Нейтронные звезды как окончание эволюции звезд

Нейтронные звёзды являются самыми плотными объектами в нашей вселенной. Они, как следует из названия, состоят в основном из нейтронов, а радиус их невелик, порядка 10 километров

ВНИМАНИЕ! Работа на этой странице представлена для Вашего ознакомления в текстовом (сокращенном) виде. Для того, чтобы получить полностью оформленную работу в формате Word, со всеми сносками, таблицами, рисунками (вместо pic), графиками, приложениями, списком литературы и т.д., необходимо скачать работу.

Содержание

Задача 3
1. Нейтронные звезды как окончание эволюции звезд 4
2. Иерархия живых организмов 15
Задача 21
Список литературы 23

Задача

Дописать ядерную реакцию и определить порядковый номер и массовое число второго ядра. Дать символическую запись ядерной реакции и определить ее энергетический эффект 90Th230→88Ra226 + ?
Решение
По закону сохранения электрического заряда (закон сохранения числа р)
90-88+х, откуда х = 2, следовательно, порядковый номер элемента 2
По закону сохранения массового числа (нуклонов)
230=226+у, откуда у=4, следовательно, неизвестным элементом является изотоп 2Не4.
Имеем

Где X искомый элемент имеющий заряд 2 и массовое число 4.0тврывая таблицу Менделеев а видим что это ядро гелия. В итоге

Энергетический выход

Где
Массы элементов, это справочные данные
тTh = 230,0331266 а.е.м.
тRa =226,0254026 а.е.м.
тHе = 4,0026032 а.е.м.
Переведя все в СИ и подставив получим
Е = 1.661 *10-27 (230,0331266-(226,0254026 + 4,0026032)) (3*108)2= 7.655*10-13 Дж. Если нужен ответ в эВ то Е = 4,8 МэВ.

