменения расположения материков Земли. Как считают, механизм этих изменений заключается в следующем. Земля опоясана разрывами земной коры или 50-80 тысячами километров рифтовых зон. В эти разрывы изливается подкоровый магматический материал и застывает в виде черных базальтовых хребтов, расталкивая края трещин, тем самым, раздвигая плиты материков. Именно поэтому нигде на всей Земле не найдено морского дна старше 200 млн. лет, т. е. оно не старше Юрского периода. Морское дно постоянно обновляется, а потому здесь и не накоплено толстых осадочных пород.
Современные концепции химии
Химия как раздел естествознания, изучает свойства веществ. Под веществом в химии подразумевается любое сочетание атомов и молекул, обладающих определенными свойствами и способных превращаться в другие вещества. Именно тайной состава веществ и их превращениями занимались и занимаются ученые на протяжение всей истории развития цивилизации. Вся история развития химии, следовательно и развития ее основных концепций может быть охарактеризована следующими направлениями.
Эволюция жизни на Земле.
По палеонтологическим исследованиям жизнь на планете Земля появилась около 3,8 млрд. лет назад. Первыми организмами были прокариотные гетеротрофные формы. Затем возникли автотрофы – синезеленые водоросли или цианобионты, преобразующие солнечную энергию при фотосинтезе в органическое вещество. Исследования также показывают, что жизнь на планете в качественном отношении во времени существенно изменялась.
Изучение истории развития жизни на Земле по палеонтологическим остаткам подтверждает эволюцию и смену типов жизни (эр, периодов и т. д.). Наблюдаемые изменения происходили из-за изменения условий жизни, обусловленных эволюцией самой Земли (формирования ядра, коры, вулканической деятельности, остывания и т. д.) и изменением условий определяемых вращением Земли вместе с солнечной системой вокруг центра Галактики. Это вращение проходит не по круговой орбите, а эллиптической. Земля в разных точках орбиты испытывает различное воздействие галактических гравитационных сил, которые в свою очередь вызывают изменение эндогенных процессов в той или иной мере изменяющих облик планеты, климат и историю жизни на ней.
Развитие органического мира в сочетании с тектоническими и другими факторами развития Земли (трансгрессии и регрессии моря, вулканическая деятельность, соотношение суши и моря и т. д.) послужили основой для выделения отрезков времени, образующих единую геохронологическую шкалу. Каждый из этих отрезков имеет свой специфический набор ископаемых организмов, позволяющий отличать один отрезок времени от другого. В то же время по ископаемым остаткам можно проследить этапы развития органической жизни на Земле.
Археозойский эон.
Продолжительность археозоя более 2100 млн. лет. В это время произошло формирование гидросферы, литосферы, атмосферы и биосферы. Ученые отмечают, что именно к этому времени можно отнести достоверные находки жизни. По итогам изотопного анализа предполагается, что возникновение первых наземных организмов произошло около 3,8 млрд. лет назад.
В это время на Земле появились первые безъядерные организмы – прокариоты, представленные бактериями и цианобионтами или как их чаще называют синезелеными водорослями. Остатки жизнедеятельности тех бактерий представлены сегодня железорудными месторождениями, фосфоритами, графитами, а синезеленых - известняками (строматолитами и онколитами).
Протерозойский эон.
Продолжительность протерозоя несколько меньше археозоя и составляет около 1800 млн. лет. Он подразделяется на ранний, средний и поздний протерозой. В его составе выделяют рифей продолжительностью 1000 млн. лет и венд продолжительностью 80 млн. лет. С эволюционных позиций сделан колоссальный шаг - в этом эоне появляются уже ядерные, в большинстве случаев одноклеточные грибы, растения и животные. Одновременно с этим получают развитие и организмы, зародившиеся в археозое. В течение протерозоя, особенно в рифее увеличилось разнообразие прокариотных организмов, бактерий и цианобионтов. Продукты жизнедеятельности их те же, но представлены они громадными глобальными толщами осадочных пород.
Вендский период.
Этот период продолжался около 80 млн. лет и его выделяют отдельно, т. к. в это время разнообразие цианобионтов, растений и растений резко возросло. Среди растений встречаются уже многоклеточные низшие формы, по-видимому, относящиеся к зеленым водорослям. Животные этого периода не имели минерального скелета. Среди животных этого времени встречаются губки, полипы и медузы, черви, членистоногие и иглокожие. Особенность вендского периода заключается в первом появлении и развитии мягкотелых безскелетных животных. В отдельных научных работах вендский период относят к фанерозою.
Фанерозойский эон.
Продолжительность фанерозоя около 570 млн. лет. Его начало совпадает с массовым появлением скелетной фауны, представленной почти всеми типами животных. Его делят на три эры: палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую.
Продолжительность палеозойской эры около 340 млн. лет. В данной эре выделяют несколько периодов: кембрийский, ордовикский, силурийский, девонский, каменноугольный и пермский. К ярким особенностям палеозоя относят и появление, и вымирание риниофитов – первых наземных растений, имевших ряд примитивных черт. Настоящие листья и корни у них отсутствовали. Функцию фотосинтеза осуществляли зачаточные листья, представлявшие собой выросты покровных тканей.
