Вход

Панорама современного естествознания

Реферат по биологии
Дата добавления: 29 ноября 2010
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 1.6 Мб (архив zip, 198 кб)
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
79 I . Панорама современного естествознания . Введение В XX в. естествознание развивалось невероятно быстры ми темп а ми, что обусловлива лось потребностями практики. Промышленност ь требовала новых технологий, в основе ко торых лежало ест е ственнонаучное знание. Мощным стимулятором для развития науки и техни ки стали мир о вые войны , а также экон омическое и военное противостояние двух в о енно -политических блоков, во главе ко торых стояли СССР и США. Развитые промышленные стра ны н а чали выделять большие средства на развитие сис темы образования, подготовку и воспроизводство н а учных кадров. Существенно расшири лась сеть научно-исследовательских учреждений, финансируемых как государст вом, так и част ными комп а ниями. Наука в XX столетии перестала быть частным делом, ка ковой она была в XVIII — XIX вв., когда ее р азвивали любоз нательные самоучки: адв окаты, свяще н ники, медики, ремес ленники и т. д. Наука ста новится профессией огромного чис ла людей. Современные исследования по к а зывают, что раз витие науки может быт ь выражено экспоненциальным зако ном. Объем научной деятельности удваивается кажд ые 10-15 лет. Это проявляется в ускорении роста количества научных откр ы тий и объема научной информации, а также числа людей, занятых в науке. В р е зультате — феноменальные достижения во всех областях науки и, прежде всего, в естествознании, которыми так богато уше д шее XX столетие . 1. ФИЗИКА МИКРОМИРА И МЕГАМИРА 1.1. Атомная физика Представления об атомах и их строении за последние сто лет изменились р а дикально. В конце XIX века ученые считали, что: 1) химические атомы каждого элемента неизменны, и существуют столько со р тов атомов, сколько известно химических элементов (в то время — примерно 70); 2) атомы данного элемента одинаковы; 3) атомы имеют вес, причем различие атомов основано на различии их веса; 4) взаимный переход атомов данного элемента в атомы другого элемента невозм о жен. В конце XIX — начале XX вв. в физике были сделаны выдающиеся открытия, разрушившие прежние представления о строении материи. Открытие электрона (1897 г.), затем пр о тона, фотона и нейтрона показали, что атом имеет сложную структуру. Исследование строения атома становит ся важнейшей зад а чей физики XX в. После открытия электрона, протона, фотона и, наконец, в 1932 г. нейтрона, было установлено существование большого числа новых элемента р ных частиц. В том числе: позитрон, (античастица электрона); мезоны — н е стабильные микрочастицы; различного рода гипероны — нестабильные микрочастицы с массами больше массы нейтрона; частицы резонансы, имеющие крайне короткое время жизни (порядка 10 -22 — 10 -24 с); нейтр и но — стабильная, не имеющая электрического заряда частица, обладающая почти невероятной проницаемостью; антинейтрино — античастица нейтрино, отличающаяся от нейтрино знаком лептонного з а ряда, и др. В характеристике элементарных частиц существует еще одно важное представл е ние — взаимодействие. Различают четыре вида взаимодействия . Сильное взаимодействие (короткодействующее, радиус действия ок о ло (10 - 13 см) связывает между собой нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре; именно по этой причине ядра атомов являются весьма устойчивыми, их трудно разрушить. Электромагнитное взаимодействие (дальнодействующее, радиус де й ствия не ограничен) определяет взаимодействие между электронами и ядрами атомов или молекул; вза и модействующие частицы имеют электрические заряды; проявляется в химических связях, с и лах упругости, трения. Слабое взаимодействие (короткодействующее, радиус действия мен ь ше 10 - 15 см), в котором участвуют все элементарные частицы, обусловливает взаимодействие нейтрино с в е ществом. Гравитационное взаимодействие - самое слабое, не учитывается в теории элементарных частиц; распространяется на все виды материи; имеет р е шающее значение, когда речь идет об очень больших массах. Элементарные частицы в настоящее время обычно разделяют на следующие кла с сы: 1. Фотоны - кванты электромагнитного поля, частицы с нулевой массой покоя, не имеют сильного и слабого взаимодействия, но участвуют в электр о магнитном. 