1. Нейтронные звезды как окончание эволюции звезд

Нейтронные звёзды являются самыми плотными объектами в нашей вселенной. Они, как следует из названия, состоят в основном из нейтронов, а радиус их невелик, порядка 10 километров (для сравнения - радиус Солнца равен 696 000 километров).
Нейтронные звезды, компактные астрофизические объекты с массами около 1,4 массы Солнца и радиусами около 10 км, образующиеся из массивных звезд после вспышки сверхновой. Нейтронные звезды состоят в основном из нейтронов. Нейтронные звезды являются одними из самых интересных астрофизических объектов с физической точки зрения. Для них характерны такие явления и свойства как: сверхтекучесть, сверхпроводимость, сверхсильные магнитные поля, излучение нейтрино, эффекты специальной и общей теории относительности. В недрах нейтронных звезд могут существовать экзотические формы материи (конденсаты различных элементарных частиц, кварковое вещество.
История нейтронных звезд начинается с 1932 г., когда английский физик Дж. Чэдвик открыл нейтроны. Весть об открытии быстро докатилась до Копенгагена. Как-то вечером один из основателей современной физики атома датчанин Н. Бор обсуждал новость с гостившими в его институте Л. Розенфельдом и Л. Д. Ландау. Именно тогда Л. Д. Ландау предположил, что могут существовать холодные плотные звезды, состоящие из нейтронов. Об этом разговоре известно из воспоминаний Л. Розенфельда. Два года спустя появилась статья американских астрономов В. Бааде и Ф. Цвикки. Они также предсказали существование нейтронных звезд и предположили, что эти звезды образуются при взрыве сверхновых.
Более тридцати лет после теоретического предсказания не было никаких наблюдательных подтверждений существования нейтронных звезд. Первая нейтронная звезда - радиопульсар PSR 1919+21 - была открыта английским радиоастрономом А. Хьюишем и его группой лишь в 1967 г. Уже спустя несколько лет нейтронные звезды стали привычными (и интереснейшими!) объектами наблюдений.
Сейчас, когда с момента открытия нейтронных звезд прошло 34 года стало ясно, что нейтронных звезд очeнь много. Одних только радиопульсаров известно болеe пятисот. Ясно также, что нейтронные звезды проявляют себя крайне разнообразно во многих диапазонах электромагнитного спектра: это и радиопульсары, рентгеновские пульсары и вспыхивающие рентгеновские источники. По-видимому, вблизи нейтронных звезд формируются наблюдаемые вспышки гамма-излучения и квазипериодические осцилляции рентгеновского излучения. 23 февраля 1987 г. нейтринные детекторы зарегистрировали мощный всплеск нейтринного излучения, возникшего при взрыве сверхновой и образовании нейтронной звезды в Большом Магеллановом Облаке.
Нейтронные звезды образуются после исчерпания источников термоядерной энергии в недрах обычной звезды, если ее масса к этому моменту превышает 1,4 массы Солнца. Поскольку источники термоядерной энергии отсутствуют, устойчивое равновесие звезды становится невозможным и начинается катастрофическое сжатие звезды к центру - гравитационный коллапс. Если исходная масса звезды не превышает некоторой критической величины, то коллапс в центральных частях останавливается и образуется горячая нейтронная звезда. Процесс коллапса занимает доли секунды. За ним может последовать либо натекание оставшейся оболочки звезды на горячую нейтронную звезду с испусканием нейтрино, уносящих более 10% массы звезды, либо сброс оболочки за счет термоядерной энергии «непрогоревшего» вещества или энергии вращения. Такой выброс происходит очень быстро, и для наблюдателя на Земле он выглядит как грандиозный взрыв - вспышка сверхновой звезды. Наблюдаемые нейтронные звезды - пульсары часто связаны с остатками сверхновых звезд.
Нейтронные звезды могут существовать, если их массы больше 0,05 массы Солнца. Если масса нейтронной звезды превышает 3-5 массы Солнца, равновесие ее становится невозможным, и такая звезда будет представлять собой черную дыру.
Теория строения звёзд приводит при известных физ. свойствах звёздного вещества к однозначной зависимости массы холодной, невращающейся и немагнитные звезды от её центр. плотности rс. На графике этой зависимости (рис. 1) можно выделить два участка, соответствующие устойчивым равновесным состояниям звёзд с резко различающимися значениями rс. Участок rc < rс,w. описывает белые карлики ,а участок rс, мин < rc < rc, макс - Н. з. Плотность нейтронной звезды монотонно уменьшается от центра к периферии, тем не менее плотность большей части вещества близка по порядку величины к плотности атомных ядер (rn = 2,8.1014 г/см3). Рис. 1. Качественный вид зависимости массы холодных звёзд от их центральной плотности rс ( по горизонтальной оси масштаб не выдержан). Устойчивые конфигурации изображены жирными сплошными линиями, неустойчивые - штриховыми линиями. 1 - белые карлики, 2 - нейтронные звёзды, - предел Чандрасекара для белых карликов. Внутренне строение нейтронной звезды определяется главным образом зависимостью давления P холодного вещества от r, т.