Классификация химических процессов

До настоящего времени нет еще какой-либо вполне установившейся классификации процессов химической технологии. Практически целесообразно объединять их в зависимости от основных закономерностей, характеризующих протекание процессов, в следующие группы:

1. гидродинамические процессы;

2. тепловые процессы;

3. диффузионные процессы;

4. холодильные процессы;

5. механические процессы, связанные с обработкой твердых тел;

6. химические процессы, связанные с химическими превращениями обрабатываемых материалов.

Процессы подразделяются также на:

1. периодические,

2. непрерывные,

3. комбинированные.

Периодический процесс характеризуется единством места протекания отдельных его стадий и неустановившимся состоянием во времени. Периодические процессы осуществляют в аппаратах периодического действия, из которых конечный продукт выгружается полностью или частично через определенные промежутки времени. После разгрузки аппарата в него загружают новую порцию исходных материалов, и производственный цикл повторяется снова. Вследствие неустановившегося состояния при периодическом процессе в любой точке массы обрабатываемого материала или в любом сечении аппарата отдельные физические величины или параметры (например, температура, давление, концентрация, теплоемкость, скорость и Др.), характеризующие процесс и состояние веществ, подвергающихся обработке, меняются во время протекания процесса.

Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех его стадий, установившимся состоянием и непрерывным отбором конечного продукта. Непрерывные процессы осуществляют в аппаратах непрерывного действия. Вследствие установившегося состояния в любой точке массы обрабатываемого материала или в любом сечении непрерывно действующего аппарата физические величины или параметры в течение всего времени протекания процесса остаются практически неизменными.

30) Химия и нанотехнологии.

нанотехнологии - это технологии производства устройств и их компонентов, необходимых для создания, обработки и манипуляции атомами, молекулами и частицами. Сейчас нет ни одной технологии, в которой бы не использовались нанотехнологии. А использование в нанотехнологии передовых научных результатов позволяет относить её к высоким технологиям.

Применение нанотехнологий в химии

Получение наноматериалов, содержащих неорганические кластеры, образованные чистыми металлами, сплавами металлов, состоящих из элементов переходных групп, оксидами, карбидами и сульфидами металлов, а также углеродными и органическими молекулярными кластерами.

Получение материалов, представляющих собой молекулярное сито с точно заданными размерами пор. К подобным материалам в настоящее время относятся нанокрасталлы ситаллов, гидроксилапатита, пористый кремний и т.д.

Получение нанозамкнутых атомных оболочек, в первую очередь углеродных, типа фуллеренов и их производных: нанотрубок разного строения, диаметра и хиральности.

Получение пленок, в которых наноразмеры фиксируются, создаются с одном направлении. Это могут быть металлические, полупроводниковые и диэлектрические пленки толщиной в несколько атомных молекулярных слоев.

Получение наноразмерных катализаторов. Данные катализаторы обеспечивают высокую избирательную способность и высокий выход продуктов реакций. Это достигается изменением функциональных свойств поверхности катализатора, её элементного состава или числа атомов в отдельных наночастицах катализатора.

Химия играет большую роль в решении наиболее актуальных проблем современного человечества. К их числу относятся:

1) синтез новых веществ и композиций с заданными свойствами, необходимых для решения различных технических задач;

2) увеличение эффективности искусственных удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственной продукции и синтез продуктов питания из несельскохозяйственного сырья;

3) разработка и создание новых источников энергии;

4) охрана окружающей среды;

5) выяснение механизма биохимических процессов и их реализация в искусственных условиях;

6) освоение океанических источников сырья.

 

В последние годы много говорят о нанотехнологиях. И, конечно, ключевую роль в развитии нанотехнологии играет химия.

Технологии и материалы всегда играли большую роль в истории цивилизации, выполняя не только узко производственные функции, но и социальные. Достаточно вспомнить, как сильно отличались каменный и бронзовый века, век пара и век электричества, атомной энергии и компьютеров.

По мнению многих экспертов, XXI в. будет веком нанонауки и нанотехнологий, которые и определят его лицо. Воздействие нанотехнологий на жизнь обещает иметь всеобщий характер, изменить экономику и затронуть все стороны быта, работы, социальных отношений. С помощью нанотехнологий мы сможем экономить время, получать больше благ за меньшую цену, постоянно повышать уровень и качество жизни.

В настоящее время это весьма обширная область исследований, включающая в себя целый ряд направлений физики, химии, биологии, электроники, медицины и других наук.

31)Роль химии в обеспечении экологии.

Современные представления о химической промышленности. Условность «безотходного» производства. Сырьё химической промышленности. Создание новых материалов и проблемы экологии. Технологические решения экологических проблем, основанные на принципах малоотходного производства (замкнутые водооборотные системы, производство серной кислоты, восстановление каталитических оксидов азота до азота, химические поглотители парниковых газов и т. д.)

Проблема загрязнения окружающей среды. Оценка ВОЗ известных химических соединений с точки зрения экологии. Рост потребления сырьевых ресурсов. Данные о химическом загрязнении атмосферы, вод, почвы. Биосферный мониторинг, его возможности.