2. Лептоны (от греч. leptos - легкий), к числу которых относятся эле к троны, нейтрино; все они не обладают силь ным взаимодействием, но уча с вуют в слабом взаимодействии, а имеющие электрический заряд — также и в электромагнитном взаимодейс т вии. 3. Мезоны - сильно взаимодействующие н е стабильные частицы. 4. Барионы (от греч. berys - тяжелый), в состав которых входят нуклоны (н е стабильные частицы с массами, большими массы нейтрона), гипероны, многие из рез о нансов. Сначала, особенно когда число известных элементарных частиц ограничивалось электроном, нейтроном и протоном, господствовала точка зр е ния, что атом состоит из этих элементарных «кирпичиков». А дальнейшая задача в исследовании структуры вещества закл ю чается в том, чтобы разыс кивать новые, еще не известные «кирпичики», из которых сост о ит атом, и в определении того, не являются ли эти «кирпичики» (или некоторые из них) сами сложными частицами, построенными из еще более тонких «кирпич и ков». Однако действительная картина строения вещества оказалась еще более сложной, чем можно было предполагать. Оказалось, что элементарные частицы могут претерпевать взаимные превращения, в результате которых некоторые из них исчезают, а некоторые появл я ются. Нестабильные микрочастицы распадаются на другие, более стабильные, но это в о все не значит, что первые состоят из вторых. Поэтому в настоящее время под элементарными частицами понимают такие «кирпичики» Вселенной, из которых можно построить все, что нам известно в прир о де. Приблизительно в 1963-1964 гг. появилась гипотеза о существовании ква р ков - частиц, из которых состоят барионы и мезоны, являющиеся сильно взаимодействующими и по этому свойству объединенными общим названием адронов. Кварки имеют весьма необычные сво й ства: обладают дробными электрическими зарядами, что не характерно для других микроча с тиц, и, по-видимому, не могут существовать в свободном, не связанном виде. Число различных кварков, отличающихся друг от друга величиной и знаком эле к трического заряда и некоторыми другими признаками, достигает уже нескольких деся т ков. Основные положения современной атомистики могут быть сформулированы следу ю щим образом: 1. Атом является сложной материальной структурой, представляет собой мельчайшую част и цу химического элемента. 2. У каждого элемента существуют разновидности атомов (содержащиеся в природных объектах или искусственно синтез и рованы). 3. Атомы одного элемента могут превращаться в атомы другого; эти проце с сы осуществляются либо самопроизвольно (естественные радиоактивные превращения), либо искусстве н ным путем (посредством различных ядерных реа к ций). Таким образом, физика XX в. давала все более глубокое обоснование идеи разв и тия. 1.2. Астрофизика. Релятивистская косм о логия Современная космология начала складываться в 20-е гг. XX в. на основе созданной Эйнштейном общей теории относительности. Из этой теории следует так называемая кр и визна пространства и связь кривизны с плотностью массы (энергии). Космология, осн о ванная на этих постулатах, - релятивистская. Еще в 1922 г. советский математик и геоф и зик А.А. Фридман нашел решение уравнений общей теории относительности для замкнутой расширяющейся Вселенной. Он установил, что искривленное пространство не может быть стационарным: оно должно или расширяться, или сж и маться. Уравнения Фридмана теоретически обосновали нестационарность Вс е ленной. На этот вывод ученые не обращали внимание вплоть до открытия американским астроном Эдвином Хабблом (1889— 1953) в 1929 году так называемого «красного смещения». Дело в том, что еще в XIX веке австри й ский физик и астроном Кристиан Доплер обнаружил, что если источ ник света приближается, спектральные линии смещ а ются в сторону более коротких волн, если удаляется — в сторону более длинных (красных) волн. Это явление было назв а но эффектом Доплера. Э. Хаббл открыл «красное смещение» для всех далеких источников света. Красное смещение оказалось пропо р циональным расстоянию до источника, что подтверждало гипотезу о расш и рении видимой части Вселенной. Тем самым теоретически построенные Фридманом модели нестационарной Вселенной были обоснованы результ а тами наблюдений. Существует два различных типа моделей