В чем заключаются принципиальные особенности энергетики жизнеобеспечения: В чем заключаются принципиальные особенности энергетики жизнеобеспечения

В чем заключаются принципиальные особенности энергетики жизнеобеспечения

Все животные черпают энергию для поддержания жизни в пище, да еще иногда за счет согревания под лучами солнца. Соответственно, производимая ими работа осуществляется только за счет их естественной мощности – мускульной силы.

Единственное исключение на планете составляет человек, который сначала освоил запасы законсервированной солнечной энергии в виде органического топлива : древесины, угля, нефти и газа, а совсем недавно приступил к использованию атомной энергии. Совершенно очевидно, что только освоение человеком энергетических запасов обеспечило появление промышленности, основанной на коренном преобразовании природных материалов (например, выплавка и обработка металлов). Эта уникальная способность человечества позволила ему создать мощный производственный потенциал, почти полностью заменивший мускульную силу в функционировании общеземной системы жизнеобеспечения человечества.

Производимая животными работа может быть направлена на некоторое преобразование среды обитания: постройку гнезд, выкапывание нор, даже сооружение плотин. Но они используют мощность только собственных мышц, а объединение усилий для согласованных действий возможно только в пределах семьи или небольшой группы. Поэтому средопреобразующая деятельность животных незначительна и ограничивается лишь местными участками. Сколько-нибудь масштабные результаты такой микропреобразующей работы проявляются по истечении длительного времени – сотен или тысяч лет.

Мощная энергия, направляемая людьми на изменение среды обитания в целях повышения комфортности своего существования, все быстрее преобразует окружающую природную среду: в древности – за тысячелетия, в средние века – за столетия, сейчас – за немногие годы.

Все виды на Земле приспосабливаются – адаптируются к среде обитания, к меняющимся условиям жизни. Только человек с помощью освоенных им энергоресурсов приспосабливает (адаптирует) среду своего обитания к собственным потребностям, коренным образом и в краткие сроки преобразует природу Земли.

Энергетика в системе национального хозяйства

Теоретические основы, сущность и принципы формирования рынка

Содержание лекции:

—место энергетики в национальном хозяйстве Казахстана.

Цели лекции:

– изучение особенностей энергетики и специфика ее работы в рыночных условиях.

Энергетическое хозяйство РК представляет собой комплекс устройств и процессов, необходимых для обеспечения национального хозяйства ТЭР в виде топлива, электрической и тепловой энергии, холодной и горячей воды, кондиционированного воздуха.

В энергетике выделяются два направления: 1- энергодобывающие (угольная, газовая, нефтяная, атомная..) и энергопроизводящие (электро и теплоэнергетика) и 2- энергопотребляющие.

Электроэнергетика и теплоэнергетика являются базовыми отраслями экономики РК и являются основой развития отраслей экономики страны и фактором обеспечения комфортных условий населения. ТЭК – очень капиталоемкая отрасль, на развитие топливной промышленности и электроэнергетики расходуется до 40% суммарных капитальных вложений в промышленность.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) представляет собой сложную и развитую систему добычи природных энергоресурсов, их обогащение, преобразование, передачу, потребление, распределение полученных видов энергии и потребление ее в народном хозяйстве.

Неразрывная цепочка добычи, преобразования, передачи, распределения, потребления энергии определяет технологическое единство ТЭК.

Технологическое единство ТЭК делает субъектов энергорынка взаимозависимыми, что способствует развитию естественной монополии.

Монополизм электроэнергетики затрудняет развитие рыночных отношений между производителями и потребителями энергии. Для решения этой проблемы в Республике Казахстан создан КОРЭМ, в задачи которого входит:

— развитие конкуренции между производителями и поставщиками и свобода выбора поставщиков;

— государственное регулирование тарифа на передачу и распределение энергии;

— централизованное, оперативное, техническое и коммерческое диспетчерское управление.

Отличительные особенности энергетики от других отраслей национального хозяйства заключаются в следующем:

1. Невозможность запасать электроэнергию, в связи с чем возникает постоянное единство производства и потребления.

2. Зависимость объёмов производства от потребителей и невозможность наращивания объёмов производства энергии по желанию только энергетиков.

3. Необходимость оценки объёмов производства и потребления не только в расчёте на год, но и часовых нагрузок.

4. Необходимость бесперебойного энергоснабжения потребителей.

5. Планирование энергопотребления на каждый час и сутки в течение года.

6. Взаимозаменяемость топливно-энергетических ресурсов.

Дата добавления: 2014-01-04 ; Просмотров: 163 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

При движении вдоль пастбищной пищевой цепи от одного уровня к другому вместе с уменьшением количества живого вещества на каждом уровне увеличивается качество энергии, запасенной в этом веществе (рис.8.2).

