4. Звезда в течение нескольких миллиардов лет не должна существенно менять своей светимости. И этому условию удовлетворяют большинство интересующих нас звезд.
5. Звезда не должна быть двойной или кратной, ибо в противном случае орбитальное движение планет было бы существенно отлично от кругового, и резкие, если не катастрофические, изменения температуры поверхности планеты исключили бы возможность развития на ней жизни. Другой, хотя и косвенный, но важный (и видимо, типичный для любой звездной системы) путь воздействия Галактики на происхождение и развитие жизни на Земле, -- возмущающее влияние притяжения звезд, проходящих в соседстве с Солнцем, на кометы из "свиты Солнца". На периферии Солнечной системы, возможно, движется до 1011 комет. Наша планета за свою историю испытала, по подсчетам ученых, около сотни столкновений с кометами; их суммарная масса могла составить достаточно заметную величину, равную примерно 1% массы земной атмосферы. Кометы богаты сложными химическими соединениями, включая органические, видимо, еще межзвездного происхождения, а также образовавшимися в период формирования солнечной системы. Их вклад в копилку первоначальной земной органики -- основы предбиологической эволюции -- мог быть существенным.
Совокупность свойств, наблюдаемых у нашей Вселенной (физическое состояние, химический состав, структура, расширение и связанное с ним красное смещение в спектрах далеких объектов), необходима для обеспечения возможности возникновения и существования в ней жизни. Итак, во Вселенной естественно возникают общие предпосылки для появления и развития жизни. Речь может и должна идти о жизни в тех ее рамках, в каких она известна нам. Именно поэтому специально обращалось внимание на необходимость для возникновения жизни предварительного образования во Вселенной С, О, N, Р и др., а также тяжелых элементов, без которых жизнь, во всяком случае известного нам типа, совершенно немыслима. Может быть, мы еще не заметили pоли и даже существования некоторых фундаментальных для жизни космических факторов, открытие которых в будущем существенно изменит наши представления о распространенности во Вселенной условий, в которых может появиться жизнь.
Земля вместе с Солнцем каждые 200--250 млн лет приближалась к центру Галактики, где, видимо, и тогда происходили мощные взрывы не очень понятного происхождения, следы каких наблюдаются и сейчас. Они воздействовали на всю систему взрывными волнами, потоками жестких космических лучей. Трудно сказать, каковы могли быть их влияния на Землю, но, например, длина галактического года подозрительно близка к периодичности великих оледенений истории Земли.
Молодую Землю заливали космические лучи солнечного и галактического (а возможно, и метагалактического) происхождения; она погружалась в газовые туманности, сброшенные при взрывах сверхновых звезд, которые вспыхивали в 100 раз чаще, чем ныне, так как количество дозвездного вещества в Галактике было много больше, т. е. и процесс звездообразования тел интенсивнее. Очень близкий взрыв сверхновой мог оказать и шоковое воздействие на биосферу Земли, особенно если бы он пришелся на период исчезновения геомагнитного поля, при смене его полярности. Говоря о космических факторах развития биосферы, не следует забывать, что с точки зрения астрофизики Земля, собственно, находится в атмосфере Солнца. Воздействие астрономических факторов могло иметь для жизни даже глобальный характер (например, выход температуры за допустимые границы; чрезмерное усиление радиационного потока, ультрафиолетового излучения). Это позволило поставить даже вопрос -- однократно ли возникала жизнь на Земле?
Выводы
1. Среди известных гипотез происхождения жизни наиболее распространены: креационизм, самопроизвольное возникновение, вечное существование, панспермия, биохимический путь.
2. Для научного изучения происхождения жизни необходимы, прежде всего, данные о физико-химических условиях на ранней Земле. Такие данные связаны как с геологической эволюцией планеты, так и с эволюцией химических элементов Солнечной системы и солнечной активностью.
3. Из большого числа химических элементов для жизни необходимы только 16, а водород, углерод, кислород и азот составляют почти 99% живой материи. Уникальными свойствами обладает углерод, и наша жизнь называется углеродной, или органической. Четырехвалентность углерода приводит к огромному числу его соединений, которыми занимается органическая химия. Углерод образует сложные молекулы, представляющие собой кольца и цепи, обеспечивающие разнообразие органических соединений.
4. Аминокислоты -- важный для жизни класс органических соединений. В живых организмах они используются для синтеза белков: растения могут синтезировать их из простых веществ, а в животные организмы они должны поступать с пищей, поэтому их называют незаменимыми. Из четырех нуклеотидов построены и другие крупные молекулы - нуклеиновые кислоты, тоже входящие в состав живой клетки. Нуклеиновые кислоты представляют собой двухцепочные молекулы.