Фридмана. Если средняя плотность материи во Вселенной меньше некоторой кр и тической величины или равна ей, то тогда Вселенная должна быть простра н ственно бесконечной. В этом случае современное расширение Вселенной будет продо л жаться всегда. В то же время, если плотность материи во Вселенной больше той лее критической вел и чины, тогда гравитационное поле, порожденное материей, искривляет Вселенную, замыкая ее на себя. Вселенная в этом случае коне ч на, хотя и не ограничена, вроде поверхности сферы. Гравитационные поля достаточно сильны для того, чтобы в конце концов о с тановить расши рение Вселенной, так что рано или поздно она начнет снова сжиматься к состоянию бесконечно большой пло т ности. В 1965 г. американские ученые-астрономы А. Пензиас и Р. Вилсон сд е лали с помощью радиотелескопа — устройства, предназначенного для приема радиоизлучения космических объектов, - открытие большой важн о сти. Они установили, что во Вселенной имеется так называемое фоновое радиоизлучение, названное с о ветским ученым И. С. Шкловским ре ликтовым. Реликтовое радиоизлучение образовалось на раннем этапе существования Вселе н ной, когда ей было всего около 3 млрд лет. Два экспериментально установленных положения — расширение Вс е ленной и реликтовое излучение — являются убедительными доводами в пользу так называемой теории «большого взрыва», ставшей теперь общ е признанной. До утверждения этой теории существовала теория стационарного с о стояния, согласно которой Вселенная всегда была почти такой, какой мы видим ее сейчас. В XVIII — XIX вв. и даже в первой половине XX в. в астр о номии господствовал взгляд на Вселенную как на нечто статическое, не и з меняющееся. Основываясь на теории расширяющейся Вселенной, оказалось возмо ж ным проследить развитие Вселенной в «обратную сторону», т. е. попроб о вать вернуться возможно дальше назад. Хотя осуществить такую реконструкцию было далеко не просто, но все же она ок а залась успешной. По современным представлениям, вначале был взрыв. Всего лишь через одну сотую секунды после взрыва Вселенная имела температуру порядка 100 млрд. градусов К (1011 К). При такой высокой температуре (выше температуры центра самой горячей звезды) молекулы, атомы и даже ядра атомов существовать не могут. Вещество Вселенной пребывало в виде элементарных частиц, среди которых пр е обладали электроны, позитроны, нейтрино, фотоны, а также в относительно малом количестве протоны и не й троны. Плотность вещества Вселенной спустя 0,01 секунды после взрыва, несмотря на очень высокую температуру, была огромной, в 4000 млн. раз больше, чем у воды. В конце первых трех минут после взрыва температура вещества Вселенной, непр е рывно снижаясь, достигла 1 млрд. градусов (109 К). Плотность вещества также снизилась, но еще была близкой к плотности воды. При этой, хотя и очень высокой, температуре начали образовываться ядра ат о мов, в частности ядра тяжелого водорода (дейтерия) и ядра гелия. Однако вещество Вселенной в конце первых трех минут состояло в основном из ф о тонов, нейтрино и антинейтрино. Только по истечении нескольких сотен т ы сяч лет начали образовываться атомы, главным образом водорода и гелия. Силы гравитации превращали газ в сгустки, ставшие материалом для во з никновения галактик и звезд. Как следует из сказанного, за последние примерно 50 лет достигнуты значительные р е зультаты в изучении звезд, галактик и даже Вселенной и их эволюции. 2. ДОСТИЖЕНИЯ В ОСНОВНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ СОВРЕМЕННОЙ ХИМИИ Химию принято подразделять на пять разделов: неорганическая, органическая, физическая, аналитическая и химия высокомолекулярных соед и нений. Основными задачами неорганической химии являются: изучение строения с о единений, установление связи строения со свойствами и реакционной способностью. Также разрабатываются методы синтеза и глубокой очистки веществ. Большое внимание уделяется кинет и ке и механизму неорганических реакций, их каталитическому ускор е нию и замедлению. Для синтезов все чаще применяют методы физического воздействия: сверхвысокие темп е ратуры и давления, ионизирующее излучение, ультразвук, магнитные поля. Многие процессы проходят в условиях горения или низкотемпературной плазмы. Химические реакции часто сочетают с получением волокнистых, слоистых и монокристаллических