Для того, чтобы образовать 1 ккал биомассы хищника, требуется около 10000 ккал энергии солнечного света, или 10 ккал биомассы травоядных животных (под биомассой понимают живое вещество, выраженное в сухом весе или энергетическом эквиваленте). Соответственно качество энергии, накопленной в биомассе хищников, в 10 раз выше, чем в биомассе травоядных. Это более высокое качество проявляется в управляющем воздействии, которое оказывают организмы данного трофического уровня на организмы предыдущего уровня. Хищники регулируют жизнь травоядных, в свою очередь травоядные регулируют фитоценоз.

Этот принцип характерен не только для биосистем, но является общим для всех процессов преобразования энергии. Любым потоком энергии можно управлять только с помощью энергии более высокого качества. Например, с помощью электроэнергии достаточно просто управлять потоками тепловой энергии, но вот добиться обратного можно только, если предварительно повысить качество тепловой энергии, например существенно увеличив ее температуру. Электроэнергия имеет достаточно высокое качество по сравнению с другими видами энергии, поэтому именно она наиболее часто используется в устройствах автоматики.

Чтобы получить энергию более высокого качества, требуется пройти цепь превращений энергии, аналогичную пищевой цепи экосистемы. С каждым звеном этой цепи качество энергии будет повышаться, но только за счет уменьшения того количества энергии, которое удалось сконцентрировать в данном преобразовании. Например, мы можем получить электроэнергию, сжигая уголь. Но на каждые 500 ккал энергии, выделившейся при сжигании угля, мы сможем получить только 125 ккал электроэнергии. Остальная энергия будет рассеяна как плата за увеличение качества отдельной порции энергии. Это прямое следствие принципа Онзагера: можно добиться уменьшения энтропии (повышения качества энергии) в одном из процессов только за счет еще большего увеличения энтропии в других процессах, сопряженных с ним.

На формирование этих самых 500 ккал угля в свое время было затрачено около 1000000 ккал солнечной энергии. То есть солнечная энергия обладает сравнительно низким качеством. Чтобы солнечный свет выполнял ту же работу, которая производится сейчас углем или нефтью, нужно сконцентрировать ее в 2000 раз. Поэтому надежды человека на непосредственное использование солнечной энергии вряд ли оправданы. Это только живые организмы могут кропотливо, по крупинке концентрировать энергию. Но на это требуется время, что современный человек, привыкший к бешеным скоростям, позволить себе не может. Однако придется. Иначе биосфера не вынесет нашего присутствия. Именно поэтому Дж. Форрестер сказал, что «золотой век нашей цивилизации уже позади».

Таким образом, с каждым шагом вдоль трофической цепи возрастает степень управляющего воздействия организмов на природу. Внешне это выражается в усложнении и совершенствовании структуры организмов по ходу трофической цепи. В некоторых случаях это можно наблюдать в результате простого сравнения анатомии животных, например, птицы и гусеницы. Но попробуйте, например, сравнить анатомию волка и овцы! Особых различий, говорящих о более сложном и совершенном строении волка, найти не просто. Здесь определяющее значение имеет не столько особенности строения тела, сколько различия в сложности мозговых структур.

Другими словами, по мере повышения качества энергии с каждым трофическим уровнем, это качество реализуется не только в усложняющейся с каждым шагом физиологии организмов, но и во все более усложняющемся поведении, во все более развитой психике, вплоть до возникновения сознания у человека. Это еще раз говорит о сложности самого понятия энергии, которая в данном случае поворачивается к нам достаточно непривычной стороной, а именно, как мера хранения информации, расходуемой в процессах управления (согласно современным представлениям, информация есть мера концентрации энергии, то есть величина, обратная энтропии).

В настоящее время наиболее мощные управляющие функции в биосфере несет на себе человек. Следуя логике рассуждений, мы должны стоять в пищевой цепи после всех хищников. Однако мы вовсе не питаемся хищниками (разве что только некоторыми хищными рыбами). Мы едим мясо, но в основном это мясо растительноядных животных. Кроме того, большую долю в нашем рационе составляет растительная продукция. Но, тем не менее, именно мы наиболее сильно влияем на биосферу.

Если исходить из строения тела, то человек вообще не является хищником. В природе очень просто выяснить, какая роль возложена на какой-то конкретный вид. Природа дает каждому виду организмов все необходимое ему для жизни. Хищник должен убивать и питаться мясом. Для этого у него есть когти и клыки, острые зубы, приспособленные для отрывания кусков мяса, которые он не жует, а проглатывает, потому что зубы его не приспособлены для жевания, достаточно короткий пищевод, чтобы продукты разложения мяса как можно быстрее выводились из организма и т.п. У человека нет клыков, ему чуждо убийство (прежде, чем убить даже кролика или мышь в первый раз, человек должен преодолеть некий психологический барьер, то есть сломать свою природу). Более того, человеку противно даже видеть кровь или растерзанное тело, на чем построены многие фильмы ужасов. Эти реакции во многом напоминают реакции травоядных животных на вид крови и мяса. Они в панике бегут от запаха крови. Попробуйте съесть сырого мяса, которое так любят хищники, или выпить крови! Только немногие люди, полностью сломавшие свои инстинкты, способны на такое. Но человек научился обманывать себя. Он научился убивать издалека, не пачкая руки в крови. Многие видят мясо только в «приготовленном» виде. Это несколько притупляет внутреннее отторжение, которое особенно ярко выражено у детей, еще не евших никогда мяса.

