Проблемы и перспективы развития биологии

Введение

 

  Слово биология происходит из греческих слов «bios», что означает «жизнь» и «logos», что переводится как «учение». Биология сформулирована как наука о жизни и живущих организмах.

   Биологию как науку интересуют три проблемы: каковы механизмы происхождения жизни, ее изменчивости и эволюции. Все остальное охватывается этими тремя глобальными проблемами, и, чтобы ни исследовали, мы отвечаем на вопросы, обозначенные выше. И сегодня, несмотря на огромный объем знаний о молекулярных и генетических механизмах жизни, процессах изменчивости и развития, мы не можем полно ответить ни на один из поставленных вопросов. Наоборот, чем больше узнаем о жизни, тем больше возникает вопросов и сомнений в правильности, казалось бы, уже установившихся и считающихся неоспоримыми догм. Пока невозможно сформировать единую концепцию о происхождении жизни, появились существенные проблемы в дарвиновской теории эволюции, нет единого взгляда на механизмы изменчивости живых систем и их роль в эволюционном процессе.

   Бурное развитие наук о жизни во второй половине ХХ в. принесло много великолепных открытий в области биологии. Это - открытие и расшифровка генетического кода, основных звеньев синтеза белка, многих метаболических процессов в живой клетке и т.д. Началась интенсивная работа по расшифровке генома человека, растений и животных. Казалось бы, мы знаем уже почти все о процессах в живой клетке, осталось только расшифровать геномы, понять процессы их дифференцирования и развития и приступить к созданию новых искусственных геномов, замене дефектных участков геномов, взять под контроль активность генов и т.д. Все эти задачи поставлены объективно на основании накопленных знаний. Однако полных ответов о происхождения жизни, ее разнообразии и эволюции мы так и не получили. Скорее наоборот, углубление и расширение наших знаний о живых системах приводит к новым и более сложным вопросам. И в этом нет ничего парадоксального - такова логика развития естествознания.

   Открываемые и изучаемые биологией закономерности - важная составная часть современного естествознания. Они служат основой медицины, сельскохозяйственных наук, лесного хозяйства, звероводства, охотничьего и рыбного хозяйства.

   Изучением человека как продукта и объекта биологической эволюции занимается ряд биологических дисциплин - антропология, генетика и экология человека, медицинская генетика, психология, тесно связанных с социальными науками.

  Особо следует выделить несколько фундаментальных областей биологии исследующих наиболее общие, присущие всем живым существам закономерности и составляющих основу современной общей биологии:

 

1. наука об основных структурно-функциональных  единицах организма -- клетке, т. е. цитология;

2. наука о явлениях воспроизведения  и преемственности морфофизиологических организаций живых форм -- генетика;

3. наука об онтогенезе -- биология  развития;

4. наука о законах исторического  развития органического мира -- эволюционная  теория, а также физико-химической  биологии (биохимия и биофизика);

5. физиология, изучающие функциональные  проявления, обмен веществ и энергии  в живых организмах.

   Из приведённого далеко не полного перечня биологических дисциплин видно, как велико и сложно здание современной биологии и как прочно вместе с соседними науками, изучающими закономерности неживой природы, оно связано с практикой.

   Отдельно хочется сказать о связи биологии и информатики.

   Информатика и биология - активно развивающиеся науки 21 века. На стыке этих наук можно ожидать интересные и перспективные направления будущих исследований.

   Совмещение этих двух перспективных наук дает широкие возможности для инноваций в различных областях.

   Конечной целью предлагаемых исследований должен быть процесс эволюционного формирования логического мышления человека. Эта цель, несомненно, актуальна, так как сейчас идут активные работы по попыткам моделирования естественного и искусственного интеллекта. В частности, такие исследования непосредственно связаны с разработкой роботов, обладающих элементами интеллекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

   Человечеству дан единственный воспроизводящийся ресурс - биологический. Все остальные ресурсы исчерпаемы. Именно поэтому приоритеты в науке на следующее тысячелетие постепенно смещаются в пользу наук о жизни. Человечество, естественно, стремится взять под контроль самовоспроизведение биологических ресурсов, раскрыть механизмы энергетики клетки, синтеза биологических продуктов, фотосинтеза, азотфиксации и др. Все энергетические и синтетические процессы в клетке человек в ближайшее время попытается познать и некоторые из них превратить в промышленные биотехнологии.

   Это, естественно, имеет прямое отношение к решению самых важных проблем человечества, а именно, проблем продовольственного потенциала планеты, экологии обитания человека, здоровья человека и, в перспективе, энергетики на основе биотехнологий. Остановимся на вышеперечисленных проблемах подробнее.

