Концепции современного естествознания

Брызгалина Е.В.

Возрастное ограничение: 12+ Жанр: Наука Издательство: Проспект Дата размещения: 21.02.2013 ISBN: 9785392103546 Язык: Объем текста: 561 стр. Формат: epub

Оглавление

Введение

Глава 1. Наука как форма духовного освоения действительности

Глава 2. Историческое развитие наук о природе

Глава 3. Современная научная космология и космогония

Глава 4. Образы современного физического мира. Концепции современной химии

Глава 5. Сущность живого и проблема происхождения

Глава 6. Системный подход в современной науке

Глава 7. Концепция эволюционизма в современной науке

Глава 8. Природа и общество: естественно-научные аспекты экологической и демографической проблем

Глава 9. Концепция происхождения человека

Глава 10. Соотношение биологического и социального в концепциях социобиологии и биополитике

Глава 11. Индивидуальность человека: генно-средовая парадигма в современной науке

Глава 12. Ценностные регулятивы развития естествознания: проблемы развития биотехнологии и генной инженерии

Глава 13. Нанотехнологии в ХХ веке

Глава 14. Ценность человеческой жизни и современные биоэтические проблемы

Заключение

Словарь по концепции современного естествознания

Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу

ГЛАВА 12.
Ценностные регулятивы развития естествознания: проблемы развития биотехнологии и генной инженерии

При характеристике специфических особенностей современного этапа развития науки уже отмечался технологичный характер знания. Познаваемый объект одновременно подвергается трансформации в соответствии с заданными человеком целями. Более того, сам познаваемый в рамках естествознания объект может являться продуктом человеческой деятельности, а его появление быть следствием практических манипуляций в области обширного незнания. В силу этого все большее число направлений познания и действия, значимых для определения перспектив науки и технологии, подвергаются морально-правовой оценке и регуляции.

На представление о ценности жизни и ценности человека в настоящее время весьма сильное влияние оказывают биотехнология и генная инженерия. В самом слове «биотехнология» содержится парадоксальное сочетание слова «жизнь» со способом индустриального производства – «технологией» (от греч. «био» – жизнь, от греч. «техно» – искусство, мастерство, от греч. «логос» – слово, учение).

Термин «биотехнология» получил широкое распространение с середины 70-х гг. ХХ в. и употребляется в литературе в широком и узком смысле слова. В широком смысле биотехнология представляет собой совокупность технологий, включающих в качестве элементов объекты органического мира. Хлебопечение, виноделие, сыроварение, получение молочнокислых продуктов, ферментация табака и чая, обработка растительных волокон – все эти технологии основаны на использовании микроорганизмов и известны человечеству с незапамятных времен. Пивоварение в Вавилоне было известно более 6 тыс. лет назад. В течение столетий человек применял в своих целях ферментативные процессы, не имея понятия ни о ферментах, ни о клетках с их видовой специфичностью и генетическим аппаратом. Овладение микробиологическим синтезом – целенаправленным получением биологически активных веществ с помощью микроорганизмов – позволило создать микробиологическую промышленность. Когда сегодня говорят о биотехнологии в широком смысле, имеют в виду именно микробиологическую промышленность, основу которой составляют биологические объекты – животные, растения, ткани различных организмов, бактерии и грибы.

Биотехнология в промышленности заняла существенные позиции при производстве биожиров, масел, современных видов топлива, биополимеров, при тонком литье, добыче полезных ископаемых. Многообещающий «горно-металлургический» аспект применения биотехнологии – создание технологии безотходной, наиболее полной добычи минеральных запасов. Уже применяются технологии извлечения с помощью бактерий железа, цинка, никеля, кобальта, титана, алюминия, а также таких ценных элементов, как уран, рений, индий, таллий.