Анатомическое строение человека свидетельствует, что природа выделила нам совсем другое место в пищевой сети. Мясо, в отличие от растительной пищи, переваривается в кислотной среде. Поэтому его, по сути дела, нельзя жевать, потому что, смачивая слюной, мы подвергаем мясо щелочной обработке. Но желудок в это время уже готовит для него кислотную среду. Как известно, щелочь и кислота нейтрализуют друг друга. Поэтому мясо плохо переваривается в желудке, особенно если мы едим его, например, с хлебом, для переваривания которого требуется совсем другой состав желудочных соков. Двигаясь по длинному кишечнику человека, мясо начинает, попросту говоря, портиться, обогащая нашу кровь токсинами, после чего мы удивляемся, почему нас иногда мучают беспричинные головные боли. В древнем мире существовала такая казнь: приговоренного к смерти человека кормили только мясом, не давая больше ничего. Для нормального функционирования кишечника человека обязательно нужна клетчатка. Кишечник приговоренного заполнялся фекалиями и человек умирал после нескольких недель такой жизни.

Многие рассуждают примерно так: «Да, природа не дала нам когтей и клыков, но она дала нам разум, чтобы мы сделали себе их заменители, например, нож, значит мы хищники». Это не совсем разумные доводы. Один из самых мощных деструкторов в природе это огонь. Мы тоже, благодаря мощи своего разума, используем огонь для кремации трупов, уничтожения мусора и т.п. Для разрушения отходов мы иногда используем и более наукоемкие способы разрушения веществ. То есть в данном случае мы выступаем в роли деструкторов, редуцентов, возвращая вещества в круговорот жизни. Но ведь это же не говорит о том, что природа создала нас редуцентами, или проще говоря падальщиками. Особенность человеческой цивилизации в том, что человек постепенно захватывает в природе все большее количество экологических ниш. Мы давно перестали довольствоваться выделенным нам природой местом в трофической системе биосферы. Мы довольно долго вытесняли хищников, обрекая их почти на поголовное истребление. Видя, что природные редуценты не справляются с антропогенным загрязнением природы, мы вынуждены осваивать и их экологические ниши. Мы уже всерьез говорим о синтезе искусственной пищи, то есть, по сути дела, претендуем на экологические ниши автотрофов. Мы ставим себя во все звенья механизмов гомеостаза. Прямое следствие этого — обеднение видового разнообразия жизни на планете. Но разнообразие повышает устойчивость биосферы. Значит, наша деятельность грозит биосфере потерей устойчивости, то есть гибелью. Неужели природа создала нас для того, чтобы мы ее погубили? К счастью, отличительной чертой всех экосистем, в том числе и биосферы, является то, что они не погибают, они заменяются новыми экосистемами, иногда очень обедненными, но все же живыми. Нам не удастся погубить жизнь на планете, но вот существенно изменить строение биосферы, как это произошло, например, в эпоху гибели динозавров, нам похоже под силу. Может в этом и состоит наша роль на планете? Может быть, мы проводим черту между эпохами?

Многие сторонники мясной пищи почему-то ссылаются на Библию, говоря, что сам Бог заповедал нам есть мясо. Нет там этого. «И сказал Бог: вот, Я даю вам всякую траву, сеющую семя, какая есть на всей земле, и всякое дерево, у которого плод древесный, сеющий семя, — вам сие будет в пищу» [Бытие, 1:29]. Анатомическое строение человека свидетельствует о том, что идеальной пищей для нас являются плоды и семена растений. Вот наше место в природе.

Почему же мы предпочитаем мясо? Мясо очень калорийно. В нем запасено больше свободной энергии, чем в растительной пище. Кроме того, в нем много белков, близких по составу тем белкам, которые требуются нам для строения нашего тела. То есть существенно облегчается процесс синтеза необходимых белков. Правда, если так рассуждать, то наиболее предпочтительным является мясо представителей своего же вида. То есть каннибализм (людоедство) имеет определенное логическое обоснование. Однако давно замечено, что племена каннибалов подвержены постепенному вырождению. По-видимому, это происходит потому, что полученные с пищей практически в готовом виде белки содержат в своей структуре определенные особенности, характерные только для того организма, который их синтезировал. Но в виду похожести строения белков эти особенности не распознаются, и когда такие белки используются при построении уже другого организма, в него тем самым проникает чужая генетическая информация, накопление которой в данном организме приводит его к болезням и гибели. Другое дело, когда белки синтезируются непосредственно в данном организме из простейших компонентов. Чем проще компоненты, тем больше энергии потребуется для синтеза необходимых белков, но тем точнее будет воспроизведена структура белка, закодированная в соответствующем фрагменте молекулы ДНК именно данного организма, а не какого-то другого.

