Объекты макромира

Макротела (вещество).При определенных условиях однотипные атомы и молекулымогут собираться в огромные совокупности – макроскопические тела (вещество). Вещество –вид материи; то, из чего состоит весь окружающий мир. Вещества состоят из мельчайших частиц – атомов, молекул, ионов, элементарных частиц, имеющих массу и находящихся впостоянном движении и взаимодействии. Существует огромное множество веществ, различных по составу и свойствам. Каждый день ученые-химики осуществляют синтез новых соединений,и к настоящему времени зарегистрировано более 10 млн различных веществ, среди которыхбольшую долю составляют вещества, полученные искусственно. Вещества делятся на простые, сложные, чистые, неорганические и органические. Свойства веществ можно объяснить и предсказать на основе их состава и строения.

Простоевещество состоит из частиц (атомов или молекул), образованных атомами одного химического элемента, например, О₂– кислород, О₃– озон,S– сера,Ne– неон.

Сложноевещество состоит из частиц, образованных атомами различных химических элементов, например,H₂SО₄– серная кислота,FeS– сульфид железа, СН₄– метан.

Чистое вещество – вещество, состоящее из одинаковых частиц (молекул, атомов, ионов),обладающее определенными специфическими свойствами. Для очистки веществ от примесей используют различные методы: перекристаллизацию, дистилляцию, фильтрование.

Неорганическиевещества – это химические соединения, образуемые всеми химическимиэлементами (кроме соединений углерода, относящихся к органическим веществам). Неорганические вещества образуются на Земле и в космосе под воздействием природных физико-химических факторов. Известно около 300 тыс. неорганических соединений. Они образуют практически всю литосферу, гидросферу и атмосферу Земли. В их состав могут входить атомы всех химических элементов, известных в настоящее время, в различных сочетаниях и количественных соотношениях. Кроме того, огромное количество неорганических веществ получают в научных лабораториях и на химических предприятиях искусственно. Все неорганические вещества делятся на группы со сходными свойствами (классы неорганических соединений).

Органические вещества – это соединения углерода с некоторыми другими элементами: водородом, кислородом, азотом, серой. Из соединений углерода к органическим веществам не относятся оксиды углерода, угольная кислота и ее соли, являющиеся неорганическими соединениями. Название “органические” эти соединения получили в связи с тем, что первые представители этой группы веществ были выделены из тканей организмов. Долгое время считалось, что подобные соединения нельзя синтезировать в пробирке, вне живого организма. Однако в первой половине XIX в. ученым удалось получить искусственно вещества, которые ранее извлекали только из тканей животных и растений или продуктов их жизнедеятельности: мочевину, жир и сахаристое вещество. Это послужило доказательством возможности искусственного получения органических веществ и началом новых наук – органической химии и биохимии. Органические вещества обладают рядом свойств, отличающих их от неорганических веществ: они неустойчивы к действию высоких температур; реакции с их участием протекают медленно и требуют особых условий. К органическим соединениям относятся нуклеиновые кислоты, белки, углеводы, липиды, гормоны, витамины и многие другие вещества, играющие основную роль в построении и жизнедеятельности растительных и животных организмов. Пища, топливо, многие лекарства, одежда – все это состоит из органических веществ. В настоящее время известно более 10 млн органических соединений, имеющих природное происхождение, кроме того, буквально ежедневно в мире производится искусственный синтез органических веществ, для многих из которых пока не найдена область практического применения.

В макромире существует еще одна форма существования материи – поле.

Поле– особая форма материи, представляющая собой взаимодействия соответствующих частиц.

Выделяют электрические, магнитные, электромагнитные, гравитационные поля и поляядерных сил. Подробно свойства полей будут рассмотрены в следующих разделах.

На макроуровне жизнь всегда представлена в виде дискретных индивидуумов. Это в равной мере присуще микроорганизмам, растениям, грибам и животным, хотя в указанныхцарствах индивиды имеют различное морфологическое содержание. Так, одноклеточные состоят из ядра, цитоплазмы, множества органелл и мембран, макромолекул и т. д. Сложность индивидуума многоклеточных во много раз выше, поскольку он образован из миллионов и миллиардов клеток. Но и одноклеточная, и многоклеточная особи обладают системной организацией и регуляцией и выступают как единое целое. Индивид (индивидуум, особь) – элементарная неделимая единица жизни на Земле. Разделить индивид на части без потери “индивидуальности” невозможно. Конечно, в ряде случаев вопрос об определении границ индивида,особи не столь прост и очевиден. С эволюционной точки зрения индивидуумом следует считать все морфофизиологические единицы, происходящие от одной зиготы, гаметы, споры, почки и индивидуально подлежащие действию элементарных факторов. На онтогенетическом уровне единицей жизни служит индивид с момента ее возникновения до смерти. Через оценку индивидуумав процессе естественного отбора происходит проверка жизнеспособности данного генотипа. Индивиды в природе не абсолютно изолированы друг от друга, а объединены более высоким рангом биологической организации на популяционно-видовом уровне.

