Развитие естествознания в XVIII-XIX вв. Космологические модели Вселенной. Происхождение человека

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Тихоокеанский государственный университет»

Кафедра: «Физики»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Дисциплина: «Концепции современного естествознания»

Развитие естествознания в XVIII - XIX вв. Космологические модели Вселенной. Происхождение человека

Хабаровск 2010

План

1. Развитие естествознания в XVIII - XIX вв.

1.1 Космогоническая теория Канта - Лапласа

1.2 Закон сохранения и превращения энергии

1.3 Клеточное строение растений и животных

1.4 Эволюционная теория Дарвина

1.5 Периодическая система элементов Менделеева

2. Космологические модели Вселенной

3. Происхождение человека

3.1 Эволюция примата

3.2 Эволюция человека

Список используемой литературы

1. Развитие естествознания в XVIII - XIX вв.

В процессе изучения природы сложились два несовместимых метода, имеющих всеобщий характер: диалектический и метафизический. В метафизическом методе объекты и явления окружающего мира рассматриваются изолированно друг от друга, без учета их связей и как бы в застывшем, фиксированном состоянии. Диалектический подход, наоборот, предполагает изучение объектов, явлений в их взаимодействии, с учетом процессов их изменения и развития. До середины XVIII в. господствовал метафизический метод познания природы. В результате открытий в области естествознания во второй половине XVIII в. - первой половине XIX в. был вскрыт диалектический характер явлений. К этим открытиям относится космогоническая теория Канта - Лапласа, эволюционная теория Дарвина, клеточное строение растений и животных, закон сохранения и превращения энергии, периодическая система элементов Менделеева, на которых остановимся подробнее.

1.1 Космогоническая теория Канта - Лапласа

Исходная позиция Канта -- несогласие с выводом Ньютона о необходимости божественного «первотолчка» для возникновения орбитального движения планет. По Канту, происхождение тангенциальной составляющей непонятно до тех пор, пока Солнечная система рассматривается как неизменная, данная, вне ее истории. Но достаточно допустить, что межпланетное пространство в отдаленные времена было заполнено разреженной материей, простейшими, элементарными частицами, определенным образом взаимодействующими между собой, то появляется реальная возможность на основе физических закономерностей объяснить, не прибегая к помощи божественных сил, происхождение и строение Солнечной системы.

Однако Кант -- не атеист, признает существование Бога, но отводит ему только одну роль -- создание материи в виде первоначального хаоса с присущими ей закономерностями. Все дальнейшее развитие материи осуществляется естественным образом, без вмешательства Бога.

В философском отношении позиция П. Лапласа была еще более радикальна. Отвечая на вопрос Наполеона, внимательно изучавшего его работы, какое место в созданной им космогонической концепции отведено Богу, Лаплас гордо заявил: «Я не нуждаюсь в этой гипотезе!» Такая позиция ученого прямо вытекала из результатов его исследований популярной в XVIII в. проблемы устойчивости Солнечной системы.

Опираясь на новый, мощный аналитический аппарат механики, Лаплас пришел к выводу, что, поскольку, во-первых, все планеты вращаются в одном направлении,

Во-вторых, их орбиты имеют весьма малые эксцентриситеты и мало отличаются от окружностей и, в-третьих, так как их взаимные наклонения и наклонения к эклиптике имеют незначительные величины, то всеобщего тяготения достаточно для сохранения Солнечной системы. Всеобщее тяготение позволяет изменяться формам и наклонениям орбит, но только в определенных пределах; эти изменения носят периодический характер и по истечении определенного времени возвращаются к своему среднему состоянию.

Обобщение результатов исследований устойчивости Солнечной системы привели Лапласа к формулировке одной из ключевых методологических установок классической физики (лапласовского детерминизма). Согласно этой установке все элементы природы связаны между собой причинно-следственными связями таким образом, что, зная в определенный момент координаты каждого элемента, можно абсолютно однозначно предсказать положение этого элемента через любой промежуток времени; иначе говоря, мир есть грандиозная механическая система, в которой случайность если существует, то не оказывает никакого значительного воздействия на протекание природных процессов.