   Одна из наиболее значимых проблем современного естествознания - проблема биологии и генетики развития организма. До сих пор наиболее интригующей загадкой для исследователей являются механизмы, формирующие разные типы клеток, тканей, органов, т.е. отвечающие за дифференцирование систем организма, функционирующего в конечном итоге как единое целое. Но в основе любого организма, даже самого сложного, лежит одна клетка, последующие деления которой дают поразительное как по структуре, так и по функциям разнообразие клеток, органов и тканей. Многие исследователи занимаются этой проблемой, уделяя главное внимание генетическим аспектам дифференцирования. Появились гипотезы, накоплен интересный фактический материал. Однако похоже, что эта проблема столь сложна, что на ее решение уйдут многие годы. Результат ее решения - управление процессами развития может иметь чрезвычайно важное значение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Шумный В.К. «Проблемы развития биологии в 21 веке», 2001

2. Самыгин С.И. «Концепции современного естествознания», 2004

3. Стародубцев В.А. «Концепции современного естествознания», 2002

4. Медников Б.М. Биология: формы и уровни жизни.- М.: Просвещение, 1995

5. Васильева З.А., Любинская С.М. Резервы здоровья.- Л.: Медицина, 1984

6. Кемп П., Армс К. Введение в биологию.- М.: Мир, 1986

7. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Законы эволюции и самоорганизации сложных систем.- М.: Наука, 1994

8. Ушаков В.Л. Если мы бессмертны, то почему умираем? Химия и жизнь.- 1993.- № 4

9. Доклад американского учёного Крейга Вентера «От чтения к написанию генетического кода». Журнал - Наука, март 2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       

        Проблемы и перспективы развития биологии

1.Микробы - польза или вред?

   У  биологов возникает вопрос "зачем у живого существа, сформировалось то или иное свойство?" Этот вопрос не только правомочен, но и необходим, так как помогает проникнуть в существо явления. Ведь эволюция отбирает те свойства, которые полезны для вида и помогают ему выжить.

   Несмотря на множество медицинских теорий, ни одна из них не раскрывает биологической сущности болезней, то есть не отвечает на вопрос "зачем природа сохранила такое свойство организмов - способность болеть?". Медики-эволюционисты считают, что болезнь - это форма приспособления организма к повреждающим факторам среды обитания. По их мнению, в процессе эволюции в организме развиваются механизмы адаптации к вредным воздействиям. Природа постоянно испытывает их на прочность, и если они оказываются слабы, то организм погибает. Поэтому болезни - средство отбора наиболее приспособленных организмов, двигатель биологического прогресса.

    Для восприятия воздействий окружающей среды, в том числе и патогенных, у организма есть рецепторы. В некоторых случаях это специфические молекулы, иногда - клетки, бывает - целые органы. В ходе эволюции виду достаточно было бы потерять, например, рецепторы для взаимодействия с микробами, и инфекционные болезни не возникали бы. Организму не пришлось бы покупать часть здоровья, ценой болезней, вырабатывая иммунитет, да и сама иммунная система была бы не нужна. Неужели природа, сумев создать живое из неживого и из простейшего живого - человека, не додумалась до такого очевидного решения, чтобы предотвратить страдания и массовую гибель своих созданий от инфекционных болезней?

   По-видимому ,существует только один ответ на этот вопрос: все рецепторы, присущие данному виду, необходимы для нормального существования, а сами болезнетворные микробы зачем-то нужны организму.

   Принято считать, что болезнь - результат нападения микробов на организм. Что им нужно? Тепло, питательная среда. Все это они получают. Но парадокс в том, что, победив, то есть убив хозяина, победители погибают вместе с побежденным, ибо необходимые им условия поддерживает только живой организм. Зачем им такая победа?

   Итак, ни болезнь - борьба организма с микробами, в которой много "агрессоров" гибнет, ни сама победа в этой борьбе микробам не нужны. Макроорганизмам, и это каждый знает по себе, от болезней тоже одни мучения. Так зачем же нужны болезни? Зачем эволюция закрепила в нашем генофонде способность реагировать на микроорганизмы, трафаретные формы некоторых болезней, характерные клинические симптомы, схемы выздоровления?

   Если оставить в стороне такие эмоциональные понятия, как страдание, борьба, победа, то придется признать, что взаимодействие с болезнетворными микробами макроорганизмам необходимо. Иначе у них уже выработалась бы толерантность (безразличие) к ним, как она выработалась в наших организмах по отношению ко многим микробам, поражающим зверей, птиц, растения.