материалов, с изготовлен и ем электронных схем. Неорганические соединения применяются как конструкционные мат е риалы для всех отраслей промышленности, включая космическую технику, как удобрение и кормовые добавки, ядерное и ракетное топливо, фармаце в тические материалы. Органическая химия — наиболее крупный раздел химической науки. Если число известных неорганических веществ исчисляется тысячами, то органических веществ известно несколько миллионов. Общепризнано огромное значение химии полимеров. Так, еще в 1910 году СВ. Лебедев разработал промышленный способ получения бутадиена, а из него кауч у ка. В 1936 г. У. Карозерс синтезирует «найден», открыв новый тип синт е тических полимеров — полиамиды. В 1938 г. Р. Планкет случайно открыв а ет тефлон, создавший эпоху синтеза фторполимеров с уникальной термостабильностью, созд а ются «вечные» смазочные масла (пластмассы и эластомеры), широко используемые космической и реактивной техникой, химич е ской и электротехнической промышленностью. Благодаря этим и многим другим открытиям из органической химии выросла химия высокомолекулярных соединений (или полим е ров). Начавшиеся в 30-40-е гг. широкие исследования фосфо рорганических соединений (А.Е. Арбузов) привели к открытию новых типов физиологич е ски активных соединений — лекарственных препаратов, отравляющих веществ, средств защиты ра с тений и др. Химия красителей практически дала начало химиче ской индустрии. Например, химия ароматических и гетероциклических соединений создала первую отрасль химической про мышленности, продукция которой ныне превосходит 1 млрд. тонн, и породила новые отрасли — производство душистых и лекарственных в е ществ. Проникновение органической химии в смежные области - биохимию, биологию, медицину, сельское хозяйство - привело к изучению свойств, у с тановлению структуры и синтезу витаминов, белков, нуклеиновых кислот, антибиотиков, новых средств ускорения роста растений и средств борьбы с вредит е лями. Ощутимые результаты дает применение математического моделиров а ния. Если нахождение какого-либо фармацевтического препарата или инсе к тицида требовало синтеза 10— 20 тыс. веществ, то с помощью математического моделирования выбор делается, лишь в результате синтеза нескольких десятков соед и нений. Роль органической химии в биохимии трудно переоценить. Так, в 1963 г. В. Виньо синтезировал инсулин, также были синтезированы окситоцин (пептидный гормон), вазопрессин (гормон обладает антиди уретическим де й ствием), брадики кин (обладает сосудорасширяющим действием). Разработаны полуавтоматические метод ы синтеза полипептидов (Р. Мер и фи лд, 1962). Вершиной достижений органической химии в генной инженерии явился пе р вый синтез активного гена ( X . Корана, 1976). В 1977 г. синтезирован ген, кодирующий синтез человеческого инсулина, а в 78-м - ген соматостатина (способен угнетать се к рецию инсулина, пептидный гормон). Физическая химия объясняет химические явления и устанавливает их общие закономерности. Физическая химия последних десятилетий характ е ризуется следующими чертами: в результате развития квантовой химии (использует идеи и методы квантовой физики для об ъ яснения химических явлений) многие проблемы химического строения веществ и механизма реакций решаются на основании те о ретических расчетов; наряду с этим широко используются физические методы исследования — рентгеноструктурный анализ, дифракция электронов, спектроскопия, методы, основанные на пр и менении изотопов и др. Аналитическая химия рассматривает принципы и методы изучения х и мического состава вещества. Включает количественный и качественный анализ. Современные методы аналитической химии связаны с необходимостью получения полупроводниковых и других матери а лов высокой частоты. Для решения этих задач были разработаны чувствительные методы: активационный анализ, хим и ко-спектральный анализ и др. Современная химия предстает перед нами как исключительно мног о гранная и разветвленная система знаний, для которой характерно интенси в ное развитие. Важнейшим стратегическим ориентиром этого процесса явл я ется все более тесный синтез химии как науки и химии как технологии промышленного произво д ства. 3. БИОЛОГИЯ XX в.: ПОЗНАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОГО УРОВНЯ ЖИЗНИ 3.1. Предпосылки развития современной биологии Современная биология основывается на тех достижениях, которые б ы ли сделаны в этой науке во второй половине XIX в.: создание Ч. Дарвином эволюционного учения, основополагающие работы К. Бернара в области физиологии, важне й шие исследования Л. Пастера, Р. Коха и И.