Поэтому те, кто питается мясом, вынуждены параллельно потреблять достаточно грубую пищу, содержащую наиболее простые компоненты для синтеза белков. Этим самым чуждая информация в организме «разбавляется» и частично нейтрализуется свежей, «родной» информацией. Такие простые компоненты содержит, например, зелень (салат, петрушка, щавель и т.п.). В более сложных случаях, когда в организме уже идет явный разбаланс, требуется более тщательный подбор трав, которые в данном случае мы уже называем лекарственными. Не обязательно пользоваться травами, можно получить необходимые компоненты в более концентрированном виде в аптеке по рекомендации врача. Другими словами, мясная пища предполагает практически неизбежное введение в свой рацион лекарства.

Можно ли жить без лекарств? Можно. Для этого нужно прислушаться к природе и занять то место в трофической системе, которое она нам выделила. Овощи, фрукты, ягоды, семена — вот настоящая еда человека. В отличие от зелени, эта пища незначительно уступает по калорийности мясу, так как в своих плодах растения концентрируют большую энергию и самые отборные питательные вещества, потому что они должны питать новую поросль. В то же время структура растительных белков отличается от структуры животных белков, поэтому нашему организму приходится волей-неволей привлекать для синтеза требуемых белков свою собственную генетическую информацию, что защищает организм от накопления нераспознаваемых ошибок. Огромный избыток семян и плодов, создаваемых растениями по сравнению с тем, сколько их необходимо для поддержания богатства жизни, говорит о том, что природа заранее знает, что многие из этих плодов пойдут в пищу гетеротрофам. Поэтому потребление плодов вписано в алгоритмы природы и не является порочным, как это пытаются представить многие противники вегетарианства в ответ на призыв к милосердию по отношению к животным.

Получается, что в трофической сети, мы занимаем место растительноядных животных. Почему же наше управляющее воздействие на природу превышает воздействие хищников?

Дело в том, что энергетика человека в большей своей части вынесена за пределы человеческого тела в сферу его производственной деятельности. Мы продолжаем тенденцию к концентрации энергии, которая прослеживается в пищевых цепях, но для этого мы используем не свое тело, а плоды своих рук. Например, мы концентрируем массивы угля в одном месте, где непрерывно его сжигаем, концентрируя высвободившуюся тепловую энергию, преобразуя ее в электроэнергию, за счет которой мы упорядочиваем минеральное царство, придавая ему форму жилых домов, машин, произведений искусства и т.п. Более того, мы вносим в мир определенность, упорядочивая хаос непонимания, путем четкой фиксации в своем сознании законов природы, знание которых мы используем затем для еще большей концентрации энергии. Правда, за все это приходится платить еще большим количеством разрушения. Ведь правило десяти процентов никто не отменял (конкретное значение может варьироваться).

Мы действительно сильнее хищников, мы действительно «питаемся» хищниками и не только хищниками, но и месторождениями полезных ископаемых, массивами лесов, ландшафтами, морями (например, мы почти уже «выпили» Аральское море) и многим-многим другим. Но наши «органы пищеварения» находятся внутри тела цивилизации, а не внутри наших тел. Поэтому мы даже не заметили, как разрослись эти органы и «съели» уже практически всю природу. В этом главная особенность энергетики человека.

Использование орудий и энергии. — Студопедия

Поделись  

Особенности пищевых и информационных связей человека

Пищевые связи

Как и в глубокой древности, современному человеку для поддержания жизнедеятельности требуется физиологическая норма – примерно 2500 ккал в сутки. В этом его биологическая сущность за многие тысячелетия практически не изменилась. Естественно, что древние предки человека – собиратели и охотники – на добывание пищи не могли тратить больше энергии, чем получали, поедая добычу. Пищевые (трофические) связи были простыми и непосредственными: потратил свою мускульную энергию на добывание пищи, съел добытое и восстановил свои энерготраты. Но обязательно с превышением, чтобы осталось на процессы жизнедеятельности и согревание организма. Кроме того, добычи должно было хватить более слабым членам племени, не участвующим в охоте: детям, женщинам, старцам.

В производство современной пищи человек имеет возможность вкладывать мощные дополнительные энергоресурсы: топливо для машинной обработки почвы, транспортировки и переработки сельскохозяйственной продукции, энергию для производства удобрений. Эти энергетические вложения многократно превосходят мускульную силу человека. Благодаря им многократно повысилась продуктивность обрабатываемых земель. Значит, с территории, где в древности мог прокормиться всего один собиратель съестного, сейчас возможно собрать урожай, достаточный для многих тысяч человек. Пищевые связи значительно изменились, стали сложными, в них включилось множество энергопотребляющих посредников. В эпоху собирательства первобытных людей на 500 га мог прокормиться только 1 человек, который затрачивал на сбор пищи только собственную мускульную энергию (рис. 1). При появлении примитивного земледелия на 500 га могли прокормиться 100–200 человек, но энергетические затраты на обработку почвы, посев и сбор урожая возросли в 20–30 раз за счет мускульной энергии людей и домашних животных, применения простейших сельскохозяйственных орудий. При современном высокомеханизированном сельском хозяйстве 500 га могут прокормить 2–5 тыс. человек, а энергетические траты за счет работы сельхозмашин и транспорта, применения удобрений и использования механизмов по переработке первичной сельскохозяйственной продукции возросли в 20–50 тыс. раз. Энергетическая цена 1 ккал конечной, потребляемой современным человеком пищи возросла примерно в 10 раз. Стало быть, при сохранившейся с древности физиологической норме в 2500 ккал современному человеку требуется на ее производство уже 25 000 ккал. Но получать ее можно с площади в тысячи раз меньшей, чем в доисторические времена.