   Отрицательные результаты взаимодействия, которые мы замечаем и называем болезнью, - только поверхностная, видимая часть явления. Главная же - потребность организма в "микробных веществах".

   Согласно концепции, которая находит все больше подтверждений, некоторые клеточные органеллы, например митохондрии, возникли в результате симбиоза микробов с клеткой и их трансформации. Так это или нет, но клетке, по-видимому, нужны вещества микробного происхождения (речь идет не об известных всем симбионтах, например из кишечника, а о возбудителях инфекционных болезней). Те из веществ, которые не может синтезировать сам организм, подобно незаменимым аминокислотам и витаминам, ему приходится добывать извне, приглашая микробов пожить за свой счет. Как он мог бы это сделать?

   Многие процессы в организме регулируются с помощью пары противоположно действующих механизмов. Таковы возбуждение и торможение нервных процессов, симпатическое и парасимпатическое управление вегетативными функциями - можно привести много примеров. Вероятно, кроме иммунологических механизмов, направленных на уничтожение микробов, есть и система, стимулирующая их размножение. Когда возникает необходимость в "микробных витаминах", эта система активизируется и поддерживает репродукцию возбудителей, а иммунная система следит, чтобы их не стало слишком много. Баланс нарушается - начинается болезнь.

   По-видимому, стимулирующая система, как и иммунная, специфична. Она выясняет, какого именно вещества не хватает, и способствует размножению соответствующего микроба.

   Есть факты, подтверждающие, что стимулирующая система - реальность. У здоровых людей сыворотка крови подавляет рост многих патогенных микробов. Однако бывают случаи, когда сыворотка не только не бактерицидна, но и способствует размножению микрофлоры. Именно в этих случаях можно попытаться биохимически определить те факторы, с помощью которых организм "вызывает микробов на себя".

   Итак, согласно изложенной гипотезе, инфекционные болезни развиваются вовсе не из-за агрессивности микробов. Инициирует взаимодействие с ними сам макроорганизм, а заболевание - результат несовершенства или поломки систем, регулирующих отношения индивидуума с микробом.

   Отсюда не только следует теоретический вывод о закономерности болезней и их связи с необходимыми процессами жизнедеятельности, но и открываются новые возможности для медицинской практики. Надо бы научиться, наряду с активностью иммунитета, измерять активность стимулирующей системы. Тогда можно будет прогнозировать риск заболеть той или иной инфекционной болезнью. Это позволило бы защищать человека целенаправленно, делать ему прививки не "списком", а только те, что необходимы. Скольких осложнений, следующих за тотальной вакцинацией, можно было бы избежать!

   Если гипотеза верна, сами прививки могли бы стать ненужными. Активность стимулирующей системы можно было бы снизить, снабжая организм необходимыми "микробными витаминами" в виде аптечных препаратов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     2.Геронтология и эволюционная биология

      Начнем с феноменов. Разные клеточные популяции нашего организма обладают различной интенсивностью пролиферации, то есть различной скоростью роста и обновления. Если в какой-то ткани все клетки пролиферируют очень быстро, то в процентном отношении поврежденных клеток тут будет не так уж много. Тем более, что клетки с дефектами, скорее всего, "все делают хуже" и в силу конкуренции и отбора отмирают. Отсюда следует, что ткани, в которых скорость пролиферации превышает скорость накопления дефектов, должны стареть медленнее (гипотеза российского геронтолога А.Н.Хохлова). В самом деле, это так: например, в быстро заменяющихся клетках кишечного эпителия повреждения ДНК с возрастом не накапливаются, а вот в нейронах, клетках печени, мышц, где делений нет или они редки, такое накопление происходит. Поэтому кишечный эпителий действительно стареет много медленнее, чем та же печень, и стареет, вероятно, по той причине, что обновление клеточных элементов несколько замедляется с возрастом.

   Однако из основной идеи - идеи соотношения скоростей пролиферации и накопления повреждений - прямо выводится, что при некоем сверхблагоприятном для нас соотношении этих скоростей клеточная популяция вообще не будет стареть, оставаясь вечно молодой и... бессмертной. Фантастика? Нет. Такие феномены известны, это - злокачественные опухоли. Самый яркий пример: "бессмертная" линия клеток человека, которую культивируют многие годы в лабораториях всего мира, первично взята из раковой опухоли шейки матки давно умершей женщины. Существуют и другие опухоли, также долгоживущие в искусственных условиях, и клетки таких опухолей не стареют. Кошмарное, но бессмертие!