И. Мечникова в области микробиологии и иммунологии, работы И.М. Сеченова и И.И. Па в лова в области высшей нервной деятельности и, наконец, блестящие работы Г. Менделя, хотя и не получившие известности до начала XX в., но уже выполне н ные их выдающимся автором. XX в. явился продолжением не менее интенсивного прогресса в биол о гии. В 1900 г. голландским ученым-биологом X . де Фризом (1848-1935), н е мецким ученым-ботаником К.Э. Корренсом (1864-19 33) и австрийским уч е ным Э. Чер мак-Зейзенеггом (1871-1962) независимо друг от друга и почти одновременно вторично были открыты и стали всеобщим достоянием законы наследственности, установле н ные Менделем. Развитие генетики после этого происходило быстро. Был принят при н цип дискретности в явлениях наследственности, открытый еще Менделем; опыты по изучению закономерностей наследования потомками свойств и признаков родит е лей были значительно расширены. Было принято понятие «ген», введенное известн ым датским биологом Вильгельмом Иога нсо ном (1857-1927) в 1909 г. и означающее единицу наследственного материала, ответственного за передачу по наследству определенного призн а ка. Утвердилось понятие хромосомы как структурного ядра клетки, содержащего дезокс и рибонуклеиновую кислоту (ДНК) — высокомолекулярное соединение, нос и тель наследственных признаков. Дальнейшие исследования показали, что ген является определенной ч а стью ДНК и действительно носителем только определенных наследуемых свойств, в то время как ДНК — носитель всей наследственной информ а ции организма. Развитию генетики способствовали в большой мере исследования и з вестного американского биолога, одного из основоположников этой науки, Томаса Ханта Моргана (1866— 1945). Он сформулировал хромосомную теорию наследственности. Большинство растител ь ных и животных организмов являются диплоидными, т.е. их клетки (за исключением по ловых) имеют н а боры парных хромосом, однотипных хромосом от женского и мужского организмов. Хромосомная теория наследственности сделала более понятными явления расщепления в наследовании призн а ков. Важным событием в развитии генетики стало открытие мутаций — возникающих внезапно изменений в наследственной системе организмов и потому могущих привести к устойчивому изменению свойств гибридов, пер е даваемых и далее по наследству. Своим возникновением мутации обязаны либо случайным в развитии организма событиям (их обычно назы вают ест е ственными или спонтанными мутациями), либо искусственно вызываемым воздействиям (такие мутации часто именуют индуцированн ы ми). Все виды живых организмов (как растительных, так и животных) способны мутир о вать, т.е. давать мутации. Это явление — внезапное возникновение новых, передающихся по наследству свойств — и з вестно в биологии давно. Однако систематическое изучение мутаций было начато голландским ученым Хуго де Фризом, установившим и сам термин «мутации». Было обнаружено, что индуциро ванные мутации могут возникать в результате радиоактивного о б лучения организмов, а также могут быть вызваны воздействием некоторых хим и ческих веществ. Следует отметить первооткрывателей всего того, что связано с мутациями. Советский уч е ный-микробиолог Георгий Адамович Надсон (1867— 1940) вместе со своими коллегами и учениками установил в 1925 году во з действие радиоизлучения на наследственную изменчивость у грибов. Известный американский генетик Герман Джозеф Меллер (1890— 1967), раб о тавший в течение 1933— 1937 гг. в СССР, обнаружил в 1927 г. в опытах с дрозофилами сильное мутагенное действие рентгеновских лучей. В дал ь нейшем было установлено, что не только рентгеновское, но и любое ионизированное обл у чение вызывает мутации. Достижения генетики (и биологии в целом) за прошедшее после выхода в свет книги Дарвина «Происхождение видов» время так значительны, что было бы удивительно, если бы все это никак не повлияло на дарвиновскую теорию эволюции. Два фактора: изменчивость и наследственность, которым Дарвин придавал большое значение, пол у чили более глубокое толкование. Итак, дальнейшее развитие биологии и входящей в нее составной частью генетики, во-первых, еще более укрепило дарвиновскую теорию эволюции живого мира и, во-вторых, дало более глубокое толкование (соотве т ствующее достигнутым успехам в биологии) понятиям изменчивости и н а следственности, а следовательно, всему процессу эволюции живо го мира. Более того, можно сказать, что успехи биологии в ы двинули эту науку в ряды лидеров естествознания, причем наиболее поразительные ее достижения связаны с изучением процессов, прои с ходящих на молекулярном уровне. 