6.2. Технологическое общество и его проблемы

Зададимся вопросом: сколько лет нашей цивилизации, если иметь в виду ее технологическую стадию? Науке в современном понимании всего 300–400 лет. Ее становление (теория гравитации, механика, оптичес­кая астрономия, дифференциальный анализ) связано с именами людей, живших в XVI–XVIII вв. (Г. Галилей, И. Кеплер, И. Ньютон, Г. Лейбниц, Р. Гук, Д. Бернулли, Ж. Лагранж). Экспериментальное обнаружение ато­мов и молекул произошло в 20-е годы XIX в. В 1837 г. ученые Кук и Ветстоун зарегистрировали в Лондоне первый патент на электрический телеграф, а в мае 1844 г. по телеграфу Морзе были впервые переданы слова со скорость света “What hath God wrought...”. Наконец, открытие Г. Герцем электромагнитных волн произошло в 1887 г., а через 8 лет работы А. Попова и Г. Маркони приводят к изобретению беспроволочного телеграфа. И только в 1907 году звук, преобразованный в радиосигнал, передается представляет как проходила эволюция жизни вплоть до возникновения Homo sapiens sapiens.

2) Эволюционный путь чрезвычайн_одлительный. Например, от рамапитека до современного человека сменилось не менее 500 000 поколений.

м исчезло, не оставив после себя потомков. Наиболее ярко это видно на примере неадертальца, который на протяжении около 60 тысяч лет сосуществовал с нашим подвидом, но не выдержал естественного отбора. 4) Человеческий разум является таким же орудием в борьбе за жизнь, как острые клыки и быстрые ноги, такое же приспособление к условиям существования, и возникает оно в процессе эволюции тем же путем

3) Развитие человека от гоминид до современного не является плавной последовательной сменой форм. Австралопитеков было несколько видов, если не родов, часть из них дали несколько форм Homo. Большинство эволюционных фор— выживанием наиболее приспособленного.

5) Сейчас уже абсолютно точно доказано, что все люди на Земле прнадлежат к одному виду. Антроп^ология совместно с генетикой выяснила основные ключевые моменты становления со^вре^менных ^человеческих рас и антропологических типов.

6.2. Тех^нологическое общество и его проблемы

Зададимся вопросом: сколько лет нашей цивилизации, если иметь в виду ее технологическую стадию? Науке в современном понимании всего 300–400 лет. Ее становление (теория гравитации, механика, оптичес­кая астрономия, дифференциальный анализ) связано с именами людей, живших в XVI–XVIII вв. (Г. Галилей, И. Кеплер, И. Ньютон, Г. Лейбниц, Р. Гук, Д. Бернулли, Ж. Лагранж). Экспериментальное обнаружение ато­мов и молекул произошло в 20-е годы XIX в. В 1837 г. ученые Кук и Ветстоун зарегистрировали в Лондоне первый патент на электрический телеграф, а в мае 1844 г. по телеграфу Морзе были впервые переданы слова со скорость света “What hath God wrought...”. Наконец, открытие Г. Герцем электромагнитных волн произошло в 1887 г., а через 8 лет работы А. Попова и Г. Маркони приводят к изобретению беспроволочного телеграфа. И только в 1907 году звук, преобразованный в радиосигнал, передается ожностями обладает энергетика, основанная на использовании разности температур поверхностных и глубинных слоев океана, и геотермальная энергетика. Технический потенциал может составлять 3 Q, но для получения этой энергии необходимо задействовать около 10 % земной поверхности, при этом возникает проблема нарушения теплового баланса системы атмосфера – океан.

Общее количество солнечной энергии, достигающей Земли составляет 2000 Q в год, т.е. всего 0,0125 % покрывает сегодняшние потребности, а 0,5 % обеспечивает потребности на длительную перспективу. Наиболее серьезным препятствием является низкая интенсивность солнечного излучения, плотность потока в среднем не превышает 250 Вт/м². Для получения 1 Q без учета потерь энергии необходима площадь 130 тыс. км². Но проблема заключается не только в площади, но и в значительных материальных затратах. Для производства самых дешевых коллекторов из алюминия потребуется для этих целей использовать все мировые запасы бокситов. В связи с этим отметим неправомерность чрезвычайно распространенного мнения о дешевизне и экологичности солнечной энергетики, которое связано с тем, что не учитываются подготовительные этапы энергетического цикла — добыча сырья, получение материалов, изготовление коллекторов, транспортные перевозки. Принимая во внимание указанные факторы, солнечную энергетику с учетом современных технологий следует отнести к достаточно материалоемким и дорогим источникам энергии. Этот вывод справедлив и в отношении ветровой энергетики.