е. уравнением состояния Р(r) при T = 0K, а также условиями гидростатического равновесия вещества с учётом эффектов общей теории относительности (ОТО). Эффекты, связанные с распределением температуры и других специфических свойств нейтронной звезды, учитываются в последних более высоких приближениях теории строения нейтронной звезды. Именно эффекты ОТО: способность энергии создавать гравитационное поле и искривление пространства при наличии сильного гравитационного поля, - определяют существование максимальной массы нейтронной звезды при конечной центр. плотности rс,макс. Значения и rс,макс зависят от вида уравнения состояния при сверхъядерных плотностях r rn, поскольку существ. часть вещества H. з. с массой, близкой к , оказывается сжатой именно до таких больших плотностей. Определение Р(r) в этом случае представляет очень сложную задачу ядерной физики и физики элементарных частиц, для решения которой необходимы детальные сведения о взаимодействиях нейтронов, протонов и появляющихся при сверхъядерных плотностях мезонов и гиперонов. Различные реалистичные модели сверхплотного вещества приводят к = (1,4-2,7) и rс,макс = (1,4-6).1015 г/см3 соответственно (масса Солнца = 1,99.1033 г). Без учёта упомянутых эффектов ОТО и в предположении, что Р(r) определяется при любых плотностях свойствами вырожденного газа невзаимодействующих нейтронов, масса H. з. была бы ограничена значением = 5,73 - т. н. Чандрасе-кара пределом для нейтронного газа, причём соответствовала бы бесконечной центральной плотности. Решение задачи о структуре H. з. с тем же уравнением состояния газа нейтронов, но в рамках ОТО даёт 0,7 и rс,макс 6.1015 г/см3. В данном случае эффекты ОТО уменьшают предельную массу H. з. более чем в 8 раз. Экспериментальные данные физики высоких энергий показывают, что с уменьшением расстояния между нуклонами ядерные силы притяжения сменяются силами отталкивания. Поэтому при плотностях r rn давление вещества нейтронной звезды оказывается больше, чем газа невзаимодействующих нейтронов, т. е. способность звёздного вещества противодействовать сжимающей его силе тяжести увеличивается. В результате повышается до указанных выше пределов (1,4-2,7) . Кроме того, отталкивание нуклонов с избытком компенсирует эффект, замедляющий рост давления с увеличением плотности,- рождение новых частиц (мезонов, гиперонов). Разброс предсказываемого значения связан с трудностью построения количеств. теории сверхплотного вещества. Минимальная масса H. з. (rс,мин 2.1014г/см3). Плотность вещества внутри нейтронной звезды с массами, близкими к , меньше ядерной. Используемое в этом случае уравнение состояния основывается на богатом экспериментальном материале и поэтому даёт достаточно точное значение . Сам факт существования минимальной массы нейтронной звезды связан с тем, что при низких плотностях нейтроны n в силу подверженности бета-распаду (n p + e- + ) уже не могут быть преобладающим компонентом вещества. При характерных для нейтронной звезды (в случае ) высоких плотностях нейтроны устойчивы и не распадаются, поскольку уже небольшой примеси протонов (р) и электронов (е-) достаточно, чтобы в соответствии с Паули принципом эти частицы воспрепятствовали распаду остальных нейтронов. Радиусы нейтронной звезды уменьшаются с ростом массы от R (100-200) км при до R (7 -14) км при . Основные характеристики типичной нейтронной звезды приведены в таблице, а её структура изображена на рис. 2. Основные характеристики типичной нейтронной звезды с массой Разброс величин в табл. отражает неопределённость уравнения состояния сверхплотного (r rn) вещества. Мин. период вращения соответствует равенству гравитационной и центробежной сил на экваторе звезды. Рис. 2. Примерный схематический разрез нейтронной звезды: 1 - жидкое ядро, состоящее из вырожденных нейтронов с малой примесью вырожденных протонов и электронов; 2 - внутренняя кора, образованная атомными ядрами, переобогащёнными нейтронами (присутствуют также вырожденные электроны и малая примесь свободных нейтронов); 3 - внешняя кора из образующих кристаллическую решётку атомных ядер и вырожденных электронов. Знак вопроса означает неопределённость свойств сверхплотного вещества в центре звезды. В сильном гравитационном поле нейтронная звезда становится заметным т. н. гравитац. красное смещение z - относит. увеличение всех длин волн электромагнитного излучения с поверхности H. з., регистрируемых далёким наблюдателем [энергия соответствующих фотонов уменьшается в (1 + z) раз]. Определение z для нейтронной звезды по их рентгенно и гамма-спектрам (именно в этих диапазонах электромагнитных волн можно ожидать наиб. интенсивного излучения поверхности нейронной звезды) представляет собой очень важную, хотя и трудную, задачу современной астрономии. В силу соотношения 1 + z=1/ значение z определяет один из гл. параметров нейтронной звезды - отношение гравитационного радиуса (здесь G - гравитац. постоянная) к фактическому радиусу R. Другой важный параметр - гравитационный дефект массы - может быть в принципе измерен методами нейтринной астрономии, поскольку соответствующая ему энергия выделяется в процессе образования нейтронной звезды преим. в виде нейтрино (и антинейтрино) всех трёх типов. Самые наружные слои не очень молодой и успевшей достаточно остыть нейтронной звезды состоят, по-видимому, из Fe с возможной примесью Cr, Ni, Со, которые образуют твёрдую внешнюю кору звезды (рис. 2). Плотность вещества быстро увеличивается в глубь звезды