3.2. Молекулярная биология Прогресс в области изучения макромолекул до второй половины наш е го века был сравнительно медленным, но благодаря технике физических методов анализа, ск о рость его резко возросла. У. Астбери ввел в науку термин «молекулярная биология» и провел основополагающие исследования белков и ДНК. Хотя в 40-е г. почти повсем е стно господствовало мнение, что гены представляют собой особый тип белковых молекул, в 1944 г. О. Эв е ри, К. Маклеод и М. Маккарти показали, что генетические функции в клетке выполняет не белок, а ДНК. Установление генетической роли нуклеиновых кислот имело решающее значение для дальнейшего развития молекулярной биологии, причем было показано, что эта роль принадлежит не только ДНК, но и РНК (рибонуклеи новой кисл о те). Расшифровку молекулы ДНК произвели в 1953 г. Ф. Крик (Англия) и Д. Уо т сон (США). Уотсону и Крику удалось построить модель молекулы ДНК, напом и нающую двойную спираль. Наряду с изучением нуклеиновых кислот и процессом синтеза белка в молекулярной биологии большое значение с самого начала имели исслед о вания структуры и свойств самих белков. Параллельно с расшифровкой аминокислотного состава белков проводились исследования их пространс т венной структуры. Среди важнейших достижений этого направления следует назвать теорию спирали, разр а ботанную в 1951 г. Э. Полингом и Р. Кори. Согласно этой теории, полипептидная цепь белка не является плоской, а свернута в спираль, характеристики которой были также определ е ны. Несмотря на молодость молекулярной биологии, успехи, достигнутые ею в этой области, ошеломляющи. За сравнительно короткий срок были установлены природа гена и основные принципы его организации, воспрои з ведения и функционирования. Полностью расшифрован генетический код, выявлены и исследованы механизмы и главные пути образования белка в клетке. Полностью определена первичная структура многих транспортных РНК. Установлены основные принципы организации разных субклеточных частиц, многих ви русов, и разг а даны пути их биогенеза в клетке. Другое направление молекулярной генетики — исследование мутации генов. Совреме н ный уровень знаний позволяет не только понять эти тонкие процессы, но и использовать их в своих целях. Разрабатываются методы генной инженерии, п о зволяющие внедрить в клетку желаемую генетическую информацию. В 70-е гг. появились методы выделения в чистом виде фрагментов ДНК с помощью электроф о реза. В 1981 г. процесс выделения генов и получения из них различных цепей был автомат и зирован. Генная инженерия в сочетании с микроэлектроникой предвещают возможности управлять живой материей почти так же, как н е живой. В последнее время в средствах массовой информации активно обсу ж даются опыты по клонированию и связанные с этим нравственные, правовые и религиозные проблемы. Еще в 1943 году журнал «Сайенс» сообщил об успешном оплод о творении яйцеклетки в «пробирке». Далее события развивались следующим обр а зом. 1973 г. — профессор Л. Шетлз из Колумбийского университета в Нью-Йорке заявил, что он готов произвести на свет первого «бэби из пробирки», после чего последовали катего рические запреты Ватикана и пресвитерианской церкви США. 1978 г. — рождение в Англии Луизы Браун, первого ребенка «из пр о бирки». 1997 г. - 27 февраля «Нейчур» поместил на своей обложке — на фоне ми к рофотографии яйцеклетки — знаменитую овечку Долли, родившуюся в инстит у те Рослин в Эдинбурге. 1997 г. — в самом конце декабря журнал «Сайенс» сообщил о рождении шести овец, полученных по рослинскому методу. Три из них, в том числе и овечка Долли, несли человеческий ген «фактора IX », или кровоостанавл и вающего белка, который необходим людям, страдающим гемофилией, то есть несверт ы ваемостью крови. 