49) гипотеза Луи де БройляВ
1900 г. Макс Планк предложил свою революционную
квантовую теорию для объяснения соотношения
между температурой тела и испускаемым
им излучением. Вопреки освященному веками
представлению о том, что свет распространяется
непрерывными волнами, Планк высказал
предположение о том, что электромагнитное
излучение (всего лишь за несколько десятилетий
до этого было доказано, что свет представляет
собой электромагнитное излучение) состоит
из неделимых порций, энергия которых
пропорциональна частоте излучения. Новая
теория позволила Планку разрешить проблему,
над которой он работал, но она оказалась
слишком непривычной, чтобы стать общепринятой.
В 1905 г. Альберт Эйнштейн показал, что теория
Планка - не математический трюк. Используя
квантовую теорию, он предложил замечательное
объяснение фотоэлектрического эффекта
(испускание электронов поверхностью
металла под действием падающего на нее
излучения). Было известно, что с увеличением
интенсивности излучения число испущенных
с поверхности электронов возрастает,
но их скорость никогда не превосходит
некоторого максимума. Согласно предложенному
Эйнштейном объяснению, каждый квант передает
свою энергию одному электрону, вырывая
его с поверхности металла: чем интенсивнее
излучение, тем больше фотонов, которые
высвобождают больше электронов; энергия
же каждого фотона определяется его частотой
и задает предел скорости вылета электрона.
Заслуга Эйнштейна не только в том, что
он расширил область применения квантовой
теории, но и в подтверждении им ее справедливости.
Де Бройль первым понял, что если волны
могут вести себя как частицы, то и частицы
могут вести себя как волны. Он применил
теорию Эйнштейна - Бора о дуализме волна-частица
к материальным объектам. Волна и материя
считались совершенно различными. Материя
обладает массой покоя. Она может покоиться
или двигаться с какой-либо скоростью.
Свет же не имеет массы покоя: он либо движется
с определенной скоростью (которая может
изменяться в зависимости от среды), либо
не существует. По аналогии с соотношением
между длиной волны света и энергией фотона
де Бройль высказал гипотезу о существовании
соотношения между длиной волны и импульсом
частицы (массы, умноженной на скорость
частицы). Импульс непосредственно связан
с кинетической энергией. Таким образом,
быстрый электрон соответствует волне
с более высокой частотой (более короткой
длиной волны), чем медленный электрон.
В каком обличье (волны или частицы) проявляет
себя материальный объект зависит от условий
наблюдения.
50) Развитие генетика после Менделя.
И программа исследования геном
человека.Первый этап ознаменовался
открытием Г. Менделем факторов наследственности
и разработкой гибридологического методаМенделевские
законы наследственности заложили основу
теории гена - величайшего открытия естествознания
XX в., а генетика превратилась в быстро
развивающуюся отрасль биологии. Де Фриз
выдвинул мутационную теорию изменчивости,
которая сыграла большую роль в дальнейшем
развитии генетики. Второй этап характеризуется переходом
к изучению явлений наследственности
на клеточном уровне (цитогенетика). Т.
Бовери, У .Сэттон и Э .Вильсон установили
взаимосвязь между менделевскими законами
наследования и распределением хромосом
в процессе клеточного деления (митоз)
и созревания половых клеток (мейоз). Третий этап в развитии генетики
отражает достижения молекулярной биологии.
И связан с использованием методов и принципов
точных наук - физики, химии, математики,
биофизики и других. А также изучение явлений
жизни на уровне молекул. Объектами генетических
исследований стали грибы, бактерии, вирусы.
На этом этапе были изучены взаимоотношения
между генами и ферментами. Таким образом,
третий, современный этап развития генетики
открыл огромные перспективы направленного
вмешательства в явления наследственности
и селекции растительных и животных организмов,
выявил важную роль генетики в медицине,
в частности, в изучении закономерностей
наследственных болезней и физических
аномалий человека. Расшифровка структуры
ДНК стала одним из поворотных моментов
в истории биологии. За выдающийся вклад
в это открытие Фрэнсису Крику, Джеймсу
Уотсону, Морису Уилкинсу была присуждена
Нобелевская премия по физиологии и медицине Программа "Геном человека":.