5. Современные научные гипотезы происхождения жизни связаны с образованием в определенных условиях более сложноорганизованных молекул -коагулянтов, гелей коацерватов. У этих коллоидных образований, как считали Опарин и Холдейн, на поверхности могут происходить процессы, напоминающие метаболизм живых организмов. Коацерваты способны делиться на части, увеличиваться в размерах, поглощать более простые молекулы. Гипотеза Опарина--Холдейна проверялась на установке Меллера, где искровой разряд пропускался через смесь метана, аммиака, водорода и воды, что имитировало условия первичной Земли. Были синтезированы простейшие аминокислоты. Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самопроизводящие системы, построенные из биополимеров -- белков и нуклеиновых кислот.
IV. Человек: здоровье, эмоции, творчество, работоспособность, биоэтика.
Человек есть мера всем вещам -- существованию -- существующих и несуществованию -- несуществующих.
Протагор (V в. п. до н.э.)
1. Физиология человека
Физиология человека как наука о жизнедеятельности здорового организма человека и функциях его составных частей: клеток, тканей, органов и систем -- зародилась в XVIII столетии. Основоположником физиологии как самостоятельной отрасли знаний является английский ученый Уильям Гарвей, описавший большой и малый круги кровообращения и 1628 г. Физиология человека базируется на функционировании основных систем организма людей, таких как кровеносная, лимфатическая, пищеварительная, нервная, дыхательная и др. Физиологи Д. Эклс, А. Хаксли, А. Ходжкин ycтановили, что ионные механизмы важнейших физиологических процессов -- возбуждения и торможения, за что были отмечены Нобелевской премией (1963 г). Как известно, нервы и мышцы относятся к возбудимым образованиям. Это значит, в ответ на раздражение в них возникают различные электрические потенциалы. Согласно ионно-мембранной теории биоэлектрических потенциалов, созданной в середине XX в. А. Ходжкиным, Э. Хаксли, Б. Катцом, они обусловлены неодинаковой концентрацией ионов К+, Na+, Сl- внутри и вне клетки и различной проницаемостью для них поверхностной мембраны. Позже были открыты медиаторы (нейротрансмиттеры), что легло в основу учения о химическом механизме передачи нервного импульса.
Разработка И. П. Павловым учения об условных рефлексах позволило ему не только получить подтверждение сформированной И.М. Сеченовым концепции о зависимости всех функций организма от окружающей среды, но и создать новое учение -- физиологию высшей нервной деятельности человека и животных.
Организм и окружающая среда -- это единая система, так между ними происходит непрерывный обмен веществом и энергией (рис.1). Энергия необходима организму для поддержания всех его жизненно важных функций. Она выделяется за счет окисления сложных органических соединений, т. е. белков, жиров и углеводов. Резервирование энергии происходит в основном в виде макроэргических связей АТФ (адезонинтрифосфорной кислоты).
ПРИХОД ВЕЩЕСТВ Белки, жиры и углеводы пищи-белки, жиры и углеводы каловых масс | ПРИХОД ЭНЕРГИИ С пищевыми продуктами |
Ассимиляция ОБМЕН ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ диссимиляция |
РАСХОД ВЕЩЕСТВ Расщепление белков до H2O и CO2 и азотосодержащих веществ; жиров до H2O и CO2; углеводов до H2O и CO2 | РАСХОД ЭНЕРГИИ деятельность внутренних органов и двигательная активность |
Рис. 1. Понятие об обмене веществ и энергии
АТФ -- это универсальный источник энергии в организме человека. Высвобождение энергии происходит за счет гидролиза АТФ, связанного с разрывом химической связи концевой фосфатной группы. Часть этой энергии выделяется в виде теплоты, необходимой для теплорегуляции. Так, при сокращении мышц около 80% энергии теряется в виде тепла и только 20% превращается в механическую работу.
27
Рис. 2. Принципиальная схема превращения энергии в организме
На рисунке 2 показана принципиальная схема превращения энергии в организме.
Процессы обмена веществ, происходящие на клеточном и тканевом уровнях в организме человека, называют метаболизмом. Он состоит из двух противоположных процессов: анаболизма и катаболизма. Анаболизм -- это процесс биосинтеза органических веществ, которые обеспечивают рост, развитие организма, обновление его структур и накопление структурной энергии. Катаболизм -- это процесс расщепления или окисления сложных молекул до простых веществ с выделением энергии и резервированием ее в виде АТФ. Эти процессы обеспечивают в организме белковый, углеводный и жировой обмены.