Проблема кислотных осадков – глобальная экологическая проблема. Понятие о кислотности растворов амфотерных осадков, вод природных водоёмов. Источники кислотных осадков. Химические процессы, лежащие в основе их образования. Влияние кислотных осадков на окружающую среду и человека. Меры борьбы с кислотными осадками.

Органические загрязнители окружающей среды, их классификация по стойкости. Понятие о стойких органических загрязнителях окружающей среды и мерах предупреждения загрязнения. Пестициды, их значение, меры по предупреждению загрязнения ими окружающей среды. Диоксины, их значение, меры по предупреждению загрязнения окружающей среды. Понятие о других органических загрязнителях (бензопирен, альдегиды, углеводы и др.), их значение и меры по предупреждению загрязнения ими окружающей среды.

Экологическая  безопасность  в  повседневной  жизни (7 ч)

Экологическая безграмотность в быту – основная причина нарушений здоровья человека. Пищевая промышленность и экология. Рынок продовольственных товаров. Понятие о пищевых добавках; обработке (обеззараживании) ягод, фруктов, овощей; очистка пищевых продуктов от радионуклидов, нитратов и нитритов. Предупреждение инфекционных заболеваний. Антиканцерогенное действие веществ; выведение токсинов из организма.

«Химическая обеспеченность» современного быта и предупреждение негативного воздействия этих веществ на окружающую среду и человека. Жилище, одежда, обувь. Уборка помещений, стирка, средства ухода и гигиены, косметические средства, их значение и предупреждение воздействия на окружающую среду и человека.

32) Химия и проблема устойчивого развития цивилизации .

 концу ХХ столетия все очевиднее стали проявляться социальные, ресурсные, экологической факторы, указывающие на тупиковость развития цивилизации на базе рыночно-технологического подхода. Эти факторы детально обсуждались в работах В.А.Коптюга и его соавторов [1-3]. Мы же приведем основные из них в табл. 1, определив тип, масштабность, время появления факторов и их связь с химией как в происхождении проблемы, так и в ее решении. Все факторы можно разбить на четыре группы.

Большинство эколого-антропогенных факторов своим происхождением прямо связано с химическими процессами производства. Они появились во второй половине ХХ века, когда пресс мирового производства на окружающую среду стал сопоставим или превосходил по масштабам природные катастрофы. В последнее время появились факторы глобального масштаба: озоновые дыры и парниковый эффект. Химическая наука прямым участием может обеспечить и технологическое решение отмеченных проблем.

Факторы второй группы связаны с ограниченностью ресурсов планеты и неразумным отношением человека к природе. Эти проблемы на первых этапах носили локальный характер, но в последнее время стали глобальными. Для того, «чтобы "подтянуть" уровень жизни в развивающихся странах, пришлось бы пойти на увеличение изъятия природных ресурсов на два порядка» [2], однако такой возможности нет. Отметим, что ряд факторов зависит не только от конечности ресурсов, но и от несправедливости социальных отношений в обществе. В этой группе химия является прямым или косвенным источником проблем, но ее влияние менее значимо, чем на факторы первой группы.

Факторы третьей группы носят социальный характер, и здесь роль химии еще меньше как в происхождении проблем, так и в их решении. Проблемы застарелые - вся история цивилизации. Колоссальные научно-технические успехи человечества, обеспечившие производство громадных материальных ценностей, не только не решили проблем войн и нищеты, но и усугубили их, поставив цивилизацию на грань самоуничтожения. В масштабном отношении все факторы глобальные.

Факторы четвертой группы - научно-предсказательные. Они основываются на компьютерных расчетах моделей развития человечества при существующем и устойчивом подходах [5, 6], а также предсказаниях последствий ядерного конфликта - «ядерной зимы». Эти факторы с их трагическими прогнозами сыграли значительную роль, повлияв на умонастроения политиков и граждан, и способствовали позитивному решению ряда проблем и ориентации на устойчивое развитие цивилизации.

33) Биология как наука и особенности биологического познания мира

Биология-совокупность наук о природе. Предмет биологии- все проявления жизни: строение и функции живых существ и их природных сообществ и, распространение, происхождение иразвитие, связи друг с другом и с неживой природой. Задачи биологии- изучение закономерностей этих проявлений, раскрытие сущности жизни, систематизация живых существ. Биология устанавливает закономерности, возникающие в живых системах во всех их проявлениях (метаболизм или обмен веществ, наследственность, изменчивость, рост, раздражимость, подвижность, приспособляемость и др.). В биологии, как ни в какой другой науке, важнейшую роль играли и играют методы анализа, систематизации и классификации эмпирического материала,. заложенные впервые Аристотелем, затем продолженные К. Линнеем (1707-1778 гг.), Ж. Бюффоном (1707-1788 гг.), Ж. Ламарком (1744-1829 гг.), Э. Сент-Илером (1772-1844 гг.) и великим Ч. Дарвином (1809-1882 гг.).. Современная биология представляет собой комплекс наук- это ботаника (комплекс наук о растениях), зоология (изучает многообразие животного мира), анатомия (раздел морфологии изуч. Форму и строение отдельных органов, систем и организмов вцелом.), физиология, морфология и др.

