Структура естественнонаучного познания

 

Другая формулировка: Ниже по энергии  лежит тот атомный терм, для  которого выполняются два условия.

Мультиплетность максимальна

При совпадении мультиплетностей суммарный  орбитальный момент L максимален.

 

Мнемоническое правило

 

Для запоминания Правила Хунда  существует мнемоническое «правило трамвайного вагона»:

 

Ты приглядись, решив присесть,

К местам трамвайного вагона:

Когда ряды пустые есть,

Подсаживаться нет резона

 

Основные этапы эволюции органического мира. Геологическая история Земли. Геологические эры. Палеонтологические исследования.

 

Ранние этапы развития органического  мира

 

Предшественники современных организмов (архебионты) характеризовались наличием основных компонентов клетки: плазмалеммы, цитоплазмы и генетического аппарата. Дальнейшее развитие органического мира включает эволюцию отдельных групп организмов в составе экосистем. Экосистема должна включать не менее трех компонентов: продуцентов, консументов и редуцентов. Таким образом, на ранних этапах развития органического мира должны были сформироваться основные способы питания: фотоавтотрофный (голофитный), гетеротрофный голозойный и гетеротрофный сапротрофный. В условиях избытка готовых органических веществ гетеротрофный (сапротрофный) способ питания является первичным.

 

Основные этапы эволюции растений

 

Водоросли – многочисленная неоднородная группа первично-водных фотоавтотрофных  организмов. У водорослей существует множество типов морфологической  организации тела (таллома). У ряда водорослей (например, у бурых) имеется сложно устроенный пластинчатый таллом, и наблюдается некоторая дифференцировка клеток. У многоклеточных водорослей часто имеются ризоиды – выросты таллома, служащие для прикрепления к субстрату. Однако у водорослей отсутствуют настоящие ткани, поэтому их относят к низшим эукариотам. Таким образом, водоросли достигли биологического прогресса без ароморфозов: путем аллогенеза и частичного катагенеза (утрата полового процесса у некоторых видов, утрата способности к фотосинтезу у паразитов).

 

В силуре происходило обмеление  океана и опреснение воды. Это создало  предпосылки для заселения литорали и супралиторали.

 

Продвижение растений на сушу связано  с появлением ряда ароморфозов:

 

– Появление дифференцированных тканей: покровных, проводящих, механических, фотосинтезирующих. Появление дифференцированных тканей неразрывно связано с появлением меристем и основной паренхимы.

 

– Появление дифференцированных органов: побега (органа углеродного питания) и корня (органа минерального питания).

 

– Появляются многоклеточные гаметангии: антеридии и архегонии.

 

– Происходят существенные изменения  в обмене веществ.

 

 

 

Дальнейшая эволюция Высших растений разделилась на две линии: гаметофитную и спорофитную

 

Представители гаметофитной линии  – современные Моховидные. Это  бессосудистые растения, у которых  отсутствуют специализированные проводящие и механические ткани.

 

Другая линия эволюции привела  к появлению сосудистых растений, у которых в жизненном цикле  доминирует спорофит, и имеются все ткани высших растений (образовательные, покровные, проводящие, основная паренхима и ее производные). Однако у споровых растений отсутствует семя, и спорофит развивается из недифференцированного зародыша.

 

В начале мезозоя (≈ 220 млн. лет назад) появляются первые Голосеменные растения, которые господствовали в мезозойской эре. Крупнейшие ароморфозы Голосеменных:

 

– Появление семязачатков; в семязачатке  развивается женский гаметофит (эндосперм).

 

– Появление пыльцевых зерен; у большинства видов пыльцевое зерно при прорастании образует пыльцевую трубку, образуя мужской гаметофит.

 

– Появление семени, в состав которого входит дифференцированный зародыш.

 

 

В кайнозое Голосеменные уступают господство Покрытосеменным.

 

 В настоящее время Покрытосеменные находятся в состоянии биологического прогресса, которому способствует ряд ароморфозов:

 

– Появление пестика – замкнутого плодолистика с семязачатками.

 

– Появление околоцветника, что  сделало возможным переход к  энтомофилии (опылению насекомыми).

 

– Появление зародышевого мешка  и двойного оплодотворения.

 

В настоящее время Покрытосеменные  представлены множеством жизненных  форм: деревья, кустарники, лианы, однолетние и многолетние травы, водные растения. Особого разнообразия достигает строение цветка, что способствует точности опыления и обеспечивает интенсивное видообразование – к Покрытосеменным относится около 250 тысяч видов растений.