и уже на глубине несколько сотен метров достигает 4.1011 г/см3. При такой плотности основным компонентом вещества оказываются ядра железа и соседних с ним элементов в таблице Менделеева, сильно переобогащённые нейтронами. Поэтому под внешней корой нейтронной звезды должна находиться твёрдая насыщенная нейтронами внутренняя кора, которая граничит с жидким ядром, состоящим в основном из вырожденных нейтронов с малой примесью вырожденных протонов и электронов. Если центральная плотность нейтронной звезды превышает ~1015 г/см3, то вблизи центра звезды вещество содержит помимо нуклонов и электронов также мезоны, ги-пероны и др. элементарные частицы. Свойства сверхплотного вещества при r > rn пока ещё известны недостаточно точно. Теоретические расчёты показывают, что вблизи центра нейтронной звезды (особенно звёзд с ) возможны такие эффекты, как появление пионного конденсата, переход нейтронной жидкости в твёрдое кристаллическое состояние и даже образование кварк-глю-онной и гиперонной плазмы. Большое значение для физики нейтронной звезды имеет сверхтекучесть нейтронного компонента звёздного вещества, возможная в жидком ядре и во внутренней коре, а также сверхпроводимость протонного компонента при плотностях, близких к ядерным.
По современным представлениям в нейтронной звезде можно выделить несколько слоев: поверхностный слой, внешнюю и внутреннюю кору, внешнее и внутреннее (загадочное) ядро. Толщины слоев и плотность в центре звезды зависят от массы звезды и свойств вещества ядра.
Поверхностный слой имеет толщину не более нескольких метров и простирается от поверхности до глубины, где плотность вещества достигает величины, скажем, 106 г/см3. Вещество этого слоя - обычная плазма - подвержено сильному влиянию магнитных полей, которые (по наблюдениям) могут достигать огромных величин, 1012 - 1013 Гс
Внешняя кора расположена под поверхностью и имеет толщину в несколько сот метров. Плотность на ее дне примерно равна 4*1011 г/см3. Вещество состоит из электронов и атомов. Электроны образуют свободный вырожденный газ, подобный электронному газу в металлах: в газе имеются электроны с импульсами от нуля до граничного (максимального) импульса Ферми. Импульс Ферми определяется концентрацией электронов (т. е. плотностью) и не зависит от температуры. Такое возможно благодаря принципу Паули, который запрещает двум одинаковым частицам-фермионам (с полуцелым спином) пребывать в одном состоянии. К фермионам относятся как электроны, так и нуклоны (нейтроны и протоны); спин этих частиц равен 1/2. Вырожденный газ образуется при достаточно высоких плотностях и низких температурах. Он обладает большим давлением даже при нулевой температуре. Основной вклад в давление во внешней коре как раз и вносят вырожденные электроны. При плотности выше 106 г/см3 электроны с импульсами Ферми становятся релятивистскими частицами (т. е. их скорости приближаются к скорости света).
Атомы во внешней коре полностью ионизованы давлением электронов и по существу являются атомными ядрами. Как правило ядра образуют кристалл (отсюда и название - кора). При угублении в кору энергия электронов растет. Быстрые электроны могут захватываться ядрами и превращать протоны ядер в нейтроны: ядра обогащаются нейтронами. На дне внешней коры ядра имеют сильный избыток нейтронов и мало напоминают ядра, которые стабильны в земных условиях.
Внутренняя кора расположена под внешней корой. Обычно ее толщина составляет несколько километров, а плотность у ее дна достигает примерно 0,5 от средней плотности. Внутренняя кора отличается от внешней тем, что в веществе появляются свободные нейтроны: ядра переобогащены нейтронами и испускают часть из них. Этот процесс называется нейтронизацией вещества. Свободные нейтроны, подобно электронам, образуют вырожденный газ. При углублении в кору число свободных нейтронов растет. У дна коры ядра полностью исчезают. Основной вклад в давление вблизи границы с внешней корой вносят электроны, а вблизи границы с ядром звезды - нейтроны. «Нейтронизация» делает вещество более «мягким» (сжимаемым). Интересно, что нейтроны во внутренней коре оказываются сверхтекучими. Нейтронная сверхтекучесть, по расчетам, появляется при огромных температурах, около 1010 - 1011 К, фактически сразу после образования нейтронной звезды.
Ядро располагается под корой и имеет радиус 7-15 км. В нем можно выделить внешнее ядро и внутреннее (загадочное) ядро.
Внешнее ядро - простирается до плотности порядка двух плотностей атомного ядра (средняя плотность самой нейтронной звезды). Оно состоит из нейтронов с небольшой, несколько процентов, примесью электронов и протонов. Протоны представляют останки атомных ядер, имевшихся в коре. Вещество внешнего ядра звезды похоже на материю в атомных ядрах. Однако, в обычных атомных ядрах нейтронов и протонов примерно поровну, а в нейтронных звездах нейтронов большинство. Все частицы в ядре звезды вырождены. Электроны - релятивистские, а нуклоны - нет, хотя их импульсы Ферми растут с глубиной. На границе с загадочным ядром нейтроны уже становятся слегка релятивистскими. Теория внешнего ядра упирается в три основные проблемы: уравнение состояния, сверхтекучесть нейтронов и сверхпроводимость протонов.