Одним из наиболее перспективных в будущем видов топлива является молекулярный водород H₂. К числу его достоинств относятся: огромные запасы, высокая энергоемкость, экологическая чистота, высокий коэффициент полезного действия топливных элементов. Для широкого практического использования необходимо существенно снизить затраты на его получение.

Ядерная энергетика. Имеется два метода извлечения ядерной энергии из атомных ядер.

1) Первый основан на использовании энергии, выделяющейся в процессе цепной реакции деления тяжелых ядер урана под действием нейтронов. Многие атомы обладают способностью делиться под действием нейтронов, но не все из них можно использовать в качестве ядерного топлива. К категории ядерного топлива относят только те, которые самостоятельно могут обеспечить незатухающую цепную реакцию. В природе существует только один вид ядерного топлива — изотоп урана ²³⁵U₉₂, который содержится в естественном уране в количестве 0,7 %. Остальные 99,3 % приходятся на долю ²³⁸U₉₂, который сам не является топливом, но может служить сырьем для производства другого ядерного топлива — плутония ²³⁹Pu₉₄.

Первый в мире ядерный реактор заработал в СССР в 1954 году, в 1973 году в нашей стране был впервые запущен реактор на быстрых нейтронах. В настоящее время в России работают 9 промышленных атомных станций, а всего в мире около сотни АЭС. На долю ядерной энергетики приходится во Франции 70 % электроэнергии, в США — 18 %, в России — 7 %. Потенциальные запасы для атомной энергетики оцениваются в несколько тысяч Q.

2) Реализация другого метода находится в стадии научных разработок, он основан на использовании энергии, выделяющейся при слиянии легких ядер. Этот метод называют термоядерным синтезом. Наиболее доступной является реакция между ядрами дейтерия и трития

₁D² + ₁T³  ₂He⁴ + n ,

Рис. 6.2. К вопросу о реализации термоядерного синтеза

такая реакция оказывается примерно в 4 раза эффективнее ядерного деления. Термоядерная энергетика очень хорошо обеспечена ресурсами, можно даже говорить о безграничных ресурсах. Наконец, отходами является инертный газ гелий. Чтобы запустить термоядерную ре­акцию, необходимо создать плазму плотности n при высокой температуре T, важной характеристикой является время удержания плазмы в устойчивом состоянии  (рис. 6.2). Создание промышленных тер­мо­ядерных реакторов вне всякого сомнения представляется одной из самых актуальных проблем естествознания — речь идет о воспроизведении звездной энергетики в земных условиях.

Достижение любой цели требует энергетических, трудовых, материальных затрат, которые в конечном счете сводятся к производству энергии. Эта энергия рано или поздно переходит в тепло и дополнительно нагревает окружающую среду. Земля от Солнца получает 10¹⁷ Вт. В настоящее время для поддержания своего существования на современном уровне человечество производит 10¹³ Вт, т.е. 2,5 кВт/чел. При значительном увеличении производства энергии начнутся сильнейшие изменения в природе планеты. Как показывают расчеты, предельное дополнительное производство энергии в среде обитания может составить не более 1/1000 доли получаемой от звезды энергии — эта величина равна примерно суммарной энергии фотосинтеза. В случае превышения возможны чрезвычайно серьезные труднопрогнозируемые изменения параметров биосферы. Даже если останутся условия для существования человека, то неминуемо огромную часть своих ресурсов человечество вынуждено будет тратить на сохранение среды обитания.

Проблемы ресурсов. Начиная с первой половины XIX века основой передовых стран мира стал высокий уровень освоения природных ресурсов, прежде всего минеральных. В XX в. существенно увеличиваются объемы и перечень добываемых руд (табл. 6.5). За вторую половину XX в. из недр Земли извлечено полезных ископаемых намного больше, чем за всю предыдущую историю человечества.

Существенно то, что формирование многих ресурсов, активно используемых человеком, напрямую связано с деятельностью биосферы (иско­паемый уголь, горючие сланцы, торф). Природа происхождения нефти еще до конца не выяснена. Имеются серьезные доводы в пользу как гипотезы органического происхождения нефти, так и гипотезы неорганического происхождения нефти. Не исключено, что в природе реализуются оба механизма. В возникновении месторождений многих руд важнейшую роль сыграли процессы окисления, выветривания, осаждения, а значит роль биосферы (опо­средованная) весьма существенна.