Современная биология берет свое начало в древней Греции. Крупнейшим биологов в это время был Аристотель.

Всвязи с потребностями ХХ в. Возникли новые биологические дисциплины и направления: радиобиология (изучает действии всех видов ионизирующих излучений на живые организмы и их сообщества),космическая биология(изуч.действие различных факторов космического пространства на живые организмы), физиология и др…

На биосферном уровне биология решает проблемы интенсивности образования свободного кислорода растительным покровом Земли или изменением кончентрации углекислого газа связанным с деятельностью человека.

На биогеоцентрическом уровне ведущими явл.проблемы взаимоотношений организмов в биоценозах, условия определяющие их численность.

На популяционно-видовом уровне изучаются факторы, влияющие на численность популяций, проблемы сохранения исчезающих видов.

Па организменном уровне изучают особь и свойственные ей как целому черты строения, физиологические процессы адаптации к условиям среды обитания.

Особый уровень-клеточный ,биология клетки один из основных разделов биологии.

Молекулярный уровень явл.предметом молекулярной биологии,изычающей строение белков, их функции, роль нуклеиновых кислот в хранении и реализации генетической информации, т.е.процессы синтеза ДНК и РНК и белков.

34) Фундаментальные и частные биологические теории

В основе современной биологии лежат пять фундаментальных принципов: клеточная теория, эволюция, генетика, гомеостаз и энергия

Клеточная теория

Клетка — базовая единица жизни. Согласно клеточной теории, всё живое вещество состоит из одной или более клеток, либо из продуктов секреции этих клеток. Например, раковины, кости, кожа, слюна, желудочный сок, ДНК, вирусы. Все клетки происходят из других клеток путём клеточного деления, и все клетки многоклеточного организма происходят из одной оплодотворённой яйцеклетки. Даже протекание патологических процессов, таких как бактериальная или вирусная инфекция, зависит от клеток, являющихся их фундаментальной частью

.

Эволюция. Через естественный отбор и генетический дрейф наследственные признаки популяции изменяются из поколения в поколение. Центральная организующая концепция в биологии состоит в том, что жизнь со временем изменяется и развивается посредством эволюции, и что все известные формы жизни на Земле имеют общее происхождение.

Теория гена. Признаки живых организмов передаются из поколения в поколение вместе с генами, которые закодированы в ДНК. Информация о строении живых существ или генотип используется клетками для создания фенотипа, наблюдаемых физических или биохимических характеристик организма. Хотя фенотип, проявляющийся за счёт экспрессии генов, может подготовить организм к жизни в окружающей его среде, информация о среде не передаётся назад в гены. Гены могут изменяться в ответ на воздействия среды только посредством эволюционного процесса. Форма и функции биологических объектов воспроизводятся из поколения в поколение генами, которые являются элементарными единицами наследственности. Физиологическая адаптация к окружающей среде не может быть закодирована в генах и быть унаследованной в потомстве (см. Ламаркизм). Примечательно, что все существующие формы земной жизни, в том числе, бактерии, растения, животные и грибы, имеют одни и те же основные механизмы, предназначенные для копирования ДНК и синтеза белка. Например, бактерии, в которые вводят ДНК человека, способны синтезировать человеческие белки.

Гомеостаз. Физиологические процессы, позволяющие организму поддерживать постоянство своей внутренней среды независимо от изменений во внешней среде. Гомеостаз — способность открытых систем регулировать свою внутреннюю среду так, чтобы поддерживать её постоянство посредством множества корректирующих воздействий, направляемых регуляторными механизмами. Все живые существа, как многоклеточные, так и одноклеточные, способны поддерживать гомеостаз. На клеточном уровне, например, поддерживается постоянная кислотность внутренней среды (pH). На уровне организма у теплокровных животных поддерживается постоянная температура тела. В ассоциации с термином экосистема под гомеостазом понимают, в частности, поддержание растениями постоянной концентрации атмосферной двуокиси углерода на Земле.

Энергия. Атрибут любого живого организма, существенный для его состояния. ыживание любого организма зависит от постоянного притока энергии. Энергия черпается из веществ, которые служат пищей, и посредством специальных химических реакций используется для построения и поддержания структуры и функций клеток. В этом процессе молекулы пищи используются как для извлечения энергии, так и для синтеза биологических молекул собственного организма.

35) Традиционный, физико-химический, эволюционный и биоинженерный периоды развития биологии. Основные достижения биологии в эти периоды

Традиционный этап. Традиционная биология была описательной наукой о формах и видах растительного и животного царства. Совокупность растений называют флорой, а совокупность животных — фауной. Объект изучения традиционной биологии — живая природа в ее естественном состоянии она изучает нерасчлененную природу во всем многообразии связей.