Загадочное ядро. Это самая непонятная область нейтронной звезды. Плотность вещества в загадочном ядре как минимум в несколько раз выше ядерной плотности. Основное отличие внешнего и загадочного ядер состоит в следующем. При переходе из внешнего ядра в загадочное нейтроны, протоны и электроны становятся столь энергичными, что, сталкиваясь, начинают рождать новые частицы, как это обычно бывает при столкновениях быстрых частиц. Весь вопрос в том, какие частицы рождаются и как они влияют на свойства вещества. Лабораторные данные о веществе со сверхядерной плотностью крайне скудны. Правильно рассчитать рождение новых частиц сложно. Выдвигаются три основные гипотезы: о модификации стандартной материи, и о появлении либо пионного конденсата, либо странной материи.
Образование нейтронной звезды происходит в процессе гравитационного коллапса на конечных стадиях эволюции достаточно массивных обычных звёзд. Медленная, длящаяся десятки и сотни млн. лет эволюция массивных равновесных звёзд (с массой, по крайней мере в несколько раз превышающей ) может привести к тому, что масса их центр. областей, сильно сжавшихся и исчерпавших запасы ядерного горючего, в некоторый момент времени окажется больше предела Чандрасекара для белых карликов. В таком состоянии центр. области звезды не могут существовать долго - охлаждение и продолжающееся увеличение их массы нарушают баланс между силами тяжести и силами давления. В результате очень быстро (за несколько секунд или долей секунды) центр области звезды сжимаются до ядерных плотностей, подвергаясь одновременно процессу нейтронизации вещества,- рождается нейтронная звезда. Массы образующихся таким путём нейтронные звезды могут находиться в пределах В случае, когда появление нейтронной звезды сопровождается вспышкой сверхновой звезды, значительная часть массы звезды выбрасывается в космическое пространство, что указывает на возможность образования нейтронной звезды с массами . Но образованию нейтронной звезды, по-видимому, не всегда сопутствует вспышка сверхновой звезды (возможен «тихий» коллапс). Другую возможность появления нейтронной звезды представляет эволюция белых карликов в тесных двойных звёздных системах. Перетекание вещества со звезды-компаньона на белый карлик постепенно увеличивает его массу, и, когда она достигает , белый карлик превращается в нейтронную звезду. В этом случае (знак неравенства учитывает гравитационный дефект массы, а также возможный сброс внеш. слоев белого карлика). В случае, когда перетекание вещества продолжается и после образования нейтронной звезды, её масса может со временем значительно увеличиться. При нейтронная звезда потеряет устойчивость и в результате релятивистского гравитационного коллапса превратится в чёрную дыру.
Сильное сжатие центральных областей звёзд при переходе их в нейтронную звезду (уменьшение радиуса более чем в 100 раз) сопровождается, в силу законов сохранения момента количества движения и магнитного потока, резким возрастанием скорости вращения и величины магнитного поля. Тем самым получают естественное объяснение быстрое вращение пульсаров и их сильные магнитные поля по сравнению с обычными звёздами и белыми карликами. Происхождение сильных магн. полей пульсаров (1010-1013Э) может быть связано также с количеством механизмами их возбуждения (напр., с термомагнитными эффектами). Однако центробежные и магнитные силы у наблюдавшихся до сих пор пульсаров не столь велики, чтобы существенно влиять на их общую структуру. Поэтому строение нейтронной звезды обычно рассматривают без учёта этих эффектов (напр., пренебрегают отклонениями от сферической симметрии), а роль магнитные поля и вращения учитывают в различных процессах переноса энергии внутри и вблизи поверхности нейтронной звезды (изгибное излучение, синхротронное излучение, нейтринное излучение, лучистый перенос энергии и электронная теплопроводность).
Частота образования нейтронной звезды пока ещё не известна с желаемой точностью, что связано с неопределённостями как в теории эволюции звёзд, так и в статистике пульсаров. Обычно принимают, что в Галактике одна нейтронная звезда возникает в среднем раз в 10-30 лет. Поскольку возраст Галактики ~1010 лет, то в ней должно содержаться около миллиарда нейтронных звезд. К настоящему времени зарегистрирована лишь ничтожная часть нейтронных звезд Галактики.
Большие перспективы в изучении нейтронных звезд связываются с успехами нейтринной астрономии, которая в принципе позволяет определить параметры мощного всплеска нейтринного излучения, сопровождающего рождение нейтронной звезды. Впервые такой всплеск нейтринного излучения был зафиксирован подземными нейтринными детекторами в момент вспышки сверхновой в Большом Магеллановом Облаке 23 февраля 1987. Измерения нейтринного излучения позволяют не только непосредственно измерить дефект массы нейтронных звезд, но и проследить за самим процессом образования нейтронных звёзд.
Изучение нейтронных звезд превратилось в одну из самых увлекательных и богатых открытиями областей астрофизики. Экстремальные физические условия в нейтронных звездах делают их уникальными естественными лабораториями, представляющими обширный материал для исследования физики ядерных взаимодействий, элементарных частиц и теории гравитации.