Белки -- это биополимеры, в состав которых входят около 20 аминокислот, содержащих азот. Функции белков многообразны: пластическая (строительная), энергетическая, транспортная, ферментативная и др. При сгорании 1 г белка в организме высвобождается 4,1 ккал энергии. Суточная потребность человека в белках не менее 85--90 г.
Жиры -- это эфиры высших жирных кислот и глицерина. Важнейшие их функции -- энергетическая и структурная. Так, при сгорании в организме 1 г жира высвобождается 9,3 ккал энергии. В сутки потребность человека в жирах составляет от 80 до 100 г. Жиры депонируются в организме в подкожной жировой клетчатке и в оболочках вокруг внутренних органов.
Углеводы -- это вещества сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. Их можно условно разделить на 3 класса соединений: моносахариды (глюкоза); дисахариды (мальтоза); полисахариды (крахмал). Они выполняют энергетическую и пластическую функции, а также входят в состав нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и АТФ. Потребность в углеводах составляет в сутки 350--450 г. Запасы углеводов в организме человека в виде животного крахмала -- гликогена - имеются в печени и в скелетных мышцах.
Таким образом, соотношение в пищевом рационе основных питательных веществ составляет 1:1:4 (белков: жиров: углеводов).
В состав пищи входят также вода, минеральные (неорганические) вещества и витамины. Витамины -- это особая группа веществ, не синтезируемых вовсе или синтезируемых в малых количествах в организме человека. Они необходим для нормального обмена веществ, роста, развития человека, поддержания его здоровья. Все витамины подразделяю на водо- и жирорастворимые. К первой группе относятся витамин С, витамины группы В. Они содержатся, в основном продуктах растительного происхождения (овощах, фруктах). Источником жирорастворимых витаминов (A, D, Е и К) является пища животного происхождения (молоко, яйца, мясо, печень). Некоторые витамины (К и В12) синтезируются микрофлорой кишечника. Недостаточные поступления витаминов в организм сопровождается различными заболеваниями (авитаминозы).
В состав внутренней среды организма входят кровь, лимфа и тканевая жидкость. Она обладает динамическим постоянством констант -- гомеостазом, являющимся условием независимого существования организма человека.
Функциями кровеносной системы являются следующие:
поддержание гомеостаза;
транспортная (перенос газов, питательных веществ, продуктов их метаболизма);
терморегуляторная;
защитная (участие в иммунных реакциях);
экскреторная (выделительная) и другие.
Объем крови в организме человека составляет 4--6 л (или 6--8% от массы тела). Всего 40--45% крови движется по сосудам (в норме); при нагрузке на организм кровь выходит из депо (селезенки, печени, легких) и ее обмен увеличивается. Система кровообращения человека -- это сердце и замкнутая система кровеносных сосудов, включающая артерии, вены, капилляры. Благодаря сокращениям сердца кровь поступает в артерии, вены, капилляры. Сокращаясь, сердце выбрасывает порцию крови (70 мл) в артерии, при расслаблении в него вливается кровь из вен. Капилляры образуют густую сеть длиной 200 000 км. Масса сердца колеблется в пределах 200--400 г, по объему оно сопоставимо с кулаком. Сердце сокращается ритмично со средней частотой 75 раз в минуту. Объем крови, перекачиваемой сердцем за 1 минуту, составляет 6 л, но может достигать и 30 л/мин, если человек находится в состоянии возбуждения или выполняет большую физическую нагрузку. В нормальных условиях у взрослого человека максимальное (систологическое) давление крови в плечевой артерии составляет 110--125 мм рт. ст., а минимальное (диетологическое) -- 70--85 мм рт. ст.
Система лимфообращения осуществляет постоянный остаток межтканевой жидкости по направлению к сердцу. Лимфа служит для поддержания объема и состава тканевой жидкости, всасывания и переноса питательных веществ из пищеварительного канала в венозную систему, а также для участия в иммунных реакциях организма посредством доставки лимфоцитов, антител и др. Лимфа поддерживает белковое постоянство крови. Ее движению способствуют ритмические сокращения стенок лимфатических сосудов и отрицательное (присасывающее) внутригрудное давление.