Основные силы, привлекаемые Кантом для объяснения развития материи: притяжение (гравитационное тяготение); отталкивание (по аналогии с газами); химическое соединение (различие частиц по плотности). В результате действия этих трех фундаментальных сил осуществлялось, по мнению Канта, развитие материи, создавались начальные неоднородности в распределении плотности материи.

Различием частиц по плотности обусловлено возникновение сгущений, которые стали центрами притяжения более легких элементов, притягиваясь в то же время к более плотным сгущениям. Но благодаря наличию силы отталкивания этот процесс сгущения не привел к концентрации материи в одном месте. Взаимодействие, борьба силы отталкивания и силы притяжения определяют возможность длительного развития мира. Движения частиц, направленные к центральному сгущению, наталкиваясь на действие силы отталкивания, превращались в вихревые движения вокруг этих сгущений. В процессе вращения вихрей большое количество частиц падало на центр сгущения, увеличивая его массу, сообщая ему взаимное движение и нагревая его. Так Кант объясняет возникновение Солнца и звезд.

В своей концепции Кант дает объяснение следующим особенностям Солнечной системы: эллиптической форме орбит; отклонению орбитальных плоскостей планет от плоскости солнечного экватора; обратной зависимости масс и объемов планет от степени их удаления от Солнца; неодинаковому числу спутников у различных планет, наличию колец у Сатурна и др. Кант не ограничился построением модели развития лишь Солнечной системы. Он распространяет свои принципы на объяснение развития Вселенной в целом, понимаемой им как иерархически организованная сверхсистема галактик. Развитие Вселенной, по Канту, это процесс, который имеет начало, но не имеет конца. В каждый момент времени происходит образование новых космических систем на все более далеких расстояниях от центра -- места, где этот процесс начался (предположительно в районе Сириуса). В старых областях Вселенной космические системы постепенно разрушаются и гибнут. Правда, на месте погибших систем могут возникнуть новые: на потухшие солнца падают замедлившиеся планеты и кометы и вновь нагревают их.

Сформулированная в космогонии идея развития природы во второй половине XVIII -- первой половине XIX в. постепенно переходит в геологию и биологию.

1.2 Закон сохранения и превращения энергии

В первой половине XIX в. постепенно вызревает и утверждается идея единства различных типов физических процессов, их взаимного превращения. Изучение процесса превращения теплоты в работу и обратно, установление механического эквивалента теплоты сыграли основную роль в открытии закона сохранения и превращения энергии. Все большее место в физических исследованиях занимали исследования взаимопревращения различных форм движения. Исследования химических, тепловых, световых действий электрического тока, изучение его моторного действия, процессов превращения теплоты в работу и т.д. -- все это способствовало возникновению и развитию идеи о взаимопревращаемости «сил» природы. Энергия не возникает из ничего и не уничтожается, она лишь переходит из одного вида в другой -- так гласит закон сохранения и превращения энергии.

Эту идею в первой половине XIX в. все чаще высказывали ученые, и нужен был один шаг, чтобы эта идея оформилась в физический закон. Этот шаг в 1840-х гг. был сделан многими учеными. Основную роль в установлении закона сохранения и превращения энергии сыграли: немецкий врач Р. Майер, немецкий ученый Г. Гельмгольц и англичанин Дж. Джоуль -- манчестерский пивовар, занимавшийся изобретательством и физическими исследованиями.

Значение этого закона выходило далеко за пределы физики и касалось всего естествознания. Наряду с законом сохранения масс этот закон, выражая принцип неуничтожимости материи и движения, образует краеугольный камень материалистического мировоззрения естествоиспытателей. Логическим его развитием и обобщением выступал принцип материального единства мира.