2. Иерархия живых организмов

Все живые существа (как животные, так и растения) состоят из клеток. Из клеток строятся ткани, из тканей - различные органы и их системы. Клетки животных и растительных организмов имеют примерно одинаковое строение. Важнейшей их частью является ядро. Оно контролирует всю жизнедеятельность клетки: обмен веществ, рост и размножение. Удаление ядра из клетки приводит к ее гибели.
Ядро клетки окружено полужидкой субстанцией - цитоплазмой. Цитоплазма почти всех растений содержит небольшие белковые тельца - пластиды. В пластидах заключен хлорофилл - вещество, которое придает растениям зеленую окраску. Благодаря наличию хлорофилла, растения способны осуществлять процесс, называемый фотосинтезом. В ходе фотосинтеза растения, используя энергию солнечного света, превращают в органическое вещество громадное количество углерода (по подсчетам ученых, около 200 миллиардов тонн ежегодно).
Каждая клетка животных и растений окружена плазматической мембраной. Мембрана играет чрезвычайно важную роль в регулировании содержимого клетки: через нее проходят все питательные вещества и все отходы (продукты секреции) клетки. Растительные клетки, кроме мембраны, снабжены еще плотной клеточной стенкой. Она во многих местах имеет мельчайшего размера отверстия, через которые вещество одной клетки переходит в другую. Клеточная стенка служит опорой растительного организма.
Основные структурные различия между животными и растительными клетками немногочисленны. Во-первых, животные клетки, в отличие от растительных (исключая низшие растения), содержат небольшие тельца - центриоли, расположенные в цитоплазме. Во-вторых, как уже говорилось, клетки растений имеют в своей цитоплазме белковые образования - пластиды, которых нет у животных. И, в-третьих, клетки растений обладают упомянутой ранее клеточной стенкой, благодаря которой они сохраняют свою форму. Животные клетки располагают лишь тонкой плазматической мембраной и поэтому способны двигаться и менять форму.
Все живые организмы, то есть растения и животные, характеризуются, в той или иной степени, определенными размерами и формой, обменом веществ, подвижностью, раздражимостью, ростом, размножением и приспособляемостью. Перечисленные выше свойства отличают живое от неживых объектов. Определить же, какие существа относятся к растениям, а какие к животным, совсем не просто, как может показаться на первый взгляд. Конечно, знакомые большинству людей такие представители животного мира, как домашние животные, а растительного - различные виды деревьев, кустарников и трав не вызывают особых затруднений.
Однако в природе существует ряд организмов, которые находятся как бы посреди двух царств - растений и животных. Для примера назовем простейшее одноклеточное существо эвглену зеленую. Она двигается как животное, а питается как растение. Таким образом, эвглена представляет собой как бы переходное звено между растительным и животным миром.
Какие же свойства и различия живых организмов позволяют нам относить одни к растениям, другие к животным? Мы уже их назвали при характеристике животных и растений. Повторим еще раз наиболее важные. Во-первых, различия в способе питания, во-вторых, различия в структуре клеток и их способности к росту (у растений, в отличие от животных, некоторые клетки сохраняют способность к активному росту на протяжении всей жизни растительного организма). И, в-третьих, различия в способности к движению: большинство растений прикреплено к одному месту, значительная же часть животных ведет подвижный образ жизни.
Распутать сложную сеть родства организмов, определить степень их родства - вот задача, которую естествоиспытатели стремились разрешить в первую очередь. В результате неустанных поисков ученых в XVII веке появилась классификация, систематика, живых существ, не потерявшая своего значения до сих пор. Ее предложил великий шведский ученый-систематик Карл Линней.
Линней решил дать названия всем растениям и животным, которые были известны в его время. Окончательное завершение эта работа получила в его сочинении «Система природы», опубликованном в 1735 году. Классификацией Линнея, предложенными им названиями растений и животных, до сих пор пользуются ботаники и зоологи всего мира. Самой маленькой систематической единицей у Линнея, а также во всех системах, которые создавались уже после него, стал вид, самой крупной - тип. Во всей сложности и подробностях систематику Линнея и других мы здесь рассматривать не будем, ограничимся минимумом сведений.
Вид - совокупность (популяция) сходных особей, имеющих одинаковое строение и функции. В природе особи одного вида скрещиваются только между собой. Близкородственные виды группируются в следующую, более высокую систематическую единицу - род.