Бурное развитие молекулярной биологии
и генетики человека к середине 80х годов
сделало появление проекта Геном человека
не только возможным, но и необходимым.
К этому времени были разработаны методы
изучения генов человека, которые и легли
в основу данного проекта. В области молекулярной
биологии это были методы быстрого определения первичной структуры
ДНК ; полимеразной цепной реакции
( ПЦР ) ; методы клонирования протяженных участков
чужеродной ДНК в искусственных
хромосомах дрожжей; метод разделения
больших фрагментов ДНК электрофорезом
в пульсирующем электрическом поле. В
области генетики человека были разработаны
методы локализации генов с помощью анализа
конаследования признаков с анонимными ДНК-маркерами
.Картирование генов человека и выяснение
нуклеотидной последовательности человеческого
генома составляют основные, взаимосвязанные
задачи Международной программы "Геном
человека". Официально эта научная программа
с участием ведущих молекулярно-генетических
лабораторий США, Западной Европы, России
и Японии оформилась в 1990 г. Однако задолго
до приобретения официального статуса
в этих странах проводились важные молекулярные
исследования по изучению генома человека
и картированию его генов. Важной фигурой
в этом процессе стал Крейг Вентер, основавший
позднее частную корпорацию «Целерон».
Вентер внедрил в науку метод определения
последовательности ДНК, позднее названный
«методом беспорядочной стрельбы». Суть
метода в том, что определяемую ДНК организма
разбивают на множество небольших фрагментов,
каждый из которых вводят в автомат, определяющий
последовательность ДНК. После того как
будут определены последовательности
каждого фрагмента, в действие вводят
сложнейшие компьютерные программы, заново
собирающие исходную последовательность.
Такое интенсивное использование информационных
технологий объясняет, почему многие ученые
называют новую область исследований
генома биоинформационной, а не биомолекулярной
революцией.В июне 2000 года Крейг Вентер
и Фрэнсис Коллин, руководитель проекта
«Геном человека», осуществлявшегося
в Национальных институтах здоровья США,
объявили о событии, названном ими «первой
сборкой генома человека». По существу,
это была первая реконструкция полного
генома человека, выполненная методом
беспорядочной стрельбы. Несколькими
месяцами позже, в феврале 2001 года, был
опубликован первый предварительный набросок
генома человека. Обнаружились некоторые
удивительные факты.Например, давно было
известно, что большая часть ДНК человека
не входит в состав генов. Новые результаты
показали, что ДНК человека содержит удивительно
небольшое количество генов — порядка
30 000–50 000 генов. Однако эти гены не организованы
в одну длинную последовательность, а
состоят из кодирующих участков, называемых
экзонами, с вкраплениями случайных последовательностей —
интронов. Выясняется, что аппарат, осуществляющий
сборку белка, закодированного геном с
последовательностью описанного типа,
осуществляет выбор между несколькими
вариантами компоновки белка. Так, каждый
ген человека кодирует приблизительно
три различных белка, а не один белок, как
можно было предположить, основываясь
на центральной догме молекулярной биологии.В
итоге этой работы идентифицированы все
гены человека, т. е. будет точно определено
их число, взаиморасположение на генетической
карте и структурно-функциональные особенности.
Предполагается, что осуществление этого
проекта, помимо колоссальных теоретических
обобщений для фундаментальных наук, окажет
огромное влияние на понимание патогенеза,
предупреждение и лечение наследственных
болезней, значительно ускорит исследование
молекулярных механизмов, лежащих в основе
развития очень многих моногенных нарушений,
будет способствовать более эффективному
поиску генетических основ мультифакториальных
заболеваний и наследственной предрасположенности
к таким широко распространенным болезням
человека, как атеросклероз, ишемия сердца,
психиатрические и онкологические заболевания.