 

Основные этапы эволюции животных

 

Эукариотические организмы, специализирующиеся на гетеротрофном питании, дали начало Животным и Грибам.

 

Первые животные были представлены Одноклеточными организмами. Многие из них занимали промежуточное положение  между животными, водорослями и  грибами. В настоящее время подцарство Одноклеточные представлены семью типами: Саркомастигофоры, Инфузории и разнообразные споровики (паразиты многоклеточных животных).

 

В протерозойской эре возникают  все известные типы Многоклеточных беспозвоночных животных. Кишечнополостные – представители наиболее примитивных (двуслойных) многоклеточных: их тело состоит всего из двух слоев клеток: эктодермы и энтодермы. Уровень дифференцировки тканей очень низкий.

 

У Низших червей (Плоские и Круглые  черви) появляется третий зародышевый  листок – мезодерма. Это крупный  ароморфоз, благодаря которому появляются дифференцированные ткани и системы органов.

 

Затем эволюционное древо животных разветвляется на Первичноротых  и Вторичноротых. Среди Первичноротых  у Кольчатых червей образуется вторичная  полость тела (целом). Это крупный  ароморфоз, благодаря которому становится возможным разделение тела на отделы.

 

Кольчатые черви имеют примитивные  конечности (параподии) и гомономную (равнозначную) сегментацию тела. Но в начале кембрия появляются Членистоногие, у которых параподии преобразованы  в членистые конечности.

 

Наиболее примитивные Членистоногие  – Трилобитообразные – господствовали в палеозойских морях. Современные  Жабродышащие первично-водные членистоногие  представлены Ракообразными. Однако в  начале девона (после выхода на сушу растений и формирования наземных экосистем) происходит выход на сушу Паукообразных и Насекомых.

 

Паукообразные вышли на сушу, благодаря  многочисленным алломорфозам (идиоадаптациям):

 

– Непроницаемость покровов для  воды.

 

– Утрата личиночных стадий развития (за исключением клещей, однако нимфа клещей принципиально не отличается от взрослых животных).

 

– Формирование компактного слабо  расчлененного тела.

 

– Формирование органов дыхания  и выделения, соответствующих новым  условиям обитания.

 

Насекомые наиболее приспособлены к жизни на суше, благодаря появлению крупных ароморфозов:

 

– Наличие зародышевых оболочек – серозной и амниотической.

 

– Наличие крыльев.

 

– Пластичность ротового аппарата.

 

Часть Костных рыб (Мясистолопастные), благодаря двум ароморфозам –  легочному дыханию и появлению настоящих конечностей – дала начало первым Четвероногим – Амфибиям (Земноводным). Первые Земноводные вышли на сушу в девонском периоде, но их расцвет приходится на каменноугольный период (многочисленные стегоцефалы). Современные Амфибии появляются в конце юрского периода.

 

Параллельно среди Четвероногих появляются организмы с зародышевыми оболочками – Амниоты. Наличие зародышевых  оболочек – крупный ароморфоз, который  впервые появляется у Рептилий. Благодаря  зародышевым оболочкам, а также ряду других признаков (ороговевающий эпителий, тазовые почки, появление коры больших полушарий) Рептилии полностью утратили зависимость от воды. Появление первых примитивных рептилий – котилозавров – относится к концу каменноугольного периода

От групп, близких к первоящерам, отделяются две ветви эволюционного развития. Одна ветвь в начале мезозоя дала начало многочисленной группе псевдозухий. Псевдозухии дали начало нескольким группам: крокодилы, птерозавры, предки птиц и динозавры, представленные двумя ветвями: ящеротазовые (бронтозавр, диплодок) и птицетазовые (только растительноядные виды – стегозавр, трицератопс). Вторая ветвь в начале мелового периода привела к появлению подкласса чешуйчатых (ящерицы, хамелеоны и змеи).

 

Однако Рептилии не смогли утратить зависимость от низких температур: теплокровность у них невозможна из-за неполного разделения кругов кровообращения. В конце мезозоя с изменением климата происходит массовое вымирание рептилий.

 

Лишь у части псевдозухий  в юрском периоде появляется полная перегородка между желудочками, редуцируется левая дуга аорты, происходит полное разделение кругов кровообращения, и становится возможной теплокровность. В дальнейшем эти животные приобрели ряд адаптаций к полету и дали начало классу Птицы.