Для извлечения руд металлов бактерии использовались давно. Еще в XVIII в. в Испании умели извлекать медь из рудничных вод. Сам механизм изменений, происходящих в рудных образованиях под воздействием жизнедеятельности бактерий, оставался еще долго для науки загадкой. Только в 1922 г. немецкие ученые выделили из рабочего раствора микробиологическую культуру, способную добывать из руды чистый металл. А еще четверть века спустя была получена другая культура из кислых шахтных вод. Оба вида этих бактерий относились к тионовым бактериям – серобактериям, мелким, палочковидным бактерям, строгим аэробам, получающим энергию за счет окисления серы и ее восстановления из неорганических соединений. С их жизнедеятельностью связано бактериальное выщелачивание металлов из руд, концентратов и горных пород.

В горно-металлургическом комплексе биотехнологические методы сегодня используются в двух направлениях. Во-первых, при непосредственной подземной добыче полезного компонента. В частности, при затоплении уже отработанных медных рудников водой тионовые бактерии переводят соединения меди в раствор, из которого она затем выпадает в осадок, после откачки воды медные рудники получают вторую жизнь. Во-вторых, при разработке (обогащении) добытой руды или непосредственной выплавке (в Японии стали применять легирующие добавки к стали из ванадийсодержащего водорода).

В середине ХХ в. отечественные ученые выдвинули идею применения металлокисляющих бактерий для снижения концентрации чрезвычайно взрывоопасного газа – метана – в выработанных производствах угольных шахт. Обработка угольных пластов и выработанных пространств суспензией с метанокисляющими бактериями в состоянии вдвое снизить загазованность в шахтах. Однако на практике проблема метаноподавления в угольных шахтах с помощью микроорганизмов еще далека от своего решения, поскольку в настоящее время нет способа выращивания бактерий непосредственно в угольных шахтах, нет и способа накопления метанокисляющих бактерий, чтобы использовать их в чрезвычайных ситуациях. Их необходимо доставлять со специализированных микробиологических предприятий, но при транспортировке бактерии теряют свои свойства. Однако эти проблемы находятся в стадии решения, что, вероятно, снизит опасность взрывов метана на угольных шахтах, от которых в мире гибнет немало горняков.

В ряде сфер, например в пищевой промышленности (в производстве заменителей естественных продуктов), развитие биотехнологии не оправдало радужных надежд. Так, кстати, произошло с оценкой аспартама – синтетического интенсивного подсластителя, который в 200 раз слаще сахара. Для получения аспартама необходимы две аминокислоты: аспарагиновая и фенилаланин. Аспарагиновая кислота получается биотехнологическим способом: в колонку с иммобилизированными клетками (их молекулы ковалентно связаны с полимерным носителем, в результате чего повышается их устойчивость к денатурирующим воздействиям) подаются исходные вещества, на выходе имеется раствор аспарагиновой кислоты. Второй компонент – фенилаланин способен оказывать на нервную систему тяжелое токсическое воздействие. Существует наследственное заболевание – фенилкетонурия, обусловленное избыточностью этой аминокислоты. Дети, рожденные с этим недугом, страдают умственной отсталостью, тяжелыми судорогами, а причины болезни связаны с врожденным дефектом фермента фенилаланингидроксилаза. В нормальном состоянии человеческий организм должен обладать двумя полноценными копиями фенилаланингидроксилазы. Но у 2% здоровых людей только одна полноценная копия, поэтому эффективно усваивать излишек фенилаланина они не могут. После создания аспартама, куда в качестве исходного компонента входил фенилаланин, была развернута широчайшая рекламная кампания. Аспартам широко применялся в пищевой и кондитерской промышленности, особенно при производстве напитков, при этом проверок на последствия длительного влияния аспартама на человеческий организм не проводилось. Аспартам стали использовать и те 2% людей, о которых говорилось выше, дополнительное введение фенилаланина у этих людей вело к замедлению мозговой активности, медики столкнулись с серьезными деградациями высших нервных функций.

Современная биотехнология, основанная на достижениях молекулярной биологии, молекулярной генетики и биоорганической химии, отличается тем, что способна создавать и использовать в производстве неприродные биообъекты. Биотехнология в узком смысле подразумевает генную инженерию – направленное изменение наследственности, направленное создание искусственных живых организмов через получение рекомбинантных ДНК.