Научное (латинское) наименование животных и растений состоит из двух слов. Это позволяет избежать путаницы при классификации. Двойные названия, первое из которых обозначает род, второе - вид, получили все растения и животные. Так домашнюю кошку (сиамскую, персидскую, абиссинскую и т. п.) Линней назвал Felis domestica. К этому же роду принадлежат «царь зверей» - лев (Felis leo), тигр (Felis tigris), леопард (Felis pardus).
Подобно тому, как виды объединяются в роды, близкие роды составляют семейства, семейства - порядки, или отряды, а последние - классы. Род кошек, род собак и человеческий - все относятся к классу млекопитающих. Классы объединяются в типы. И млекопитающие, и земноводные, и птицы, и рыбы - все принадлежат к типу позвоночных; как сильно они ни разнятся между собой, для всех них характерен один общий признак - позвоночник и костный скелет.
Сегодня ученым известно, что на нашей планете имеется 31 род бактерий; 150 родов (1400 видов) сине-зеленых водорослей (общее число видов водорослей достигает 40 тысяч); около 200 тысяч видов грибов; около 16 тысяч видов лишайников; мхов - свыше 18 тысяч видов. Количество всех видов растений достигает 500 тысяч. Причем не все еще виды растений удалось открыть, и кто знает, какие еще неожиданности ждут исследователей.
Еще больше на Земле животных. Простейших одноклеточных организмов сейчас известно около 15 тысяч видов; кишечно-полостных - от 5 до 9 тысяч; червей плоских - 6500 видов; червей круглых - от 5 до 8 тысяч; червей кольчатых - до 7600 видов; млекопитающих - 12540 видов; птиц - 16 тысяч; пресмыкающихся и земноводных - 9 тысяч; рыб - 20 тысяч видов. А всего видов позвоночных - около 70 тысяч; видов всех животных, населяющих Землю, - более полутора миллионов.
Ученые пока не установили, к какому виду или подвиду животных можно отнести некоторые группы обитателей нашей планеты. В свое время Линней заметил, что все не так просто укладывается в его систему. Невозможно было не обратить внимания на гибриды и помеси, возникшие, очевидно, намного позже «сотворения мира». И верующий, но принципиальный и честный ученый, каким был Линней, высказал крамольные, с точки зрения церкви, мысли о том, что сама природа перемешала и умножила существующие виды. Уже Линней понимал, что весь живой мир в своем существовании проходит несколько ступеней изменений. И хотя шведский ученый не считал себя сторонником эволюционного учения (во времена Линнея это была теория эволюции Ламарка), позже его систематика, многочисленными фундаментальными факторами, помогла Чарлзу Дарвину создать теорию эволюции.
Постепенно становилось очевидным, что всю живую природу можно было бы сравнить с иерархической «лестницей» существ. На нижних ее ступенях - простейшие одноклеточные организмы, на верхних - бесконечно сложные существа, растения, животные и, наконец, человек.
По мере того, как мы знакомимся с жизнью ныне существующих видов, становится ясно, что каждый вид зависит еще и от других живых существ, и от тех условий, в которых он обитает. Итак, жизнь любого вида зависит от многих сложных взаимосвязей, географических особенностей расположения материков и т.д.
Комплекс представлений о макро- и микроэволюции, сложившийся к середине ХХ в., стали называть синтетической теорией эволюции.
Генетика – это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она является научной основой для разработки методов селекции, то есть создания новых пород животных, видов растений и т.д.
Основными направлениями исследований ученых-генетиков в ХХ в. стали:
1. Изучение элементарных материальных структур, которые являются носителями генетической информации, единицами наследственности.
2. Исследование механизмов и закономерностей передачи генетической информации.
3. Изучение механизмов реализации генетической информации, ее претворение в конкретные признаки и свойства организма.
4. Выяснение причин и механизмов изменения генетической информации на разных этапах развития организма.
Крупнейшие открытия современной генетики связаны с установлением способности генов к перестройке – мутирование. Мутации могут быть полезными, вредными или нейтральными. Одним из результатов мутаций может быть появление организма нового вида – мутанта. Причины мутаций (изменения генной информации) до конца не выяснены. Однако установлены основные факторы, вызывающие мутации, так называемые мутагены. Известно, например, что мутации могут вызываться некоторыми общими условиями, в которых находится организм: его питанием, температурным режимом и т.д. или действием экстремальных факторов, например, некоторых химических веществ или радиоактивных элементов. Одним из наиболее опасных видов мутагенов являются вирусы.