Основы биологической классификации заложил еще Аристотель. Аристотель исследовал строение более 500 животных, отметив общий план строения высших животных и описав их внешний вид, рассказал об их образе жизни, нравах. Вместе со своим учеником Теофастом он разделил животных на водные, земные и воздушные, а растения — на травы, деревья и кустарники. Такую классификацию называют естественной. Теофаста считают основоположником ботаники, он выделил однодольные и двудольные растения, от него пошли термины — плод, сердцевина, околоплодник

В эпоху Возрождения Леонардо да Винчи описал поведение птиц в полете, способ соединения костей суставами, деятельность сердца и зрительной функции глаза, открыл щитовидную железу. А. Везалий заложил основы научной анатомии, В. Гарвей открыл кровообращение, Изобретение микроскопа дало сильнейший импульс развитию биологии. А. Ван Левенгук обнаружил мир микроорганизмов., были открыты клеточный и тканевый уровень организации растений, сформулированы первые догадки о роли листьев и солнечного света в их питании. Шведский ученый К. Линней уточнил понятие «вид», добавив способность «детям» давать плодовитое потомство. Он описал более 10 тыс. видов растений и более 4 тыс. видов животных, ввел терминологию и иерархический порядок описания видов и наименования — класс, отряд, род, вид Ламарк выделил в природе тела организованные, живые и неорганизованные, неживые, Ламарк распределил животных по классам несколько иначе, чем Линней. Он разделил животных на позвоночных и беспозвоночных, выделил в отдельные классы паукообразных и кольчатых червей, обосновал идею о путях происхождения человека от обезьяноподобных предков (1809). Затем, после введения понятия «семейство», виды стали объединять в роды, роды — в семейства, семейства — в отряды, отряды — в классы, классы — в типы, типы — в царства.

Физико-химическая биология включает в себя изучение тех же объектов живой природы, но с использованием физико-химических методов.

На протяжении всей истории развития биологии физические и химические методы были важнейшим инструментом исследования биологических явлений и процессов живой природы. Важность внедрения таких методов в биологию подтверждают экспериментальные результаты, полученные с помощью современных методов исследования, зародившихся в. смежных отраслях естествознания - физике и химии. В этой связи неслучайно в 1970-х годах в отечественном научном лексиконе появился новый термин "физико-химическая биология". Появление этого термина свидетельствует не только о синтезе физических, химических и биологических знаний, но и о качественно новом уровне развития естествознания, в котором происходит непременно взаимное обеспечение отдельных его отраслей. Физико-химическая биология содействует сближению биологии с точными науками - физикой и химией, а также становлению естествознания как единой науки о природе.

В то же время изучение структуры, функций и репродукции фундаментальных молекулярных структур живой материи не лишает биологию ее индивидуальности и особого положения в естествознании, так как молекулярные структуры наделены биологическими функциями и обладают вполне определенной спецификой.

Эволюционная биология. 

Эволюционная биология— раздел биологии, изучающий происхождение видов от общих предков, наследственность и изменчивость их признаков, размножение и разнообразие форм в историческом контексте.

Эволюционное учение (биол.) - комплекс знаний об историческом развитии (эволюции) живой природы. Эволюционное учение занимается анализом становления адаптации (приспособлений), эволюции индивидуального развития организмов, факторов, направляющих эволюцию, и конкретных путей исторического развития отдельных групп организмов и органического мира в целом. Основу эволюционного учения составляет эволюционная теория. К эволюционному учению относятся также концепции происхождения жизни и происхождения человека.

Первые представления о развитии жизни, содержащиеся в трудах Эмпедокла, Демокрита, Лукреция Кара и других античных философов, носили характер гениальных догадок и не были обоснованы биологическими фактами. В XVIII веке в биологии сформировался Трансформизм — учение об изменяемости видов животных и растений, противопоставлявшееся Креационизму, основанному на концепции божественного творения и неизменности видов. Виднейшие трансформисты второй половины XVIII и первой половины XIX вв.— Ж. Бюффон и Э. Ж. Сент-Илер во Франции, Э. Дарвин в Англии, И. В. Гёте в Германии, К. Ф. Рулье в России — обосновывали изменяемость видов главным образом двумя фактами: наличием переходных форм между близкими видами и единством плана строения организмов больших групп животных и растений. Однако они не рассматривали причин и факторов изменения видов.

Первая попытка создания целостной эволюционной теории принадлежит французскому естествоиспытателю Ж. Б. Ламарку, изложившему в своей «Философии зоологии» (1809) представления о движущих силах эволюции. Согласно Ламарку, переход от низших форм жизни к высшим — Градация — происходит в результате имманентного и всеобщего стремления организмов к совершенству. Разнообразие видов на каждом уровне организации Ламарк объяснял модифицирующим градацию воздействием условий среды. Согласно первому «закону» Ламарка, упражнение органов приводит к их прогрессивному развитию, а неупражнение — к редукции; согласно второму «закону», результаты упражнения и неупражнения органов при достаточной продолжительности воздействия закрепляются в наследственности организмов и далее передаются из поколения в поколение уже вне зависимости от вызвавших их воздействий среды. «Законы» Ламарка основаны на ошибочном представлении о том, что природе свойственны стремление к совершенствованию и наследование организмами благоприобретенных свойств.

36) Генетическая революция в биологии.