1997 г. — чикагский физик Сиди объявляет о создании лаборатории по клонированию людей: он утверждает, что отбоя от кл и ентов у него не будет. 1998 г., начало марта — французские ученые объявили о рождении клонированной т е лочки. Все это открывает уникальные перспект и вы для человечества. Клонирование органов и тканей — это задача номер один в области трансплантологии, травматологии и в других областях медицины и биол о гии. При пересадке клонированного органа не надо думать о подавлении реакции отторж е ния и возможных последствиях в виде рака, развившегося на фоне иммунодефицита. Клонированные органы станут спасением для людей, попавших в автом о бильные аварии или какие-нибудь иные катастрофы, или для людей, которым нужна радикальная помощь из-за заболеваний пожилого возраста (изношенное сердце, бол ь ная печень и т. д.). Самый наглядный эффект клонирования — дать возможность безде т ным людям иметь своих собственных детей. Миллионы семейных пар во всем мире страдают, будучи обреченными ост а ваться без потомков. 3.3. Расшифровка генома человека Первоначально (в 1988 г.) средства на изучение генома человека выделило министерс т во энергетики США, и одним из руководителей программы «Геном человека» стал пр о фессор Чарлз Кэнтор. В 1990 г. Нобелевский лауреат Джеймс Уотсон начал лоббирование конгресса США, и вскоре конгресс распорядился выделить сразу сотни миллионов долларов на изучение генома человека. Эти средства были добавл е ны к бюджету министерства здравоохранения, оттуда они перетекли в вед е ние дирекции сети институтов, объединенных под общим названием — Н а циональные институты здоровья ( National Institutes of Health , сокращенно NIH ). В составе NIH появился новый институт — Национальный институт исследования генома человека ( NHGRI , директор Фрэнсис Ко л линз). В мае 1992 г. ведущий сотрудник NIH Крэйг Вентер подал заявление об уходе и объявил, о создании нового, частного исследовательского учрежд е ния — Института геномных исследований ( The Institute for Genomic Research , сокращенно - TIGR , или ТИГР). Ожидание гигантских прибылей от будущего внедрения результатов изучения геномов хорошо поняли не только в США. В ведущих странах З а пада началась настоящая гонка в отношении вклада средств в исследования геномов. 3 мая 1999 г. британский «Белком траст» (формально правительс т во Великобритании финансирует британскую часть проекта «Геном челов е ка» через этот частный благотворительный фонд) добавил дополнительно 100 млн. фунтов стерлингов (примерно 167 млн. долларов) нескольким английским лабораториям, за нимающимся исследов а ниями генома человека, из них 77 млн. долларов было выделено на 1999 г. Сэнгеровскому центру в Кэмбридже. При первоначальном объявлении сроков завершения проекта в 2003 г. предп о лагалось, что точность исследования генома составит 99,99%. Потом сроки подвинули, о с новываясь на том, что для биологов и медиков хватит и 90% -ой точности, зато отрапортовать о завершении генома можно будет к концу 2000 г. 2 декабря 1999 г. журнал « Nature » обнародовал данные, касающиеся крупного прорыва в исследовании генома человека: в основном усилиями английских ученых при активном участии других европейских, японских и американских лабораторий был завершен полный ан а лиз одной из хромосом человека (правда, одной из самых мален ь ких) — хромосомы 22. На этом гонка отнюдь не затихла. Как сообщил журнал « Science » со ссылкой на газету «Ле Монд» от 14 мая 1999 г., фра н цузское правительство решило в этот момент «впрыснуть» дополнительно 330 млн. долларов на ближайшие три года в бюджет расположе н ного рядом с Парижем исследовательского центра генома в Иври. В июне 1999 года Германия, которая до этого выделяла явно недост а точно средств на исследования генома человека (всего 23 млн. долларов в год, начиная с 1996 г.), и з менила свой подход: на ближайшие пять лет было отпущено 550 млн. долларов. В ноябре — декабре 1999 г. стало ясно, что ученым удалось убедить правительство увеличить ежегодные траты на исследования генома ч е ловека до 280 млн. долларов. 