Вид – это группа скрещивающихся между собой организмов, которые не могутскрещиваться с представителями других таких групп. На Земле существует 500 тыс. видоврастений и 1,5 млн видов животных, в том числе позвоночных – 70 тыс., птиц – 16 тыс.,млекопитающих – 12 540 видов.

Сущность биологической концепции вида заключается в признании того, что виды реальны, состоят из популяций, а все особи вида имеют общую генетическую программу, которая возникла в ходе предшествующей эволюции. Виды определяются не столько различиями, сколько обособленностью. Из биологической концепции вида вытекают критерии, позволяющие отличать один вид от другого:

1)    морфологический– характеристика особенностей строения, совокупность его признаков. Очень важно для вида обнаружение разрыва в непрерывном изменении признака;

2)    генетический – утверждает, что каждый вид имеет свойственный ему набор хромосом,характеризующийся определенным числом, структурой и дифференциальной окраской;

3)    эколого-географический– включает как ареал обитания, так и непосредственную среду обитания вида – его экологическую нишу;

4)    биохимический – специфичность строения органических соединений клеток и тканей;

5)    этологический– особенности поведенческих реакций.

Итак, каждый критерий в отдельности недостаточен для определения вида, только в совокупности они позволяют точно выяснить видовую принадлежность живого организма. Наиболее существенной характеристикой вида является то, что он представляет собой генетически единую систему.

Таким образом, вид – совокупность географически и экологически близких популяций,способных в природных условиях скрещиваться между собой, имеющих единый генетический фонд, обладающих общими морфофизиологическими признаками, биологически изолированных от популяций других видов.

Популяция – совокупность особей одного вида, длительно населяющих определенное пространство, размножающихся путем свободного скрещивания и в той или иной степени изолированных друг от друга. В генетическом смысле популяция – это пространственно-временная группа скрещивающихся между собой особей одного вида. Популяция являетсяэлементарной биологической структурой, способной к эволюционным изменениям. Популяции оказываются элементарными единицами, а виды – качественными этапами процесса эволюции. Совокупность генотипов всех особей популяции образует генофонд. Популяции и виды, несмотря на то, что состоят из множества особей, целостны. Целостность популяций и видов связана с взаимодействием особей в популяциях и поддерживается обменом генетического материала в процессе полового размножения. Популяции и виды всегда существуют в определенной среде, включающей как биотические, так и абиотические компоненты. Конкретная среда протекания процесса эволюции, идущего в отдельных популяциях, – сообщество, биоценоз.

Сообщество.Популяции разных видов всегда образуют в биосфере Земли сложные сообщества –биоценозы– совокупность растений, животных, грибов и прокариот,населяющих участок суши или водоема и находящихся в определенных отношениях между собой.Вместе с конкретными участками земной поверхности, занимаемыми биоценозами, иатмосферой сообщество составляет экосистему – взаимообусловленный комплекс живых и косныхкомпонентов, связанных между собой обменом веществ и энергий.Биогеоценоз– одна из наиболее сложных природных систем; такая экосистема, внутри которой не проходят биогенетические, микроклиматические, почвенные и гидрологические границы. Внешне заметные границы биогеоценозов чаще всего совпадают с границами растительных сообществ. Все группы экосистемы – продукт совместного исторического развития видов, различающихся по систематическому положению. Первичной основой для сложения биогеоценозов служат растения и прокариоты – продуценты органического вещества (автотрофы). В ходе эволюции до заселения растениями и микроорганизмами определенного пространства биосферы не могло быть и речи о заселении его животными. Растения и прокариоты предоставляют жизненную среду для животных-гетеротрофов. Биогеоценозы – среда для эволюции входящих в них популяций. Популяции разных видов в биогеоценозах воздействуют друг на друга по принципу прямой и обратной связи. В основном жизнь биогеоценоза регулируется силами,действующими внутри самой системы, то есть можно говорить о саморегуляции биогеоценоза. Автономность и саморегуляция биогеоценоза определяют его ключевое положение в биосференашей планеты как элементарной единицы на биогеоценотическом уровне.

Биосфера.Взаимосвязь разных сообществ, обмен между ними, веществом и энергией позволяют рассматривать все живые организмы Земли и среду их обитания как одну очень протяженную и разнообразную экосистему –биосферу– те части земных оболочек (лито-, гидро- и атмосферы), которые в течение всей геологической истории подвергаются влиянию живых организмов и несут следы их жизнедеятельности. Биогеоценозы, образующие в совокупности биосферу нашей планеты, взаимосвязаны круговоротом веществ и энергии. В этом круговороте жизнь на Земле выступает как ведущий компонент биосферы. Биогеоценоз представляет собой незамкнутую систему, имеющую энергетические “входы” и “выходы”, связывающие соседние биогеоценозы, обмен веществ между которыми может осуществляться в газообразной, жидкой и твердой фазах, а также в форме живого вещества (миграцииживотных). Кроме живого вещества в составе биосферы есть косное (неживое) вещество, а также сложные по своей природе биокосные тела. В их состав входят как живые организмы, так и видоизмененное неживое вещество. К биокосным телам относятся почвы, илы, природные воды.