Главные особенности пищевых связей современного человечества – их усложнение, удлинение и примерно десятикратное возрастание энергетической цены производства каждой калории конечной пищевой продукции при тысячекратном уменьшении необходимой для этого площади. В результате общая экологическая (в данном случае – трофическая, пищевая) емкость среды обитания человечества возросла во много тысяч раз.

Информационные связи

Все живые существа способны обмениваться информацией с себе подобными для согласования своих действий и ответных реакций на проявление факторов среды. При этом, во-первых, используемые ими сигналы, как правило, просты и конкретны: предупреждение об опасности, сообщение о пище, обращение к половому партнеру или потомству и т. п. (рис. 2, 3). Во-вторых, дистанция их действия ограничена: от непосредственного физического контакта до сотен метров или нескольких километров. В-третьих, информативные сигналы фиксируются крайне редко и в простейшей форме (“здесь был я” – через пахучие метки). Например, медведь наносит свою метку как можно выше, чтобы информировать других медведей о своем росте и, следовательно, силе. Накопление такой информации, ее прямая передача и непосредственное использование вторыми и последующими поколениями (“внуками” и далее) невозможны.

Информационные связи в природных популяциях обеспечивают передачу конкретных сигналов на ограниченную дистанцию в течение ограниченного времени.

У подавляющего большинства видов информационные связи обеспечивают согласованные действия только относительно небольшого числа особей – единиц, десятков, очень редко сотен. Это половые партнеры, семьи, соседи, члены стаи. Исключения составляют общественные насекомые: осы, пчелы, шмели, муравьи. Показательно, что именно эти виды демонстрируют впечатляющие успехи, например в сборе и заготовке пищи. А колонны бродячих муравьев, повергающие в панику всех обитателей тропических джунглей, – убедительная иллюстрация мощи согласованных действий миллионов особей, их непреодолимого давления на окружающую среду.

Уровень развития информационных связей в человеческом обществе качественно иной. Во-первых, человек создал систему сложных сигналов – слов и фраз, в которых кодируется любая информация: как конкретно-описательная, так и абстрактно-логическая. Во-вторых, человек разработал технические средства, благодаря которым дальность действия информационных сигналов в пределах Земли стала практически безграничной, а скорость их передачи практически мгновенной. В-третьих, человек научился фиксировать информацию (рисунки, письменность, магнитная и электронная память), накапливать ее (книги, архивы, музеи, фоно- и видеотеки, информационные банки) и передавать в пользование всем последующим поколениям.

Информационные связи человечества насыщены сигналами любой сложности, они способны не только единовременно охватить всю ныне живущую видовую популяцию, но и адресованы всем будущим поколениям.

Очевидно, что такой уровень развития информационных связей обеспечивает согласованные общественные действия большого числа людей, в том числе неродственных друг другу: многих сотен, тысяч, миллионов. Это производственные, научные, образовательные, военные и иные коллективы, жители городов и поселков, население государств. В принципе они способны обеспечить координацию взаимодействий всей видовой популяции, человечества в целом. Способность к взаимодействиям со средой обитания в форме согласованных общественных действий означает, что человечеству свойственны экосоциальные связи с окружающим миром.

Согласованные действия тысячекратно усиливают мощь давления человеческих коллективов на среду обитания, несоизмеримого с ее способностью к сопротивлению. Это обстоятельство таит в себе угрозу полного разрушения природы Земли. Поэтому коллективное воздействие на природную среду безотлагательно требует разумного, осторожного управления, ориентированного на перспективу устойчивого развития человечества и природы.

Вопросы.

1. Каким животным и в какой форме свойственна химическая сигнализация?

2. Каковы социальные особенности трофических и информационных связей человечества?

Использование орудий и энергии.

Орудийная деятельность. Подавляющее большинство видов животных воздействует на среду только через свои индивидуальные качества (сила, скорость, маневренность) с использованием «личного оружия»: зубы, клювы, когти и т. п. (главным образом для нападения), быстрые ноги, камуфляж, прочные покровы, ядовитые железы и т. п. (главным образом для защиты). Эти средства помогают животным трудиться с большей отдачей от энергетических трат: успешнее добывать пищу, обороняться от врагов, строить жилища. Лишь очень немногие виды птиц и млекопитающих научились повышать эффективность своего труда по добыванию пищи с помощью различных предметов (костей, палок, камней, колючек и т. п.). Такие случаи в природе исключительно редки.