Революция в современной биологии

Биология как наука насчитывает сотни лет своего развития. Однако, за относительно короткий срок (1980-2000 гг.) в молекулярной биологии и генетике произошли революционные изменения, повлиявшие весь "ландшафт" биологии и связанных с нею областей знаний.Исходным событием явилась осуществленная в 1953 году Уотсоном и Криком расшифровки структуры двойной спирали ДНК. За этим последовало создание методов расшифровки пространственной структуры белков с помощью рентгено-структурного анализа; методов расшифровки (чтения) аминокислотных и нуклеотидных последовательностей; создание методов генетической инженерии; трансгенез, клонирование. Началась эпоха массовой расшифровки геномов, увенчавшаяся таким выдающимся достижением как расшифровка генома человека. Были разработаны эффективные методические подходы, гарантирующие получение фундаментальных знаний о молекулярно-генетическом, клеточном, организменном, экосистемном уровнях организации жизни и трансформацию этих знаний для нужд прикладных отраслей и общества в целом.

РЕВОЛЮЦИЯ В СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ
Расшифровка структуры двойной спирали ДНК Рентгено-структурные методы расшифровка пространственной структуры белков Методы расшифровки аминокислотных последовательностей Методы расшифровки нуклеотидных последовательностей Генетическая инженерия Генодиагностика Трансгенез Клонирования Молекулярные биотехнологии ДНК-микрочипы Массовое секвенирование геномов Расшифровка генома человека
Протеомика Транскриптомика Молекулярная медицина, генотерапия Конструирование молекулярно-генетических систем с заданными свойствами

37) Синергетическая теория эволюции.

Синерге́тика (от греч. συν- — приставка со значением совместности и ἔργον «деятельность»), или теория сложных систем^[1] — междисциплинарное направление науки, изучающее общие закономерности явлений и процессов в сложных неравновесных системах (физических, химических, биологических, экологических, социальных и других) на основе присущих им принципов самоорганизации^[2]. Синергетика является междисциплинарным подходом, поскольку принципы, управляющие процессами самоорганизации, представляются одними и теми же безотносительно природы систем, и для их описания должен быть пригоден общий математический аппарат.

Во второй половине прошлого столетия в науке возникло новое направление – синергетика, связанная с процессами самоорганизации и кооперации в природе. Первоначально синергетика базировалась на наблюдениях ее авторов Г.Хакена и И.Пригожина над некоторыми физическими и химическими процессами (автокаталитическими химическими реакциями, образованием ячеек Бенара в жидкости, работой лазера, турбулентным движением жидкости, поведением ферромагнетиков), в условиях обмена с окружающей средой [1-6].

Поведение системы в таких процессах становится нелинейным и неустойчивым, в результате чего система попадает в точку, названной точкой бифуркации, где возникает множество путей развития. Однако среди этих путей есть один (или узкий коридор), который отличается значительной устойчивостью. Этот коридор назван аттрактором, и приводит систему в новое устойчивое состояние. Это классическая картина описания синергетического процесса. Существенным для синергетики стало то, что в процессе перехода из одного устойчивого состояния в другое в открытых системах происходит не рост, а понижение энтропии и отмечается образование новых структур [1-6]. Это наблюдение позволило сделать выводы о том, что именно синергетические процессы лежат в основе морфогенеза – появления новых форм материи. При этом авторы считали, что непременными условиями синергетических процессов являются обмен с окружающей средой, случайная природа внешних или внутренних воздействий, а также неустойчивость, нелинейность и необратимость [1-6].

Указанные выводы были распространены вначале на биологию. Это мы видим у основателей синергетики Г.Хакена [1] и И.Пригожина [2-4], затем у других авторов. Так М.В.Волькенштейн говорит об отсутствии границ между физикой, химией и биологией. Отмечает явления самоорганизации в физических и химических процессах и затем утверждает, что «по-видимому, это справедливо и для видообразования…»[7]. Позднее синергетика стремительно распространялась в разных областях человеческого знания и получила признание, как в естественнонаучных, так и в гуманитарных областях науки, вплоть до науки об эволюции Вселенной [2-4,6].

При этом причины синергетических процессов, сформулированные однажды авторами синергетики, никогда больше не подвергались сомнению. Ими по-прежнему остаются открытость систем, а также неустойчивость, нелинейность, случайность и необратимость. Попробуем вернуться к истокам синергетики и еще раз проанализировать, что же на самом деле является причинами, а что следствиями синергетических процессов.

38) Этические проблемы современной биологии.

Генетические технологии в конце 20 – начале 21 века прочно вошли в медицинскую практику. «Человечество с надеждой смотрит на генетику, которая, используя свои открытия, может изменить судьбу современников и потомков, дав им лучшее предопределение. …В историческом ракурсе генетика - это фермент, ускоряющий физическое и нравственное совершенствование человечества, и поэтому она останется "становым хребтом" цивилизации XXI в.»[1]. Генетическая диагностика и консультирование стали одним из видов медицинской помощи. Разрабатываются технологии генной терапии и инженерии. В области современных генетических технологий доминирует тенденция к разработке технологий, позволяющих конструировать, видоизменять биологическую природу человека, в частности, технологий генетического модифицирования организмов и животных, генная терапия, клонирование животных. 