Среди животных, появившихся и вымерших в палеозое были археоциаты, близкие по уровню развития к губкам. Археоциаты - это одиночные и колониальные животные, оставившие после себя громадные толщи известняков, которые позднее в результате перекристаллизации образовали различные виды мрамора. Одна из самых интересных групп животных, вымерших в палеозое, это трилобиты - достаточно высокоорганизованные членистоногие и граптолиты, близкие по уровню организации к высокоорганизованным, вторичноротым животным – иглокожим. В палеозое появились такие широко распространенные сегодня животные как форамениферы, радиолярии, кораллы, насекомые, двустворчатые и брюхоногие моллюски, рыбы.
Продолжительность мезозойской эры около 185 млн. лет. В ней выделяют – триасовый, юрский и меловой периоды. В мезозое происходит дальнейший расцвет большинства форм, появившихся в палеозое: фораминифер, раковинных головоногих моллюсков, рептилий, наземных растений. В юрский период шел процесс интенсивного углеобразования, сравнимый, по своим масштабам, с каменноугольным.
Кайнозойскаяэра продолжается уже около 65 млн. лет. В ней выделяют палеогеновый период, продолжительностью около 40 млн. лет, неогеновый период – около 23 млн. лет и четвертичный период или антропогеновый - около 2 млн. лет.
Яркой особенностью кайнозоя является развитие покрытосеменных или цветковых растений и млекопитающих или плацентарных животных. В кайнозое развивались и приматы, эволюция которых завершилась образованием Человека разумного.
Антропогенез.
Впервые гипотезу о животном происхождении Человека от древних человекообразных обезьян в результате перехода к прямохождению высказал Ж.Б. Ламарк. Другой великий ученый того времени, основатель первой классификации живых организмов Земли, К. Линней отнес высших обезьян шимпанзе, гориллу и Человека даже к одному роду.
Сегодня представляется, что эволюция человека или антропогенез – это достаточно длительный процесс, начавшийся от примитивных обезьяноподобных форм. Самые древние находки предков человека, узконосых обезьян, близких к примитивным приматам, лемурам, встречаются в осадочных породах возрастом 40 млн. лет в Восточном Алжире. Достоверные находки фрагментов скелета высших человекообразных обезьян (в основном зубы) известны из пород миоцена возрастом в 20 – 9 млн. лет. Сегодня ученые – антропологи называют их дриопитеками (лесными обезьянами). Опираясь на наличие прогрессивных черт в их строении, они считают, что именно данные обезьяны были в основании эволюционной ветви, давшей в последствие Человека. Дриопитеки имели хорошее бинокулярное цветное зрение, хватательные задние и передние конечности, хорошо развитую центральную нервную систему.
Все эти прогрессивные черты, но в более развитом виде встречаются и у более поздней стадии эволюционной линии Человека – австралопитека (Australopithecus). Становление этих обезьян происходило 9 – 5 млн. лет назад. Эти приматы жили в эпоху, когда тропические леса Африки стали отступать на север и их место заняли саванны и сухие степи. Австралопитеки были стадными некрупными (до 50 кг) животными. Судя по строению их тазовых костей, они уже обладали двуногой походкой, но имели примитивные черты - строение зубов, маленький мозг и т. д. не позволяющие отнести их к роду Человека.
От австралопитеков, где-то около 2,5 млн. лет назад, отделилась ветвь, давшая начало роду человека. Представителей ветви назвали человек умелый (Homo habilis), поскольку они уже умели изготовлять примитивные орудия и имели достаточно большой мозг объемом 500 – 800 см3.
Многочисленные находки более поздних представителей линии человека (синантропа, питекантропа, человека гейдельбергского) называют человеком распрямленным (Homo erectus) или архантропом. Эти люди в период между 1,5-0,5 млн. лет назад жили везде кроме Америки и Австралии. Они были активными охотниками. Их рост составлял 165-170 см, а объем головного мозга был близок к объему мозга современного человека - 750-1300 см3. У архантропов, очевидно, развивалась речь, т.к. в их лобных долях полушарий имелся центр Брока, а в височных долях – центр Вернике, ответственных за понимание звуковых сигналов. Повреждение их у современных людей приводит к афазии – потере речи и ее понимания.
Антропологи наших дней считают, что формирование современных людей (Homo sapiens) произошло в Африке где-то около 100 тыс. лет назад. В Европу они проникли гораздо позднее, около 40 тыс. лет назад. Вообще палеонтологи склоняются к мысли, что вся эволюция Человека прошла в Африке, о чем и свидетельствуют многочисленные научные факты. В частности, изменчивость митохондриальной ДНК как наиболее показательного фактора эволюции. Согласно проведенных исследований, расселение по всему свету началось от небольшой группы людей, локализованных первоначально в районе северо-восточной, или (и) центральной Африки. По многим генетическим признакам получается, что общий предок Человека жил в тех местах около 90-100 тыс. лет назад и тогда же началось разделение людей на два ствола: большего – монголоидного и меньшего – европеоидно-негроидного. С того момента прошло достаточно много времени, обусловившего эволюцию Человека в отдельных регионах, и сегодня ученые уже выделяют 5 рас: европеоидов, монголоидов, негроидов, америнд или американских индейцев и австралоидов.
Развитие биологии.
В истории развития биологии можно выделить четыре основных этапа, систематики (К. Линней), эволюционный (Ч. Дарвин), биологии микромира (Г. Мендель) и биосферный(В.Вернадский).
Этап систематики.
Развитие биологии как науки началось еще в древнем Риме и Греции и долгие годы носило опис