1.3 Клеточное строение растений и животных

Первым человеком, увидевшим клетки, был английский учёный Роберт Гук (известный нам благодаря закону Гука). В 1663 году, пытаясь понять, почему пробковое дерево так хорошо плавает, Гук стал рассматривать тонкие срезы пробки с помощью усовершенствованного им микроскопа. Он обнаружил, что пробка разделена на множество крошечных ячеек, напомнивших ему монастырские кельи, и он назвал эти ячейки клетками (по-английски cell означает «келья, ячейка, клетка»). В 1674 году голландский мастер Антоний ван Левенгук (Anton van Leeuwenhoek, 1632--1723) с помощью микроскопа впервые увидел в капле воды «зверьков» -- движущиеся живые организмы. Таким образом, уже к началу XVIII века учёные знали, что под большим увеличением растения имеют ячеистое строение, и видели некоторые организмы, которые позже получили название одноклеточных. Однако клеточная теория строения организмов сформировалась лишь к середине XIX века, после того как появились более мощные микроскопы и были разработаны методы фиксации и окраски клеток. Её основоположником был Рудольф Вирхов, однако в его идеях присутствовал ряд ошибок: так, он предполагал, что клетки слабо связаны друг с другом и существуют каждая «сама по себе». Лишь позднее удалось доказать целостность клеточной системы.

Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерий имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни.

Современная клеточная теория включает следующие основные положения:

1. Клетка -- элементарная единица живого, основная единица строения, функционирования, размножения и развития всех живых организмов.

2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов имеют общее происхождение и сходны по своему строению и химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.

3. Размножение клеток происходит путем их деления. Новые клетки всегда возникают из предшествующих клеток.

В XVIII веке совершаются первые попытки сопоставления микроструктуры клеток растений и животных. К.Ф. Вольф в работе «Теории зарождения» (1759) пытается сравнить развитие микроскопического строения растений и животных. По Вольфу, зародыш как у растений, так и у животных развивается из бесструктурного вещества, в котором движение создают каналы (сосуды) и пустоты (клетки). Фактические данные, приводившиеся Вольфом, были им ошибочно истолкованы и не прибавили новых знаний к тому, что было известно микроскопистам XVII века. Однако теоретические представления в значительной мере предвосхитили идеи будущей клеточной теории.

Линк и Молднхоуэр устанавливают наличие у растительных клеток самостоятельных стенок. Выясняется, что клетка есть некая морфологически обособленная структура. В 1831 году Моль доказывает, что даже такие, казалось бы, неклеточные структуры растений, как водоносные трубки, развиваются из клеток.

Мейен в «Фитотомии» (1830 г.) описывает растительные клетки, которые «бывают или одиночными, так что каждая клетка представляет собой особый индивид, как это встречается у водорослей и грибов, или же, образуя более высоко организованные растения, они соединяются в более и менее значительные массы». Мейен подчёркивает самостоятельность обмена веществ каждой клетки.

В 1831 году Роберт Браун описывает ядро и высказывает предположение, что оно является составной частью растительной клетки.

Развитие представлений о микроскопическом строении тканей животных связано прежде всего с исследованиями Пуркинье, основавшего в Бреславле свою школу. Пуркинье и его ученики выявили в первом и самом общем виде микроскопическое строение тканей и органов млекопитающих (в том числе и человека). Пуркинье и Валентин сравнивали отдельные клетки растений с частными микроскопическими тканевыми структурами животных, которые Пуркинье чаще всего называл «зернышками» (для некоторых животных структур в его школе применялся термин «клетка»). В 1837 г. Пуркинье выступил в Праге с серией докладов. В них он сообщил о своих наблюдениях над строением желудочных желёз, нервной системы и т. д. В таблице, приложенной к его докладу, были даны ясные изображения некоторых клеток животных тканей. Тем не менее установить гомологию клеток растений и клеток животных Пуркинье не смог:

· во-первых, под зёрнышками он понимал то клетки, то клеточные ядра;

· во-вторых, термин «клетка» тогда понимался буквально как «пространство, ограниченное стенками».

Второй школой, где изучали микроскопическое строение животных тканей, была лаборатория Иоганнеса Мюллера в Берлине. Мюллер изучал микроскопическое строение спинной струны (хорды); его ученик Генле опубликовал исследование о кишечном эпителии, в котором дал описание различных его видов и их клеточного строения.

Классические исследования Теодора Шванна, заложили основание клеточной теории. На работу Шванна оказала сильное влияние школа Пуркинье и Генле. Шванн нашёл правильный принцип сравнения клеток растений и элементарных микроскопических структур животных. Шванн смог установить гомологию и доказать соответствие в строении и росте элементарных микроскопических структур растений и животных.