В ходе научных разработок и применения генных технологий выявился ряд серьезных этических проблем, связанных с вмешательством в механизмы сохранения разнообразных форм жизни на Земле, прежде всего – жизни человека. 

На Третьем Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (2005) Представитель Общего директората научных исследований Европейского Союза д-р М. Халлен отметил, что в последние 5-6 лет произошел прорыв в области изучения генома: расшифрован геном человека, многих млекопитающих и растений. Больших успехов в Европе достигли и такие отрасли биологии, как нанобиотехнология, создание биосенсоров и системная биология. Основное направление сегодняшних исследований европейских ученых в молекулярной генетике - использование геномных технологий для лечения онкологических заболеваний, СПИДа, малярии и туберкулеза.

Многие вопросы этих проблем нашли свои ответы в международных и отечественных этико-правовых документах. Свою позицию по этическим проблемам применения генных технологий выразили представители ряда религиозных конфессий. Но многие вопросы еще не нашли однозначных решений и являются предметом дискуссий.

В настоящее время в области разработки и использования генных технологий существует ряд проблем, вызывающих этические опасения. Это проблема использования генных технологий для улучшения природы человека; проблема доступа различных слоев населения к возможности их использования; проблема генетического скрининга населения и генетической паспортизации населения; проблема сохранения тайны генетической информации; проблема коммерциализации процесса использования генетической информации и генных технологий; проблемы научных исследований в области разработки и совершенствования генных технологий; проблемы трансгенных растений и животных.

Область этических проблем, возникших в связи с развитием генетики, обусловлена рядом причин. Со времен античных философов в западноевропейской культуре утвердилась идея о том, что природа человека несовершенна и предназначение человека в том, чтобы использовать все свои силы и возможности для устранения этого несовершенства. Одним из таких «несовершенств» была признана смертность человека. На протяжении многих столетий человечество искало средства удлинения сроков жизни человека, стремилось найти «элексир молодости», средство, позволяющее стать бессмертным. Здоровье, долголетие (или бессмертие), высокий интеллект и разнообразные таланты, телесная красота человека стали благими целями в научных исследованиях, в том числе и в области генетики.

 Это создало моральные основания для признания вмешательств в биологическую, в том числе и генетическую природу человека допустимым. В конце 20 в. активно исследовалась проблема степени генетической обусловленности поведения человека, в том числе его интеллекта, характера, способностей и т.д. К началу 21в. выделяется проблема возможности «создания» человека с «откорректированным» генетическим кодом.

 В настоящее время появились научные знания и технологии, которые могут быть использованы для устранения ряда этих «несовершенств». В связи с этим возникают проблемы морально допустимых границ, условий и критериев применения генных технологий, т.е. в какой степени, при каких условиях и с какой целью могут быть применены те или иные генные технологии.

Исследования в рамках международного проекта  «Геном человека» стали знаменательным этапом в области генетических исследований и разработки генных технологий. Работы по реализации этого проекта шли во многих странах мира – США, Японии, Канаде, России и других странах Европейского Союза. В США они начались в 1990 году под руководством лауреата Нобелевской премии Джеймса Уотсона. В 2002 г. проект был завершен.

Цель проекта состояла в описании нуклеотидных последовательностей ДНК всех хромосом человека. В результате исследований в рамках проекта «Геном человека» была составлена полная карта генома человека. В настоящее время идут исследования по изучению локализации в ней всех генов. С каждым годом открывается все больше генов, ответственных за возникновение конкретных заболеваний или предрасполагающих к ним. В настоящее время обнаружены и секвентированы гены, ответственные за ожирение, эпилепсию, слепоту, высокое артериальное давление, астму, остеопороз, меланому, регуляцию роста, артрит, рак груди и яичников, сердечно-сосудистые заболевания и болезнь Паркинсона. Установлена генетическая основа многих психических заболеваний, таких как аутизм, аффективные расстройства, шизофрения и другие. Однако, методы коррекции генетической патологии еще полностью не выработаны. «Человечество получило только каталог содержимого клетки, но не инструкцию, как им воспользоваться - библиотека пока закрыта» [2]. 

Идея генетического усовершенствования человека предполагает, что биологические признаки могут быть зафиксированы, определены их количественные параметры, и они могут программироваться. С этими вопросами неразрывно связаны вопросы определения нормы и отклонений от нее, как в лучшую, так и в худшую сторону. В настоящее время существуют нормы не только для биологических процессов, протекающих в организме человека, но и для интеллектуального, психического, социального и культурного развития. Отклонения от таких норм неизбежно вызывают желание «что-то исправить» в человеке. Идеи модификации человека путем коррекции его генетического аппарата актуализировали идеи евгенической концепции.

Наибольшего развития идеи «улучшения качества природы человека» достигли в рамках евгеники. Различные евгенические идеи высказываются многими современными учеными.

39) Феномен жизни и его исследование.