 

Современные группы птиц появляются только в начале кайнозойской эры.

 

Существенным ароморфозом в  эволюции птиц можно считать появление  четырехкамерного сердца в сочетании  с редукцией левой дуги аорты. Произошло полное разделение артериальной и венозной крови, что сделало возможным дальнейшее развитие головного мозга и резкое повышение уровня обмена веществ.В начале мезозойской эры появляются первые Млекопитающие, которые возникли благодаря целому ряду ароморфозов: увеличенные полушария переднего мозга с развитой корой, четырехкамерное сердце, редукция правой дуги аорты, преобразование подвеска, квадратной и сочленовой костей в слуховые косточки, появление шерстного покрова, млечных желез, дифференцированных зубов в альвеолах, предротовой полости.

 

Окончательная дифференцировка современных групп Млекопитающих завершилась в эпоху великих оледенений – в плейстоцене. На современный видовой состав Млекопитающих значительное влияние оказывает антропогенный фактор. В историческое время были истреблены:  тур, стеллерова корова, тарпан и другие виды.

 

В конце кайнозойской эры у части  Приматов возникает особый тип ароморфоза – переразвитие коры больших полушарий  головного мозга. В результате возникает совершенно новый вид организмов – Человек разумный

 

Геологическая история  Земли

 

Основным фактором, определившим начальное  состояние Земли, были размеры и химический состав тел, из которых она сформировалась. В начальный период своего существования (от 4,6 до 3,8 млрд. лет) Земля, а равно и другие планеты земной группы, а также Луна подвергались усиленной бомбардировке мелкими и крупными телами метеоритов.

Наиболее крупные тела, упавшие  на Землю, создали в ней значительные термические и химические неоднородности, простиравшиеся на тысячи километров, несомненно, оказав существенное влияние на характер ранней эволюции.

 

Разрушение падавших тел приводило  к разогреву вещества, выделению воды и газов, составивших атмосферу и гидросферу планеты. Недра планеты разогревались за счет выделения тепла не только известными нам теперь в коре естественно-радиоактивными элементами, но и более чем десятком вымерших с тех пор радиоактивных изотопов, в частности 26Al, 10Be, 36Cl и др. В результате могло происходить плавление вещества – полное (в ядре) или частичное (в мантии). Кратерообразование на земной поверхности могло провоцировать излияния магмы с образованием базальтовых полей, подобных покрывающим лунные “моря”.

Так, вероятно, образовалась первичная  кора Земли, которая, однако, не сохранилась на современной ее поверхности, за возможным исключением относительно небольших фрагментов в более молодой коре континентального типа.

Как бы то ни было, 3,5 млрд. лет назад  на площади современных континентов широкое распространение получила “серогнейсовая” кора, названная так по преобладающему типу слагающих ее пород. В России она известна на Кольском полуострове, в Сибири, в частности, в бассейне р. Алдана, в Украине – к югу от среднего течения Днепра.

На следующем этапе, в архее, эта еще довольно тонкая и пластичная кора под влиянием растяжения испытала многочисленные разрывы сплошности. Через эти разрывы к поверхности устремилась базальтовая магма, заполнившая прогибы длиной в сотни и шириной на многие

десятки километров, известные под  названием зеленокаменных поясов.

Дальнейшее развитие зеленокаменных поясов заключалось в накоплении обломочных осадков, свидетельствующих об образовании гористого рельефа.

После смены нескольких поколений  зеленокаменных поясов архейский этап эволюции земной коры завершился в эпоху 3,0–2,5 млрд. лет назад массовым проявлением гранитообразования. Теперь это были уже нормальные граниты с преобладанием K2O над Na2O. Так сформировалась зрелая континентальная кора на большей части площади современных материков. Однако и эта кора оказалась недостаточно устойчивой: в начале протерозойской эры она испытала дробление. Возникла планетарная сеть разломов и трещин, полнявшихся дайками магматических пород. Их эволюция привела к созданию 2,0–1,7 млрд. лет назад складчатых систем, вновь спаявших обломки архейской континентальной коры.

В итоге к концу раннего протерозоя, к рубежу 1,7 млрд. лет назад, зрелая континентальная кора существовала уже на 60–80% (по разным оценкам) площади ее современного распространения. Более того, существует представление, подтверждаемое палеомагнитными данными, о том, что на этом рубеже вся континентальная кора составляла единый массив – суперконтинент Мегагею (“большую землю”). На другой стороне земного шара континенту должен был