13 июля 1999 г. об увеличении выделяемых средств на работы по исследованию генома человека объявило правительство Яп о нии. То, что участвовавшая в начале создания международного проекта «Г е ном человека» Россия фактически приостановила свой вклад в него, можно рассматривать однозначно отрицательно: Россия обрекает себя в этом отношении на ск а тывание на уровень второстепенных государств, обреченных на экономическую зависимость в будущем от тех, кто вложил средства в эту перспективную научную о б ласть. Описание генома человека ученым удалось получить значительно раньше планирова в шихся сроков (2005— 2010 гг.). Уже в канун нового, XXI в. были достигнуты сенс а ционные результаты в деле реализации указанного проекта. Оказалось, что в геноме человека — от 30 до 40 тысяч генов (вм е сто предполагавшихся ранее 80— 100 тысяч). Это ненамного больше, чем у червяка (19 тысяч генов) или мухи-дрозофилы (13,5 т ы сячи). Расшифровка генома человека дала огромную, качественно новую научную информ а цию для фармацевтической промышленности. Вместе с тем оказалось, что использовать это научное богатство фармацевтической индустрии сегодня не по силам. Нужны новые технол о гии, которые появятся, как предполагается, в ближайшие 10-15 лет. Именно тогда станут реальностью лекарства, поступающие непосредственно к больному органу, минуя все побочные эффекты. Выйдет на качес т венно новый уровень трансплантология, получат развитие клеточная и генная терапия, радикально изменится мед и цинская диагностика и т. д. Выводы Научные исследования физических, химических, биологических явл е ний, проводившиеся в XX в., существенно расширили, углубили прежние представления о стру к туре и свойствах материи. Если на рубеже XIX и XX вв. была известна лишь одна элементарная частица — электрон, то на рубеже XX и XXI вв. количество известных эл е ментарных частиц исчисляется сотнями. Во второй половине XX в. было выяснено, что эл е ментарные частицы, образующие ядра атомов, сами обладают внутренней структурой и состоят из «еще более элементарных» частиц — кварков. Наряду с успехами в исследовании микромира современная наука имеет значител ь ные достижения и в познании мегамира. В XVIII — XIX вв. и даже в первой половине XX в. господствовала теория стационарной Вселенной, которая представлялась статичной, не изм е няющейся в пространстве. Такое понимание во второй половине XX в. было отброшено и заменено теорией расширяющейся Вселе н ной. Современная астрофизика внесла много нового в понимание эволюции звезд, открыла совершенно новые, неизвестные ранее космические объекты (пульсары, кваз а ры). Крупнейшее достижение науки начала XX в. — создание теории относител ь ности — явилось естественно-научным подтверждением важнейшего положения диалектико-материа-листической картины мира о единстве мат е рии, движения, пространства и времени. Творцу теории относительности удалось показать не просто единство, но зависимость свойств пространства и времени от движущейся м а терии и друг от друга. Существенно расширились в XX столетии представления и о структу р ных уровнях органической природы, которые включают молекулярный ур о вень жизни, клеточный уровень (микроорганизмов, тканей и органов), уро в ни целого живого организма, сообществ организмов, биологических видов, биогеоценозов (совокупности видов различных организмов в единстве с природными условиями их существования) и, нако нец, биосферы в целом, т.е. области распространения жи з ни на Земле. Если важнейшими доказательствами единства органического мира в XIX в. стали открытие клеточного строения организмов и эволюционная теория Дарвина, то в XX в. такими доказательствами явились открытия в области молекулярных основ наследственности в ж и вой природе. Прогресс в биологии еще в первой половине XX в. привел к введению понятий гена (как единицы наследственного материала, ответственного за передачу по наследству определенного признака) и хромосомы (как стру к турного ядра клетки, обозначаемого ДНК и являющегося высокомолекуля р ным соединением — носителем наследственных признаков). Расшифровка молекулы ДНК в середине XX в. послужила началом интенсивных исслед о ваний в области молекулярной биологии, которые к концу XX в. вплотную подвели к расшифровке генома человека. II . Атомная энергия в народном хозяйстве Одной из самых замечательных ядерных реакций является реакция деления. Дел е нием называется реакция расщепления атомного ядра на две примерно равные по ма с се части (осколки деления). Тяжелые ядра ( Z
© Рефератбанк, 2002 - 2017