Человек свое личное природное «оружие» — руку — намного удлинил и усилил с помощью самых разнообразных орудий охоты и труда. Древние люди с помощью копья могли добывать животных с расстояния 10—20 м. Современные охотники добывают дичь с помощью обычного ружья на расстоянии 30—50 м, а винтовки — до 100 м и далее. Мощные космические ракеты могут быть использованы в будущем для предотвращения падения на Землю крупных астероидов (типа Тунгусского метеорита и крупнее), уничтожая их (или изменяя траекторию дальнейшего полета) на расстоянии сотен тысяч километров от нашей планеты. У первобытных людей орудийная деятельность начиналась с использования готовых предметов (камни, палки), качество которых впоследствии они научились улучшать за счет первичной обработки (обтесывание, обкалывание, привязывание). В настоящее время все орудия труда специально изготовляются человеком.

В природных популяциях орудийная деятельность — редкое исключение. Человечество, напротив, самое мощное давление на природу оказывает опосредованно, через орудия, машины, механизмы. В этом заключается еще одно важное отличие экосоциалъных связей современного человечества.

Энергетика жизнеобеспечения. Все животные черпают энергию для поддержания жизни в пище, да еще иногда за счет согревания под лучами солнца. Соответственно, производимая ими работа осуществляется только за счет их естественной мощности — мускульной силы.

Единственное исключение на планете составляет человек, который сначала освоил запасы законсервированной солнечной энергии в виде органического топлива: древесины, угля, нефти и газа, а совсем недавно приступил к использованию атомной энергии. Совершенно очевидно, что только освоение человеком энергетических запасов обеспечило появление промышленности, основанной на коренном преобразовании природных материалов (например, выплавка и обработка металлов). Эта уникальная способность человечества позволила ему создать мощный производственный потенциал, почти полностью заменивший мускульную силу в функционировании общеземной системы жизнеобеспечения человечества.

Производимая животными работа может быть направлена на некоторое преобразование среды обитания: постройку гнезд, выкапывание нор, даже сооружение плотин. Но они используют мощность только собственных мышц, а объединение усилий для согласованных действий возможно только в пределах семьи или небольшой группы. Поэтому средопреобразующая деятельность животных незначительна и ограничивается лишь местными участками. Сколько-нибудь масштабные результаты такой микропреобразующей работы проявляются по истечении длительного времени — сотен или тысяч лет.

Мощная энергия, направляемая людьми на изменение среды обитания в целях повышения комфортности своего существования, все быстрее преобразует природную среду: в древности — за тысячелетия, в средние века — за столетия, сейчас — за немногие годы.

Все виды на Земле приспосабливаются — адаптируются к среде обитания, к меняющимся условиям жизни. Только человек с помощью освоенных им энергоресурсов приспосабливает (адаптирует) среду своего обитания к собственным потребностям, коренным образом и в краткие сроки преобразует природу Земли.

Примеры и дополнительная информация
1. Орудийная деятельность выявлена у насекомых, птиц, млекопитающих. Орудием считается любой посторонний предмет, который используется животным как продолжение какой-либо части тела (челюстей, клюва, лапы) для достижения определенной цели (чаще всего — для получения пищи).

Живущий на Галапагосских островах дятловый вьюрок выгоняет насекомых из их ходов и трещин древесной коры тонкой палочкой или колючкой кактуса. В Африке хищная птица — стервятник умеет разбивать прочную скорлупу страусиных яиц, бросая на них клювом камни. Необычные случаи орудийной деятельности наблюдали во Флориде, США. Возле скопления туристов голубая цапля подбирала несъедобные для нее зерна воздушной кукурузы и бросала их на мелководье, приманивая рыбок. Всего выявлено около 30 видов птиц, способных использовать орудия для добывания пищи.

В северной части Тихого океана живут каланы (морские выдры). Плавая на спине, они разбивают раковины моллюсков и панцири морских ежей о плоские камни, которые кладут себе на грудь. В Африке шимпанзе добывают термитов, засовывая стебелек травы или тонкий прутик в термитник, а затем слизывая с него насекомых. Они также пользуются палками, чтобы разрушать гнезда диких пчел и добывать мед, выковыривать личинок из трухлявых пней или выкапывать съедобные корни из земли. В неволе шимпанзе используют палки и разного рода подставки, чтобы дотянуться до высоко подвешенных фруктов

2. Случайное использование и, возможно, поддержание первобытными людьми зажженного молнией огня насчитывает около 0,5 млн лет. Примерно 50 тыс. лет назад человек сам научился добывать огонь от искр при ударе кремнем о кремень или с помощью трения. Около 20 тыс. лет назад потребление энергии всеми людьми было в 10 млн раз меньше, чем сейчас. Именно за счет этого миллионно- кратного роста использования найденных и присвоенных человеком запасов солнечной энергии, законсервированной в органическом топливе, создан и функционирует весь комплекс современного жизнеобеспечения человечества.
Но если бы никто из наших отдаленных предков, греясь у подожженного молнией дерева, не догадался подбросить в угасающий костер несколько новых веток, мы так бы и жили сейчас в пещерах.