Основная функция органов дыхания -- обеспечение тканей организма человека кислородом и освобождение их от углекислого газа. Внутриклеточное дыхание обеспечивает освобождение энергии, необходимой для поддержания процессов жизнедеятельности. Образующийся при этом углекислый газ (СО2) переносится кровью к легким и удаляется с выдыхаемым воздухом. Дыхание происходит непрерывно и автоматически благодаря нервным импульсам, поступающим из дыхательного центра, расположенного в продолговатом мозге. Несмотря на автоматизм дыхательного цикла, его работа контролируется корой больших полушарий. Взрослый человек в нормальном состоянии за один дыхательный цикл вдыхает и выдыхает в среднем около 500 см3 воздуха, а при дополнительном (после нормального вдоха) максимальном вдохе можно вдохнуть еще 1500--3000 см3 воздуха. Жизненная емкость легких равна суммарной величине дыхательного и дополнительного объемов вдоха и выдоха (3-5 л) (рис.3).
Пищеварительная система человека осуществляет механическую и химическую переработку пищи для всасывания питательных веществ через стенки пищеварительного тракта и поступления их в кровь и лимфу. В пищеварительном аппарате происходят сложные физико-химические превращения пищи: от формирования пищевого комка в ротовой полости до всасывания и удаления непереваренных ее остатков. Эти процессы осуществляются в результате двигательной, всасывающей и секреторной функций системы органов пищеварения. Все пищеварительные функции регулируются нервным и гуморальным путем. Нервные центры, регулирующие функции пищеварения, находятся в разных отделах головного мозга (продолговатый мозг, гипоталамус и кора головного мозга), а гормоны большей частью образуются в самом желудочно - кишечного тракте.
К выделительным органам относятся почки, кожа, потовые, сальные железы, легкие. Функции почек многообразны:
1) участие в регуляции водного баланса организма;
2) участие в постоянстве ионного баланса;
3) регуляция осмотического давления во внутренней среде организма;
4) поддержание кислотно-щелочного равновесия и др.
Основная функция почек -- удаление из организма вредных и чужеродных для него веществ путем образования и выведения мочи. Почки каждую минуту пропускают более 1 л крови, а всего ими за сутки фильтруется и очищается 1700 л крови. Моча выделяется в количестве 1--1,5 л в сутки. В норме у здорового человека моча содержит только вредные продукты метаболизма и не должна содержать глюкозу и белок.
Наряду с нервной регуляцией функций в организме человека существует гуморальная (гормональная) регуляция с помощью биологически активных веществ -- гормонов. Нервная и гуморальная регуляции функций в организме взаимосвязаны. Гормоны в организме человека влияют на следующие процессы:
1. обмен веществ и энергии;
2. рост и развитие;
3. размножение;
4. адаптация.
Гормоны -- это биологически активные вещества, вырабатываемые специальными железами внутренней секреции, не имеющими специальных протоков. Они поступают прямо в кровь и регулируют функции органов -- мишеней. Все железы внутренней секреции делятся на центральные и периферические. К центральным железам относятся гипофиз и эпифиз. Гипоталамус как структура промежуточного мозга выделяет вещества, обладающие гормональной активности. Периферическими железами являются щитовидная, половые, поджелудочная, надпочечники и тимус.
Нервная система обеспечивает взаимодействие организма с внешней средой и регулирует работу всех органов и систем организма. Она подразделяется на соматическую и вегетативную, а они, в свою очередь, на центральную и периферическую. Центральная нервная система состоит из спинного и головного мозга. Структурно-функциональной единицей нервной системы является нервная клетка -- нейрон. Соматическая нервная система обеспечивает чувствительную и двигательную функции, а вегетативная -- иннервирует все внутренние органы и железы, обеспечивая регуляцию питания, дыхания, выделения, размножения.
Особый раздел физиологии занимается изучением материальных основ психической деятельности человека. Он появился благодаря работам И. М. Сеченова и И. П. Павлова, создавших учение о безусловных и условных рефлексах как двух различных формах поведения человека. Безусловные рефлексы -- видовые, генетически закрепленные, стереотипные формы поведения человека. Они возникают сразу, не нуждаются в выработке (например, врожденные ты вые и оборонительные рефлексы). Условные рефлексы- индивидуально приобретенные в процессе жизни и обучения приспособительные реакции, возникающие на основе образования временной связи между условным раздражителем и безусловно-рефлекторным актом. Данный раздел науки изучает такие сложные проявления психики человека, как сознание, внимание, память, эмоции, мышление и другие. Это высшие психические функции.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