Основная идея клеточной теории -- соответствие клеток растений и элементарных структур животных -- была чужда Шлейдену. Он сформулировал теорию новообразования клеток из бесструктурного вещества, согласно которой сначала из мельчайшей зернистости конденсируется ядрышко, вокруг него образуется ядро, являющееся образователем клетки (цитобластом). Однако эта теория опиралась на неверные факты.

В 1838 году Шванн публикует 3 предварительных сообщения, а в 1839 году появляется его классическое сочинение «Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений», в самом заглавии которого выражена основная мысль клеточной теории:

· В первой части книги он рассматривает строение хорды и хряща, показывая, что их элементарные структуры -- клетки развиваются одинаково.

· Во второй части книги сравниваются клетки растений и клетки животных и показывается их соответствие.

· В третьей части развиваются теоретические положения и формулируются принципы клеточной теории.

С 1840-х века учение о клетке оказывается в центре внимания всей биологии и бурно развивается, превратившись в самостоятельную отрасль науки -- цитологию.

В это время изменяется представление о составе клетки. Выясняется второстепенное значение клеточной оболочки, которая ранее признавалась самой существенной частью клетки, и выдвигается на первый план значение протоплазмы (цитоплазмы) и ядра клеток (Моль, Кон, Л. С. Ценковский, Лейдиг, Гексли), что нашло своё выражение в определении клетки, данном М. Шульце в 1861 г.:

Клетка -- это комочек протоплазмы с содержащимся внутри ядром.

В 1861 году Брюкко выдвигает теорию о сложном строении клетки, которую он определяет как «элементарный организм», выясняет далее развитую Шлейденом и Шванном теорию клеткообразования из бесструктурного вещества (цитобластемы). Обнаружено, что способом образования новых клеток является клеточное деление, которое впервые было изучено Молем на нитчатых водорослях. В опровержении теории цитобластемы на ботаническом материале большую роль сыграли исследования Негели и Н. И. Желе.

Деление тканевых клеток у животных было открыто в 1841 г. Ремарком. Выяснилось, что дробление бластомеров есть серия последовательных делений (Биштюф, Н. А. Келликер).

В развитии клеточной теории в XIX веке остро встают противоречия, отражающие двойственный характер клеточного учения, развивавшегося в рамках механистического представления о природе. Уже у Шванна встречается попытка рассматривать организм как сумму клеток. Эта тенденция получает особое развитие в «Целлюлярной патологии» Вирхова (1858 г.).

Работы Вирхова оказали неоднозначное влияние на развитие клеточного учения:

· Клеточная теория распространялась им на область патологии, что способствовало признанию универсальности клеточного учения. Труды Вирхова закрепили отказ от теории цитобластемы Шлейдена и Шванна, привлекли внимание к протоплазме и ядру, признанными наиболее существенными частями клетки.

· Вирхов направил развитие клеточной теории по пути чисто механистической трактовки организма.

· Вирхов возводил клетки в степень самостоятельного существа, вследствие чего организм рассматривался не как целое, а просто как сумма клеток.

1.4 Эволюционная теория Дарвина

Впервые термин «эволюция» (от лат. evolutio - развертывание) был использован в одной из эмбриологических работ швейцарским натуралистом Шарлем Боннэ в 1762 г. В настоящее время под эволюцией понимают происходящий во времени необратимый процесс изменения какой-либо системы, благодаря чему возникает что-то новое, разнородное, стоящее на более высокой ступени развития.

Особый смысл приобретает понятие эволюции в естествознании, где исследуется преимущественно биологическая эволюция. Биологическая эволюция - это необратимое и в известной степени направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, формированием адаптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованиями биогеоценозов и биосферы в целом. Иными словами, под биологической эволюцией следует понимать процесс приспособительного исторического развития живых форм на всех уровнях организации живого.

Теория эволюции была разработана Ч. Дарвиным (1809-1882) и изложена им в книге «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (1859).

В конце 20-х годов ХIХ века русский эмбриолог К. М. Бэр (1792-1870) установил основные типы эмбрионального развития и доказал, что все позво-ночные животные развиваются по единому плану (впоследствии обобщения Бэра были названы Ч. Дарвиным «законом зародышевого сходства» и использовались им для доказательства эволюции). Замечательным признаком зародышевого сходства является, например, наличие жаберных щелей у зародышей всех позвоночных, включая человека.

Страницы: 1, 2