Табл. 6.5
Вещество	Добыча или производство в год
Железная руда	1 млрд т
Бокситы	45 млн т
Алюминий	20 млн т
Марганец	12 млн т
Уголь	3.5 млели требует энергетических, трудовых, материальных затрат, которые в конечном счете сводят

ся к производству энергии. Эта энергия рано или поздно переходит в тепло и дополнительно нагревает окружающую среду. Земля от Солнца получает 1017 Вт. В настоящее время для поддержания своего существования на современном уровне человечество производит 1013 Вт, т.е. 2,5 кВт/чел. При значительном увеличении производства энергии начнутся сильнейшие изменения в природе планеты. Как показывают расчеты, предельное дополнительное производство энергии в среде обитания может составить не более 1/1000 доли получаемой от звезды энергии — эта величина равна примерно суммарной энергии фотосинтеза. В случае превышения возможны чрезвычайно серьезные труднопрогнозируемые изменения параметров биосферы. Даже если останутся условия для существования человека, то неминуемо огромную часть своих ресурсов человечество вынуждено будет тратить на сохранение среды обитания.

Проблемы ресурсов. Начиная с первой половины XIX века основой передовых стран мира стал высокий уровень освоения природных ресурсов, прежде всего минеральных. В XX в. существенно увеличиваются объемы и перечень добываемых руд (табл. 6.5). За вторую половину XX в. из недр Земли извлечено полезных ископаемых намного больше, чем за всю предыдущую историю человечества.

Существенно то, что формирование многих ресурсов, активно используемых человеком, напрямую связано с деятельностью биосферы (иско­паемый уголь, горючие сланцы, торф). Природа происхождения нефти еще до конца не выяснена. Имеются серьезные доводы в пользу как гипотезы органического происхождения нефти, так и гипотезы неорганического происхождения нефти. Не исключено, что в природе реализуются оба механизма. В возникновении месторождений многих руд важнейшую роль сыграли процессы окисления, выветривания, осаждения, а значит роль биосферы (опо­средованная) весьма существенна.

Табл. 6.5

Вещество

Добыча или производство в год

Железная руда

1 млрд т

Бокситы

45 млн т

Алюминий

20 млн т

Марганец

12 млн т

Уголь

3.5 млрд т

Нефть

3 млрд т

Уран

45 тыс. т

Серебро

15 тыс. т

Сера

55 млн т

Платиноиды

260 т

Минеральное сырье относится к исчерпаемым и невозобновляемым природным ресурсам, общие запасы которого по мере использования уменьшаются. Однако в настоящее время считается, что абсолютное исчерпание минеральных ресурсов маловероятно, особенно с учетом богатств Мирового океана. Их достаточно для обеспечения мирового экономического развития, но существует относительная ограниченность сырьевых ресурсов, лимитируемая техническими и технологическими возможностями, ухудшением условий добычи, сложностью доставки. Суммарное производство зерна за год составляет 1,9 млрд т. Для этого используется около 50 % земель сколько-нибудь пригодных для ведения сельского хозяйства.

Развитие науки. Убыстряющийся темп развития нашей цивилизации характерен для всех сторон общества, хотя наиболее ярко это видно на примере материального производства и науки. Темп роста науки в целом или в отношении больших естественных дисциплин (математика, физика, биология, химия) по крайней мере в течение 1700–1960 гг. отличался большим постоянством и составлял примерно 5–7 % в год. Другими словами, многие количественные показатели (коли­чество научных статей, число научных работников, количество и объем научных и реферативных журналов, расходы на науку) хорошо описываются экспоненциальным законом. В последние десятилетия наблюдается замедление этого роста.

Последствия ядерной войны для окружающей среды. Количество ядерного оружия составляет порядка 50 тыс. единиц общей мощностью около 12 тыс. Мт, что равно примерно 1 млн бомб типа поразившей г. Хиросиму. Считается весьма вероятным, что ограниченная ядерная война легко и быстро может перейти в крупномасштабную. Построены достаточно надежные математические модели последствий ядерного конфликта. Оказалось, что помимо непосредственных эффектов применения ядерного оружия (взрывы, пожары, радиоактивное излучение) произойдут серьезнейшие климатические изменения. Основной практически безальтернативный вывод: прольного развития. Параметры информационно­го развития остаются “экспонен­циальными” (темп построения глобальных информационных сетей, в частности Интернета, количество спутников для обслуживания телекоммуникационных систем, количество информации, обрушивающейся на человека, наконец, количество компьютеров и всей сопутствующей периферии). Таким образом, меняется просто направление развития. Вместо экспоненциально увеличивающегося ко­личества чугуна и стали мы имеем тот же закон для производства мик­рочипов. Показательно, что совокупная стоимость акций Microsoft на май 1998 г. превысила 200 млрд $, а в результате слияния в это же время автомобильных гигантов “Крайслер” и “Даймлер-Бенц” биржевая стоимость объединенного концерна достигла всего 130 млрд $.

