Будущее биологии. Перспективы и проблемы развития

Важное место в биологии занимают как теоретические, так и практические направления исследований, резкую границу между которыми трудно провести, т. к. любое теоретическое направление неизбежно связано (прямо или косвенно, данный момент или в будущем) с выходами  в  практику.   Теоретически исследования делают  возможными  открытия, революционизирующие многие отрасли   практической деятельности,   они  обеспечивают  успешное    развитие   прикладных    дисциплин, направленных на изучение  промышленной  микробиологии   и   технической биохимии,  защиты   растений,   растениеводства и животноводства, охраны природы,  дисциплин  медико-биологический  комплекс (паразитология,  иммунология и т.  д.). В свою очередь, отрасли прикладной биологии обогащают   теорию  новыми   фактами  и ставят перед ней задачи,  определяемые потребностями общества. Из практически важных дисциплин быстро развиваются бионика (изучение технических приложений биологических закономерностей),   космическая  биология (изучение биологического действия факторов     мирового    пространства и проблем освоения космоса), астробиология или экзобиология (исследование жизни вне Земли). 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 морфо-физиологических 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, работы.

Проблемы, возникающие перед этими науками, естественно встают и перед биологией.

3.      Проблемы и перспективы развития биологии

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.

На первом месте закономерно стоит проблема создания достаточного продовольственного потенциала для растущей человеческой популяции. Естественно, что с этой проблемой тесно связана проблема демографическая. Прогнозы таковы: к 2025 г. население планеты составит 8,3 млрд человек, затем наступит стабилизационный период и к концу ХХI в. ожидается 11 млрд человек, т.е. почти удвоение популяции по сравнению с сегодняшним днем. В этой демографической динамике важен фактор ее географического распределения: почти 70% прироста населения ожидается в развивающихся странах, т.е. там, где ситуация с продовольствием наиболее напряженная.

С учетом демографических прогнозов для обеспечения растущей человеческой популяции мы должны увеличивать продовольственный потенциал ежегодно в среднем на 2%. Возникает вопрос: за счет чего? Резерв пахотных земель почти исчерпан, предел урожайности по важнейшим культурам почти достигнут в результате интенсивной селекции, проводившейся в последние 100 лет. По этим двум параметрам оставшиеся резервы весьма незначительны и ни в коей мере не обеспечат темпы роста народонаселения. Значит, нужны новые подходы к решению продовольственной проблемы, которые могут появиться только на основе анализа достижений фундаментальной науки. Именно это и осуществляется сегодня в мире. Здесь мы остановимся только на одном из многих путей вывода технологий производства продовольствия на новый уровень. Так как в основе любой технологии производства в растениеводстве лежит сорт или гибрид и от уровня его продуктивности в огромной степени зависит конечный результат, мы и рассмотрим возможности создания новых форм растений. Естественно, чтобы удвоить в обозримом будущем объем производимого продовольствия, необходимо создать принципиально новые формы – с реконструированными геномами и более продуктивные, качественные и устойчивые.

Одним из основных направлений биотехнологии являются получение и многопрофильное использование трансгенных растений, т.е. форм, несущих в своем геноме встроенные геноинженерными методами чужие гены, нормально работающие в новом геноме. В геном растения встраиваются гены животных, человека, бактерий, других растений, которые нарабатывают новые продукты. Трансгенные растения и животные – формы с существенно реконструированными геномами. В будущем это направление будет одним из наиболее перспективных в плане значительного улучшения необходимых для селекции признаков.

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.

Следующим перспективным направлением развития современной биологии является изучение сложных физиолого-генетических функций организма. Для растений это – фотосинтез, азотфиксация и др., для животных – поведение, стресс-реактивность и др. Не нужно объяснять, что значит для растений фотосинтез. Клетки зеленых растений, некоторых водорослей и бактерий за счет энергии солнечного света способны синтезировать органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др. Именно через фотосинтез идет процесс самовоспроизведения значительной части биологических ресурсов. В настоящее время многие лаборатории мира изучают этот сложный процесс, расчленяют его на отдельные звенья, чтобы затем понять и воспроизвести эту сложную систему в целом. Особенно интенсивно изучается генетика фотосинтеза, уже известно около сотни генов, контролирующих отдельные звенья процесса.

Заключение

Биология представляет собой огромную совокупность множества фактов и теорий о живых организмах. Чтобы как-то упорядочить этот необозримый материал, обычно принято отделять изучение растений от изучения животных или рассмотрение структуры организма от исследования его функций. Но поскольку у растений и животных, несмотря на все различия, есть очень много общего, то лучше подразделять биологию в соответствии с различными уровнями организации живого. Первые биологи занимались изучением целых организмов. Изобретение микроскопа и его применение подготовили почву для появления клеточной теории. Усовершенствование электронного микроскопа и разработка методов фиксации тканей и ультратонких срезов привели к открытию уровня субклеточной организации. Быстрое развитие химических и физических методов, которые привели к расшифровке генетического кода и процессов синтеза специфических белков, составили область молекулярной биологии. Высший уровень организации биологических систем - это уровень популяций и их взаимоотношений с окружающей средой.

Результаты исследований биологов используются во многих областях знаний, прежде даже весьма далеких от биологии. Так, широко используется микробиология для получения новых высокоэффективных лекарственных соединений, для разработки рудных месторождений с помощью микроорганизмов.

В последние сто лет биология развивалась поистине поразительными темпами. За это время сформировались такие ее разделы, как цитология, генетика, теория эволюции, биохимия, биофизика, экология. Открытия в области химии, физики и других наук дали толчок развитию биологии, и наоборот.

Список использованной литературы:

1.      Большой энциклопедический словарь. Биология. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1999

2.      Журнал «Химия и жизнь», №7-8, 2003

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

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

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

6.      Энциклопедический словарь юного биолога. М.: Педагогика, 1986

7.      Энциклопедия «Экология». М.: Аванта+, 2001

8.      www. wikipedia.org

4