Современная биология при описании живого идёт по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом подчёркивается, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни. К числу свойств живого относят следующие признаки: 1. Живые организмы характеризуются сложной, упорядоченной структурой. 2. Живые организмы получают энергию из окружающей среды. Большинство из них использует солнечную энергию. 3. Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешние раздражения - универсальное свойство живого. 4. Живые организмы не только изменяются, но и усложняются. 5. Всё живое размножается. 6. Сходство потомства с родителями обусловлено генетически. Вместе с тем существуют механизмы изменчивости. Это определяет эволюцию всех видов живой природы. 7. Живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни. Главный критерий жизни - способность живых организмов сохранять и передавать информацию. Главные элементы живого вещества - это широко распространённые элементы космоса. При этом Н, С, N, О - типичные "биофильные" элементы - наиболее широко распространены в природе. Живые организмы в первую очередь используют наиболее доступные атомы, которые способны образовывать устойчивые и кратные химические связи. При охлаждении первичной газовой туманности, генетически связанной с ранним Солнцем, возникли органические соединения. 1. Феномен жизни и его трактовки При попытке определить сущность жизни как на обыденном, так и на научном уровне, возникают большие трудности, так как сущность жизни и в том и в другом случае понимается и определяется различным образом. Большинство ученых убеждены, что жизнь представляет собой особую форму существования материального мира. До конца 50-х годов в научной и философской литературе общепринятым было знаменитое определение Ф. Энгельса, которое утверждало, что жизнь есть способ существования белковых тел, состоящий в постоянном самообновлении химических составных частей этого тела. Но к этому времени стало очевидным, что субстратная основа жизни не сводится только к белкам, а функциональная - к присущему им обмену веществ. Интересны также определения жизни Э. Шредингера как апериодического кристалла, Г. Югая как космической организованности материи, а также определение, подчеркивающее энергетический аспект жизни - противостояние энтропийным процессам. Есть аксиоматические определения жизни, называющие ее важнейшие черты. Таково определение А.И. Опарина. К этой группе относят и определение Б.М. Медникова, называющее жизнью активное, идущее с затратой энергии, поддержание и воспроизведение специфических структур, функционирование которых описывают следующие положения: 1) живые организмы характеризуются наличием фенотипа и генотипа; 2) генетические программы не возникают заново, а реплицируются матричным способом; 3) в процессе репликации неизбежны ошибки на микроуровне, случайные и непредсказуемые изменения генетических программ (мутации); 4) в ходе формирования фенотипа эти изменения многократно усиливаются, что делает возможным их селекцию со стороны факторов внешней среды. Современная биология в вопросе о сущности живого все чаще идет по пути перечисления основных свойств живых организмов. При этом акцент делается на то, что только совокупность данных свойств может дать представление о специфике жизни. К числу свойств живого обычно относят следующие: живые организмы характеризуются сложной упорядоченной структурой. Уровень их организации значительно выше, чем в неживых системах; живые организмы получают энергию из окружающей среды, используя ее на поддержание своей высокой упорядоченности. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию; живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Способность реагировать на внешнее раздражение - универсальное свойство всех живых существ, как растений, так и животных; живые организмы не только изменяются, но и усложняются; все живое размножается. Способность к самовоспроизведению - один из самых главных признаков жизни, так как в этом проявляется действие механизма наследственности и изменчивости, определяющих эволюцию всех видов живой природы; живые организмы передают потомкам заложенную в них информацию, необходимую для жизни, развития и размножения. Эта информация содержится в генах - единицах наследственности, мельчайших внутриклеточных структурах. Генетический материал определяет направление развития организма. Вот почему потомки похожи на родителей. Однако эта информация в процессе передачи несколько изменяется, искажается. В связи с этим потомки не только похожи на родителей, но и отличаются от них; живые организмы хорошо приспособлены к среде обитания и соответствуют своему образу жизни. В обобщенном и упрощенном варианте все отмеченное можно выразить в выводе, что все живые организмы питаются, дышат, растут, размножаются и распространяются в природе, а неживые тела не питаются, не дышат, не растут и не размножаются. Однако строго научное разграничение живого и неживого встречает определенные трудности. Имеются как бы переходные формы от неживого к живому. Так, например, вирусы вне клеток другого организма не обладают ни одним из атрибутов живого. У них есть наследственный аппарат, но отсутствуют основные необходимые для обмена веществ ферменты, и поэтому они могут расти и размножаться, лишь проникая в клетки другого организма и используя его ферментные системы. Поэтому, в зависимости от того, какой признак живого мы считаем самым важным, мы относим вирусы к живым системам или нет. Естественно, что в определении жизни должны быть зафиксированы все эти функциональные признаки. Поэтому можно предложить следующее определение: жизнь - высшая из природных форм движения материи, она характеризуется самообновлением, саморегуляцией и самовоспроизведением разноуровневых открытых систем, вещественную основу которых составляют белки, нуклеиновые кислоты и фосфороорганические соединения. Признаками жизни являются: противостояние энтропийным процессам, обмен веществ с окружающей средой, воспроизводство на основе генетического кода и молекулярная хиральность.

40) Отличительные особенности живой и неживой теории.