Вопросы.
1. В чем заключаются основные отличия использования орудий животными и человеком?
2. Каким образом обеспечивают себя энергией животные?
3. В чем заключаются принципиальные особенности энергетики жизнеобеспечения человечества?



1.7: Темы и концепции биологии — свойства жизни

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Безграничный
• Безграничный

Цели обучения

• Описать свойства жизни

Все живые организмы имеют несколько общих ключевых характеристик или функций: порядок, чувствительность или реакция на окружающую среду, размножение, рост и развитие, регуляция, гомеостаз и переработка энергии. Если рассматривать эти восемь характеристик вместе, они определяют жизнь.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Многоклеточные организмы. Жаба представляет собой высокоорганизованную структуру, состоящую из клеток, тканей, органов и систем органов.

Заказать

Организмы — это высокоорганизованные координированные структуры, состоящие из одной или нескольких клеток. Даже очень простые одноклеточные организмы удивительно сложны: внутри каждой клетки атомы составляют молекулы; они, в свою очередь, составляют клеточные органеллы и другие клеточные включения. В многоклеточных организмах подобные клетки образуют ткани. Ткани, в свою очередь, совместно создают органы (структуры тела с определенной функцией). Органы работают вместе, образуя системы органов.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Реакция на раздражители. Листья этого чувствительного растения (Mimosa pudica) мгновенно свисают и складываются при прикосновении. Через несколько минут растение приходит в норму.

Чувствительность или реакция на раздражители

Организмы могут реагировать на различные раздражители. Например, растения могут расти к источнику света, взбираться на заборы и стены или реагировать на прикосновение. Даже крошечные бактерии могут двигаться к химическим веществам или от них (процесс, называемый хемотаксис) или свету (фототаксис). Движение к раздражителю считается положительной реакцией, а движение в сторону от раздражителя считается отрицательной реакцией.

Размножение

Одноклеточные организмы размножаются, сначала дублируя свою ДНК. Затем они делят его поровну, поскольку клетка готовится к делению, чтобы сформировать две новые клетки. Многоклеточные организмы часто производят специализированные репродуктивные зародышевые клетки, из которых формируются новые особи. Когда происходит размножение, гены, содержащие ДНК, передаются потомству организма. Эти гены гарантируют, что потомство будет принадлежать к одному и тому же виду и будет иметь схожие характеристики, такие как размер и форма.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Репродукция: Хотя нет двух одинаковых котят, эти котята унаследовали гены от обоих родителей и имеют много общих характеристик.

Рост и развитие

Все организмы растут и развиваются в соответствии с определенными инструкциями, закодированными их генами. Эти гены предоставляют инструкции, которые будут направлять клеточный рост и развитие, гарантируя, что детеныши вида вырастут и проявят многие из тех же характеристик, что и их родители.

Правило

Даже мельчайшие организмы имеют сложную структуру и требуют множественных регуляторных механизмов для координации внутренних функций, реагирования на раздражители и преодоления стрессов окружающей среды. Двумя примерами внутренних функций, регулируемых в организме, являются транспорт питательных веществ и кровоток. Органы (группы тканей, работающих вместе) выполняют определенные функции, такие как перенос кислорода по всему телу, удаление отходов, доставка питательных веществ к каждой клетке и охлаждение тела.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Гомеостаз. Белые медведи (Ursus maritimus) и другие млекопитающие, живущие в покрытых льдом регионах, поддерживают температуру своего тела, выделяя тепло и уменьшая потери тепла через толстый мех и плотный слой жира под их кожа.

Гомеостаз

Для нормального функционирования клеткам необходимы соответствующие условия, такие как правильная температура, pH и соответствующая концентрация различных химических веществ. Однако эти условия могут меняться от одного момента к другому. Организмы способны поддерживать внутренние условия в узких пределах почти постоянно, несмотря на изменения внешней среды, за счет гомеостаза (буквально «устойчивое состояние») — способности организма поддерживать постоянные внутренние условия. Например, организму необходимо регулировать температуру тела с помощью процесса, известного как терморегуляция. Организмы, живущие в холодном климате, такие как белый медведь, имеют структуру тела, которая помогает им выдерживать низкие температуры и сохранять тепло тела. Структуры, которые помогают в этом типе изоляции, включают мех, перья, ворвань и жир. В жарком климате у организмов есть методы (например, потоотделение у людей или тяжелое дыхание у собак), которые помогают им сбрасывать избыточное тепло тела.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Обработка энергии: Калифорнийский кондор (Gymnogyps californianus) использует химическую энергию, получаемую из пищи, для обеспечения полета.