Задача

У молодых цыплят нет внешних заметных половых признаков, а между тем экономически целесообразно устанавливать для будущих петушков и курочек различные режимы питания. Нельзя ли для выявления пола воспользоваться тем фактом, что ген окраски находится в Х-хромосоме, причем рябая доминирует над черной? (у птиц гетерогаметный пол - женский).
Решение
У человека - гетерогаметный пол мужской, его гаметы бывают X и еще Y, а кариотип обозначают «XY».
А гомогаметный пол человека - женский, гаметы только X, а кариотип обозначают «XX»
У птиц гетерогаметным полом является женский, женская пара хромосом обозначается ZW,
а мужская - ZZ.
Поэтому в условии задачи, что «ген окраски находится в Х-хромосоме» - это терминологически неверно. Правильнее будет сказать в Z хромосоме.
От рябых (0Р) курочек-несушек и (ЧЧ) черных петушков их осеменителей в потомстве будут только черные (0Ч) цыплята-курочки и (ЧР) рябые цыплята-петушки.
P: female(0, black) * male( red, red )
F1: female(0, red) + male( red, black) - здесь нужное разделение по цвету
F2: female(0, red) + female( 0, black) + male( red, red)
Мы видим, что во втором поколении курочки обоих цветов.
Следовательно, чтобы всегда получать черных курочек и гомозиготных рябых петушков, нужно поддерживать еще две линии:
Первая:
P female(0,red) * male(red, red)
F1: female(0,red) + male( red, red ) - для постоянного получения гомозиготных рябых самцов
И вторая:
P female(0,black) * male(black, black)
F1: female(0,black) + male( black, black ) - для постоянного получения гомозиготных черных курочек.
Можно видеть, что у этих двух линий - и петушки, и курочки - одного цвета. Поэтому на ранних этапах они будут неразличимы, и, следовательно, на ранних этапах их кормить придется одинаково. Это минус к экономической целесообразности. Кроме того, сама поддержка двух изолированных друг от друга линий, затем извлечение у одной только петушков, у другой только курочек - тоже дело хлопотное.

Список литературы

1. Артемьев Т.Д. Происхождение Вселенной. М.. 2005.
2. Бочаров Н. Б. Строение Вселенной. М., 2006.
3. Васильев К.А. Методы изучения Вселенной. М., 2005.
4. Ващекин Н.П. Концепции современного естествознания. М., 2000
5. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 1998.
6. Дайсон Ф., Тер Хаар Д., Нейтронные звёзды и пульсары, пер, с англ., М., 1973
7. Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Теория тяготения и эволюция звёзд, М., 1971.
8. Исаева Н.Д. Проблемы современных теорий возникновения Вселенной. М., 2006.
9. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. М., 1997.
10. Коваленко А.А. Зарождение Жизни. М., 2006.
11. Потев М.И. Концепции современного естествознания. СПб., 1999.
12. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. М., 2000.
13. Сассон А. Биотехнология в познании человека. М., 1989.
14. Тейлер Р., Строение и эволюция звёзд, пер. с англ. М., 1973.


Скачиваний: 2
Просмотров: 11
Скачать реферат Заказать реферат