Генной инженерией называют область молекулярной генетики, разрабатывающую методы конструирования новых, функционально активных генетических программ. Датой зарождения генной инженерии принято считать 1972 г., когда группа ученых под руководством Берга (США) создала первую рекомбинантную молекулу ДНК, состоявшую из фрагмента ДНК, взятого у обезьяньего вируса ОВ40, и бактериофага (вируса бактерии).

Биотехнология – одно из основных направлений соединения науки и технологии, отвечающее мировым тенденциям развития технологии. Качественные особенности биотехнологии по сравнению с другими видами технологий связаны с методами научно-биологического исследования. Специфика биотехнологии определяется тем, что ее технико-технологические приемы – результат интеграции биологии с физикой, химией, кибернетикой и другими науками. В форме биотехнологии задается ориентация на развитие технологического способа производства, теснейшим образом связывающего научный поиск и практическое применение результатов. По форме применяемые в биотехнологии методы во многом аналогичны тем, которые используются в химической технологии, однако по содержанию они резко различаются, так как выделяются и перерабатываются не отдельные химические вещества, а популяции живых организмов, имеющие свои особенности. Результатом инженерного конструирования является самодостаточная, саморегулирующая система (биологическая и искусственная одновременно).

Важную роль в генной инженерии играет метод секвенирования (расшифровки) первичной структуры ДНК, разработанный еще в 1977 г. Этот метод позволяет определить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК с предельным разрешением в одну молекулу. Весьма значимы ферменты, с помощью которых можно получать определенные фрагменты ДНК и «сшивать» их. Например, рестриктаза и лигаза лишены видовой специфичности, и с их помощью можно выделить и «сшить» фрагменты ДНК независимо от того, от одного или разных организмов они выделены.

Рассмотрим основные стадии создания трансгенного организма. Во-первых, необходимо точное определение «донорского гена», который заставит новый организм выполнять несвойственные ему до момента включения донорского гена функции. Например, оказывается востребованным синтез какого-либо вещества. Если это белок, то его сам можно выделить и очистить. Если это сравнительно простое вещество, например глутамат, придающий супам быстрого приготовления их вкус, то можно выделить и очистить фермент, который его образует. Затем следует выделить его аминокислотную последовательность и вычислить по ней последовательность нуклеотидов в соответствующем гене, найти нужный ген. Задачу расшифровки нуклеотидной последовательности нужного гена, за решение которой в 70-е гг. ХХ в. давали Нобелевскую премию, в настоящее время выполняет машина – автоматический секвенатор. За один рабочий день он может расшифровать до 800 тыс. молекул ДНК.

Следующий шаг в реализации генно-инженерной задачи – выделить («вырезать») ген. «Ножницами», разрезающими ДНК по строго определенному сочетанию букв-нуклеотидов, служат специальные ферменты-рестриктазы. Ферменты разрезают молекулы в строго определенном месте, где находятся нуклеотиды, распознаваемые данной рестриктазой. Например, рестриктаза EcoPl разрезает нить ДНК между аденином и гуанином, находящимися в последовательности Г/ААТТ и ТТАА/Г, при этом образуются «липкие концы», благодаря которым последовательности нуклеотидов могут объединяться. Липкие концы образуются потому, что рестриктаза оставляет рваный или зубчатый край. Концы не являются липкими буквально, но они содержат короткие фрагменты одноцепочной ДНК, которые могут соединяться с новой ДНК, содержащей комплементарные последовательности оснований. Между липкими концами можно добавить дополнительные пары оснований, то есть можно выделить плазмиды из бактерий и использовать рестриктазы, чтобы сделать «дырку» в бактериальной плазмиде, а затем «вклеить» туда необходимый ген.