Переработка энергии

Все организмы используют источник энергии для своей метаболической деятельности. Некоторые организмы улавливают энергию солнца и превращают ее в химическую энергию в пище; другие используют химическую энергию в молекулах, которые они потребляют в качестве пищи.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Адаптация плоскохвостой рогатой ящерицы: у этой ящерицы уплощенное тело и окраска, помогающая маскироваться; оба эти свойства являются адаптивными чертами, помогающими ей избегать хищников.

Эволюция

Поскольку популяция организмов взаимодействует с окружающей средой, особи с чертами, способствующими размножению и выживанию в этой конкретной среде, оставят больше потомства. Со временем эти полезные черты (называемые адаптацией) станут более распространенными в популяции. Этот процесс, изменяющийся во времени, называется эволюцией, и это один из процессов, объясняющих разнообразие видов, наблюдаемых в биологии. Адаптации помогают организмам выживать в своих экологических нишах, а адаптивные черты могут быть структурными, поведенческими или физиологическими; как таковые, адаптации часто включают другие свойства организмов, такие как гомеостаз, размножение, рост и развитие.

Ключевые моменты

• Порядок может включать в себя высокоорганизованные структуры, такие как клетки, ткани, органы и системы органов.
• Взаимодействие с окружающей средой проявляется реакцией на раздражители.
• Способность воспроизводиться, расти и развиваться — определяющие черты жизни.
• Концепции биологической регуляции и поддержания гомеостаза являются ключом к выживанию и определяют основные свойства жизни.
• Организмы используют энергию для поддержания своих метаболических процессов.
• Популяции организмов эволюционируют, чтобы произвести особей, приспособленных к их специфической среде.

Ключевые термины

• фототаксис : Движение организма к источнику света или от него
• ген : единица наследственности; функциональные единицы хромосом, определяющие специфические характеристики путем кодирования специфических белков
• хемотаксис : движение клетки или организма в ответ на химический стимулятор

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Безграничный

   Количество столбцов печати

   Два

   Печать CSS

   Плотный

   Лицензия

   CC BY-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. Свойства жизни

1.

1.1: Свойства жизни — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Развитие навыков

• Определение и описание свойств жизни
• Опишите уровни организации живых существ
• Распознать и интерпретировать филогенетическое дерево
• Перечислите примеры различных разделов биологии

Биология — это наука, изучающая жизнь, но что такое жизнь? Это может показаться глупым вопросом с очевидным ответом, но не всегда легко дать определение жизни. Например, раздел биологии, называемый вирусологией, изучает вирусы, которые обладают некоторыми характеристиками живых существ, но лишены других. Оказывается, хотя вирусы могут атаковать живые организмы, вызывать болезни и даже размножаться, они не соответствуют критериям, которые биологи используют для определения жизни. Следовательно, вирусологи, строго говоря, не являются биологами. Точно так же некоторые биологи изучают раннюю молекулярную эволюцию, которая привела к возникновению жизни; поскольку события, предшествовавшие жизни, не являются биологическими событиями, эти ученые также исключены из биологии в строгом смысле этого слова.

С самого начала своего существования биология боролась с тремя вопросами: какие общие свойства делают что-то «живым»? И как только мы узнаем, что что-то живое, как нам найти значимые уровни организации в его структуре? И, наконец, столкнувшись с удивительным разнообразием жизни, как мы организуем различные виды организмов, чтобы лучше понять их? Поскольку каждый день открываются новые организмы, биологи продолжают искать ответы на эти и другие вопросы.

Свойства жизни

Все живые организмы имеют несколько общих ключевых характеристик или функций: порядок, чувствительность или реакция на окружающую среду, размножение, адаптация, рост и развитие, регуляция, гомеостаз, переработка энергии и эволюция. Если рассматривать эти девять характеристик вместе, они определяют жизнь.

Заказать

Организмы представляют собой высокоорганизованные координированные структуры, состоящие из одной или нескольких клеток. Даже очень простые одноклеточные организмы удивительно сложны: внутри каждой клетки атомы составляют молекулы; они, в свою очередь, составляют клеточные органеллы и другие клеточные включения. В многоклеточных организмах (рис. \(\PageIndex{1}\)) подобные клетки образуют ткани. Ткани, в свою очередь, совместно создают органы (структуры тела с определенной функцией). Органы работают вместе, образуя системы органов.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Жаба представляет собой высокоорганизованную структуру, состоящую из клеток, тканей, органов и систем органов. (кредит: «Ивенго»/Wikimedia Commons)

Чувствительность или реакция на раздражители

Организмы реагируют на различные раздражители. Например, растения могут наклоняться к источнику света, взбираться на заборы и стены или реагировать на прикосновение (рис. \(\PageIndex{2}\)). Даже крошечные бактерии могут приближаться к химическим веществам или удаляться от них (процесс, называемый хемотаксис ).0230) или световой ( фототаксис ). Движение к раздражителю считается положительной реакцией, а движение в сторону от раздражителя считается отрицательной реакцией.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Листья этого чувствительного растения ( Mimosa pudica ) мгновенно свисают и складываются при прикосновении. Через несколько минут растение приходит в норму. (кредит: Алекс Ломас)

Ссылка на обучение