Инженерная (конструктивная) биология

Генная инженерия. В 1969 г. Г. Корана получил первый искусственный ген, а в 1972 году под руководством П. Берга удалось сконструировать ДНК из генетического материала трех различных микроорганизмов — родилась генная инженерия. Эта научная прикладная дисциплина является одной из наиболее бурно развивающихся в современной биологии и в целом в естествознании. Генная инженерия, в отличие от методов скре­щивания, стирает межвидовые барьеры, позволяя создавать организмы с принципиально новыми комбинациями наследственных свойств. Технологии генетической инженерии позволяют выделять индивидуальные гены и последовательности ДНК (клонировать ДНК), а затем направленно изменять их, создавая рекомбинатную ДНК с новыми свойствами.

С помощью специальных методов удается манипулировать как с отдельными генами, так и с более крупными частями генома. Разработаны методы, позволяющие вставлять произвольные гены в небольшие молекулы ДНК, способные размножаться внутри определенных клеток. Удается встроить в ДНК ген, не свойственный данному организму. Такой ген может быть ответственным за синтез определенного белка, в результате организм начинает производить несвойственный ему продукт. Методами генной инженерии стало возможным производство продуктов белковой природы путем введения в клетки микроорганизмов специальных искусственных генов, в качестве примера можно привести производство инсулина, интерферона. Велики перспективы использования методов генной инженерии при создании микроорганизмов, с помощью которых возможно создание разнообразных гормонов, вакцин, антисывороток, ферментов. Методы генной инженерии позволяют понять как устроен генетический аппарат клетки, какова функция каждого гена. Чрезвычайно важна практическая возможность создания организмов с нужными человеку признаками. При вводе в клетки организма рекомбинантной ДНК возможно изменение его генотипа с заменой того или иного поврежденного гена. Такой путь позволяет излечивать наследственные заболевания при помощи генотерапии.

В настоящее время выделение генов и получение из них заданных цепей автоматизировано. Получены полные банки генов различных организмов, включая человека.

Клонирование — точное воспроизведение организмов, полностью повторяющих особь, возможно только в том случае, если генетическая информация будет без каких-либо изменений передана копиям. При естественном размножении этому препятствует мейоз, в ходе которого яйцеклетка, имеющая двойной (диплоидный) набор хромосом делится дважды, и в результате возникают четыре гаплоидные (с одинарным набором хромосом) клетки. Для развития такой клетки в новый организм необходимо оплодотворение гаплоидным сперматозоидом. В результате восстановления диплоидного набора организм приобретает признаки и отца, и матери. В основе клонирования лежат методы, которые заставляют клетку развиваться только с материнским диплоидным набором хромосом.

Еще в 30-е годы Б.Л. Астауров подобрал термическое воздействие, которое одновременно активизировало неоплодотворенную яйцеклетку к развитию и блокировало стадию мейоза. Были получены генетические копии тутового шелкопряда. Для клонирования млекопитающих необходимы другие методы, основанные на замене гаплоидного ядра яйцеклетки на диплоидное ядро, взятое из эмбриональных клеток. Таким методом в начале 50-х годов получили генетические копии лягушки. В 1997 году шотландец И. Уилмут получает всемирно известную овцу Долли — генетическую копию матери. Появление потомства у Долли доказало, что клонированные животные способны к естественному размножению. Помимо успешного клонирования млекопитающих (овцы, свиньи, коровы), удается создавать искусственные хромосомы человека, трансгеномных мышей и т.д.

Развитие генной инженерии и методов клонирования ставит ряд непростых общественных, этических, социальных проблем.

Биотехнологии. Современная биология превратилась в науку, которая дала начало технологиям, преобразившим производство. На основе методов генетической инженерии создаются разнообразные фармацевтические белки.

Развивается биотехнология растений, позволяющая создавать транс­генные растения, которые устойчивы к гербицидам и насекомым. Например, один из методов генетической трансформации растений основан на природной способности некоторых бактерий генетически модифицировать растения. Распространен метод обстрела микрочастицами золота, покрытыми раствором ДНК. В 1999 г. трансгенные формы растений в США занимали уже около 150 млн акров. Удалось сконструировать растения, которые могут производить белки животного происхождения и даже бактериальные антигены для использования их в качестве вакцин.

Биотехнология растений развивается в двух направлениях: 1) повы­­шение общей продуктивности растений, устойчивости к различным вредителям (насекомые, грибы, бактерии, вирусы) и абиотическим факторам (засуха, засоленность, гербициды); 2) изменение качества получа­емой продукции (молекулярный вес жирных кислот, аминокислотный со­став белков, производство биодеградирующего пластика вместо полиэтилена из нефти, трансгенный хлопок с уже окрашенным волокном и т.д.).

Новым направлением биотехнологии является антисмысловая технология, основанная на введении в зараженные вирусом клетки специальных нуклеиновых кислот, которые блокируют способность развития такой клетки в нужном для вируса направлении.