Далее необходимо встроить ген в другую молекулу ДНК, способную обеспечить жизнеспособность «переселенца» в чужеродном окружении. Чтобы доставить ген внутрь чужой клетки, обычно используют природные переносчики генетической информации – вирусы и плазмиды. Вирусы часто применяют в качестве векторов, проникающих в животные клетки. Наиболее широко в генной инженерии используют обезьяний онкогенный вирус ОВ40. Геном этого вируса обладает способностью встраиваться в хромосомы клеток млекопитающих. Так, с помощью ОВ40 гены в цепи гемоглобина мыши и кролика перенесены в клетки обезьян, где они активно функционировали. Большой интерес представляет перенос генов непосредственно в клетки животных, но эта проблема пока находится в стадии решения.

Плазмиды представляют собой небольшие кольцевые молекулы ДНК, существующие в бактериальной клетке отдельно от основного генома. Плазмиды – внехромосомные факторы наследственности, генетические элементы, способные стабильно существовать в клетке в автономном, не связанном с хромосомным состоянии. К плазмидам относятся генетический аппарат клеточных организмов (митохондрий, пластид), а также группы сцепления, не являющиеся жизненно важными для содержащих их клеток. Плазмида размножается вместе с клеткой-хозяйкой. Если вирус можно уподобить хищнику, то плазмида скорее напоминает домашнее животное, особенно собаку. Как хозяин может содержать одну собаку, иметь несколько собак или не иметь ни одной, так и у бактерий может быть одна плазмида, несколько или не быть вовсе. В благоприятных внешних условиях все они чувствуют себя примерно одинаково. Но при изменении условий, например при попадании во враждебное окружение – в среде появился пенициллин, плазмида, подобно верному псу, бросается на борьбу с врагом. Вырабатываемый плазмидой фермент пенициллиназа разрушает пенициллин, позволяя клетке выжить.

В генной инженерии оказалась востребованной способность плазмид менять хозяина, подобно тому, как человек может отдать одну из своих собак кому-то, так и бактерии способны обмениваться плазмидами. Плазмиды используются в генной инженерии в качестве компонентов разнообразных молекулярных переносчиков чужеродной ДНК. В плазмиду могут быть включены природные или синтезированные гены. После проникновения в клетку бактерии рекомбинантная плазмида может включаться в ДНК хромосомы бактерии или функционировать и размножаться автономно.

Наука Брызгалина Е.В. Концепции современного естествознания

Наука Брызгалина Е.В. Концепции современного естествознания

Цель данного учебника – помочь студентам овладеть содержанием курса «Концепции современного естествознания», посвященного фундаментальной сфере современной культуры – науке. Учебник ориентирует на формирование у студентов компетенций, предусмотренных ФГОС ВПО по социогуманитарным направлениям подготовки. Учебник знакомит студентов с особенностями естественно-научной картины мира, основаниями противопоставления естественно-научной и гуманитарной культуры и необходимостью их синтеза на основе целостного взгляда на окружающий мир. В учебнике анализируются ключевые этапы развития естествознания, указывается на преемственность и непрерывность в изучении природы. Учебник освещает основной комплекс проблем естествознания конца ХХ – начала ХХI века. Для изучения предлагаются те концепции и проблемы, которые определяют облик современного естествознания и задают место научного подхода в культуре. Для студента – будущего специалиста в области социогуманитарного знания особенно принципиально осознание основных концепций и законов естествознания в их связи с проблемами общественной жизни, осмысление общих тенденций и взаимовлияний естественно-научного и социогуманитарного знания. Предлагаемый учебник представляет собой не просто совокупность актуальных вопросов из традиционных курсов физики, химии, биологии, экологии, антропологии, а является продуктом междисциплинарного синтеза на основе комплексного историко-философского и культурологического подходов. Учебник адресован студентам, получающим образование по социогуманитарным направлениям, всем интересующимся тенденциями развития современной науки. <br><br> <h3><a href="https://litgid.com/read/kontseptsii_sovremennogo_estestvoznaniya1/page-1.php">Читать фрагмент...</a></h3>

Внимание! Авторские права на книгу "Концепции современного естествознания" (Брызгалина Е.В.) охраняются законодательством!