Живая природа -- совокупность организмов. Делится на пять царств: бактерии, грибы, растения и животные. Живая природа организуется в экосистемы, которыесоставляют биосферу. Основной атрибут живой материи -- генетическая информация, проявляющаяся в репликации и мутации. Развитие живой природы привело кпоявлению человечества.

Интерес к познанию живой природы возник у человека очень давно, еще в первобытную эпоху, и был тесно связан с его важнейшими потребностями: в пище, лекарствах, одежде, жилье и т.п. Однако только в первых древних цивилизациях люди стали целенаправленно и систематически изучать живые организмы, составлять перечни животных и растений, населяющих разные регионы земли. Наука, занимающаяся изучением живой природы, получила название биология. В настоящее время биология представляет собой целый комплекс наук о живой природе. Причем существуют различные классификации последних. Например, по объектам исследования биологические науки подразделяются на вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию и антропологию.

По уровню организации живых объектов выделяются следующие науки:

· анатомия, посвященная изучению макроскопического строения животных;

· гистология, исследующая строение тканей;

· цитология, изучающая клетки, из которых состоят все живые организмы.

По свойствам, или проявлениям живого, биология включает в свой состав:

· морфологию -- науку о структуре, или строении живых организмов;

· физиологию, которая изучает их функционирование;

· молекулярную биологию, исследующую микроструктуру живых тканей и клеток;

· экологию, рассматривающую образ жизни растений и животных и их взаимосвязи с окружающей средой;

· генетику, которая изучает законы наследственности и изменчивости живых организмов.

Все эти классификации в известной степени условны и относительны и пересекаются друг с другом в различных пунктах. Такая многоплановость комплекса биологических наук во многом обусловлена необычайным многообразием живого мира.

К настоящему времени учеными обнаружено и описано более одного миллиона видов животных, около полумиллиона видов растений, несколько сотен тысяч видов грибов, более трёх тысяч видов бактерий. Причем мир живой природы исследован далеко не полностью. Число пока еще не описанных видов живого оценивается, по меньшей мере, в один миллион. Кроме того, огромное количество видов живых организмов давно вымерло. По современным научным данным за все время развития жизни на Земле существовало колоссальное количество различных видов живых существ -- приблизительно пятьсот миллионов.

Понятно, что живая природа представляет собой качественно новый, более высокий уровень организации материи, или виток мировой эволюции, поднявшийся на необыкновенную высоту по сравнению со ступенью неживой природы. В чем же заключается столь радикальное отличие живой природы от неживой? Интуитивно все понимают, что такое живое и что -- неживое. Однако при попытке определить сущность живого возникают трудности. Оказывается, ответить на вопрос о том, что такое жизнь, довольно непросто.

Например, широко известно определение, предложенное немецким философом XIX в. Фридрихом Энгельсом, согласно которому жизнь -- это способ существования белковых тел, важной особенностью которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой. Тем не менее, живая мышь, например, и горящая свеча с физико-химической точки зрения находятся в одинаковом состоянии обмена веществ с внешней средой, равно потребляя кислород и выделяя углекислый газ, но в одном случае -- в результате дыхания, а в другом -- в процессе горения. Данный пример показывает, что обмениваться веществами с окружающей средой могут и неживые объекты; т.е. обмен веществ является хотя и необходимым, но недостаточным критерием определения жизни. То же самое можно сказать и о белковой природе живых объектов. Так американский ученый Ф. Типлер в своей книге «Физика бессмертия» говорит следующее: «Мы не хотим привязывать определение жизни к молекуле нуклеиновой кислоты, потому что можно вообразить себе существование жизни, которая к этому определению не подходит. Если к нам в космический корабль явится внеземное существо, химическую основу которого составляет не нуклеиновая кислота, то нам все равно захочется признать его живым» Цит. по: Концепции современного естествознания. М.: ЮНИТИ, 1997. С. 159..

Таким образом, невозможно указать только на один какой-нибудь главный, или основополагающий признак, по которому различаются объекты живой природы и неживой. Поэтому современная биология при определении и описании живого исходит из необходимости перечисления нескольких принципиальных свойств живых организмов. При этом подчеркивается, что только совокупность этих свойств может дать представление о специфике жизни. К таким свойствам, или признакам, относятся следующие:

· Живые организмы характеризуются гораздо более сложным устройством, чем неживые тела.

· Любой организм для поддержания своей жизнедеятельности получает энергию из окружающей среды. Большая часть организмов прямо или косвенно использует солнечную энергию.

· Живые организмы активно реагируют на окружающую среду. Если, например, вы толкнете камень, то он пассивно сдвинется с места, а если толкнуть животное, то оно отреагирует активно: убежит, нападет, изменит форму и т.д. Способность реагировать на внешние раздражения -- это всеобщее свойство живых существ, как растений, так и животных.

· Живые организмы могут не только изменяться, они также и усложняются. Так, например, у растения появляются новые ветви, а у животного-- новые органы, значительно отличающиеся и по внешнему виду, и по устройству от тех, которые их породили.

· Все живое размножается. Причем потомство и похоже на родителей, и в то же время чем-то от них отличается.