51) Какой опыт Милликена
однозначно доказал существование
электронов и позволил с высокой
точностью определить их заряд.Опыт Милликена:После открытия электрона
ученые прекрасно осознали, что эта частица
является фундаментальной составляющей
всего материального мира. Соответственно,
встал вопрос об изучении и измерении
ее свойств. Первое прецизионное измерение
электрического заряда электрона — заслуга
Роберта Милликена. Его экспериментальная
установка представляла собой большой
и емкий плоский конденсатор из двух металлических
пластин с камерой между ними. На обкладки
конденсатора Милликен подавал постоянное
напряжение от мощной батареи, создавая
на них высокую разность потенциалов,
а между обкладками помещал мелко распыленные
капли — сначала воды, а затем масла, которое,
как выяснилось, ведет себя в электростатическом
поле значительно устойчивее, а главное
— испаряется гораздо медленнее. Сначала
Милликен измерил предельную скорость
падения капель — то есть скорость, при
которой сила земного притяжения, действующая
на капли, уравновешивается силой сопротивления
воздуха. По этой скорости ученый определил
объем и массу капель аэрозольной взвеси.
После этого он распылил идентичный аэрозоль
в присутствии электростатического поля,
то есть при подключенной батарее. В этом
случае масляные капли оставались в подвешенном
состоянии достаточно долго, поскольку
силы гравитационного притяжения Земли
уравновешивались силами электростатического
отталкивания между каплями аэрозоля.Причина,
по которой капли масляного аэрозоля электризуются,
банальна: это простой электростатический
заряд, подобный тому, который накапливается,
скажем, на белье, которое мы достаем из
сушильной центрифуги, в результате того
что ткань трется о ткань — он возникает
в результате трения капель о воздух, заполняющий
камеру. Однако из-за микроскопического
размера масляных капель в камере они
не могут получить большого заряда, а величина
заряда капель будет кратна единичному
заряду электрона. Значит, постепенно
понижая внешнее напряжение, мы будем
наблюдать, как капли масла периодически
«выпадают в осадок», и по градациям шкалы
напряжения, при которых осаждается очередная
порция аэрозоля, мы можем судить об абсолютной
величине единичного заряда, поскольку
дробного заряда наэлектризованные капли
нести на себе не могут.Кроме того, Милликен
облучал масляную взвесь рентгеновскими
лучами и дополнительно ионизировал ее
органические молекулы, чтобы повысить
их электризацию и продлить время экспериментального
наблюдения, одновременно повышая напряжение
в камере, и делал так многократно для
уточнения полученных данных. Наконец,
накопив достаточно экспериментальных
данных для статистической обработки,
Милликен вычислил величину единичного
заряда и опубликовал полученные результаты,
которые содержали максимально точно
для тех лет рассчитанный заряд электрона.Опыт
Милликена был крайне трудоемок. Ученому
приходилось, в частности, постоянно измерять
и учитывать влажность воздуха и атмосферное
давление—и так на протяжении всех пяти
лет непрерывного наблюдения за своей
установкой. Наградой за титанический
труд стала Нобелевская премия по физике
за 1923 год, присужденная Милликену за публикацию
1913 года. Интересно, что при всей кажущейся
простоте камеры Милликена она не стала
музейным экспонатом. Уже в 1960-е годы, когда
появилась гипотеза кварков,были построены
современные, усовершенствованные установки,
работающие по вышеописанному принципу,
на которых ученые безуспешно искали свободные
кварки. Поскольку обнаружить таковые
не удалось, это послужило дополнительным
подтверждением теории, согласно которой
кварки в свободном виде в современной
природе не встречаются и всегда находятся
в связанном состоянии внутри других элементарных
частиц.