Курс по концепции современного естествознания

57 Генная инженерия

Под генной (генетической) инженерией подраз-

умевают целый комплекс технологий, методов, процессов, посредством которыхполучаютрекомбинантные (созданные благодаря биотехнологии на основе ДНК) РНК и ДНК, а также гены из клеток организмов, осуществляют различные манипуляции с генами и вводятихв другие организмы.

Работы по изменению существующих органических форм стали возможны только после того, как в

1953 годубыла расшифрована молекула ДНК.

Споразительной настойчивостью и упорством человек к концу первого десятилетия XXI века достиг очень многого. Это стало возможно благодаря ферментам — образованиям на основе белка, отвечающимзаорганизациюработыклетки. Вчастностиможно назватьтакие ферменты, как рестриктазы. Одна из их функций— защита клетки от инородных генов.

Сначала 1980-х годов получено множество гено-

модифицированных сортов зерновых культур. Отме-

ченвысочайшийуровеньурожайности, егопотрясающая устойчивостьк неблагоприятным климатическим условиям и полное отсутствие паразитов, пожирающих необходимые для людей злаки.

Выведены невиданные раньше сорта картофеля, кукурузы, сои, риса, рапса, огурцов. Животноводство также находится в зоне интересов генной инженерии. Исследования по созданию трансгенных овец, свиней, коров, кроликов, уток, гусей, кур считаются в наши дни приоритетными. Здесь большое внимание уделяется именно животным, которыемоглибысинтезироватьлекарственныепрепараты: инсулин, гормоны, интерферон, аминокислоты.

Но самое наверное перспективное в генной ин-

женерии – это клонирование животных. Под этим термином понимается (в узком смысле этого слова) копирование клеток, генов, антител и многоклеточных организмов в лабораторных условиях. Такие экземпляры генетически одинаковы. Наследственная изменчивость возможна только в случае случайных мутаций или, если создана искусственно.

Никогда не надо забывать, что генная инжене-

рия— абсолютно новая технология. Необдуманное и неумелое использование этого инструмента не просто разрушает, а вносит хаос в созданные природой генетические барьеры между людьми, животными, растениями и бактериями.

Немало ученых считает, что технологии генной инженерии страшнее ядерныхтехнологий. Масштаб бедствий можетбытьна порядки выше, а нравственнаядеградациялюдей, попраниеморально-этических норм вообще не поддаются никаким измерениям. Последнее во многом связывают с клонированием человека. Здесьсуществуютдвеабсолютнополярные точки зрения. Одни придерживаются того мнения, что создание идеально похожих людей аморально по сути. Напрочьтакжеотрицаютполучениеэмбрионных стволовых клеток, считая это убийством зарождающейся жизни.

Их оппоненты, наоборот, не видят в клонировании ничего ужасного, считая даже необходимым в некоторых случаях такое воспроизводство человека. Например, при бесплодии или при однополых браках вполне возможен подобный сценарий (http://www. factruz.ru/genetic_mistery/genetic_engineering.htm).

Традиционные представления о структурном основании живого определяются в виде клетки. Дж. Кенд-

рью объявляет клетку атомом в биологии. Каждая клетка содержит плотное образование — ядро, плавающее в цитоплазме — полужидком основании, огражденном клеточной мембраной.

Выделяется сложно-иерархическая организация клетки:

1)атомарный элементарный уровень;

2)мономолекулярный элементарный уровень;

3)компонентный уровень (полимолекулярный);

4)надмолекулярный или субклеточный (уровень органелл клетки).

ВХIХв. Л. Пастер произвел настоящую революцию

вструктурном строении живого, он обнаружил дис-

симметрию, выразившуюся:

1)воптическойактивностивеществбиологического происхождения;

2)в факторах, вызывающих диссимметрию молекул. Структурой, обеспечивающей целостностьбиологического объекта, является структура на уровне пространственной организации вещества живых систем, т.е. асимметрия его молекул, столь характерная для всех проявлений жизни.

Клетка располагает всеми признаками живого (са-

мовоспроизведением, саморегуляцией, информативностью), в ней осуществляются процессы обмена веществ и превращение энергии. Основным составляющим клетки выступают белки, нуклеиновые кислоты, аминокислоты, липиды, углеводы и т.д.

У всех живых организмов имеются свои особые молекулы белков, сильно различающиеся по массе,

содержанию остатков аминокислоти порядкуихрас-

положения. Нуклеиновые кислоты выступаютхранителями наследственной информации и, кроме того,

регулируют образование белков-ферментов, отвечающих за процессы обмена веществ (ДНК является хранителемнаследственнойинформации, РНКпомогает передаче генетической информации в процессе биосинтеза).

Вплоть до ХIХ в. в естествознании доминировала позиция о самозарождении жизни. Это самая первая идея, которая была выдвинута как в философии, так и в естествознании. Аристотельутверждал, что определенные «частицы» вещества содержат некое «активное начало», которое при подходящих условиях может создатьживой организм. Аристотельбыл прав, считая, чтоактивноеначалосодержитсявоплодотворенном яйце, но ошибочно полагал, что оно присутствуеттакже в солнечном свете, тине, гниющем мясе. В XIX в. Л. Пастер в своих опытах продемонстрировал, что микроорганизмы появляются в органических растворах только потому, что туда раньше был внесен зародыш. Таким образом, опыты Л. Пастера:

1)доказалинесостоятельностьконцепциисамопроизвольного зарождения жизни;

2)обосновали идею о том, что все современное живое происходит от живого.

59 Прокариоты и эукариоты

Нужно отметить, что эволюционные теории являются лишь теоретическими моделями возникновения и прогрессивного усложнения живого. Основываясь на современных научных данных, возможно говорить о том, что 3–3,5 млрд лет тому назад появилась качественноноваяорганизацияматерии, котораяоблада-

ла удивительной способностью усваивать внешнюю энергию (прежде всего энергию Солнца) с помощью реакции фотосинтеза. Возникли организационные формы, способные не только рассеивать энергию, но и накапливать ее. Одновременно эти формы обладали невероятной способностью сохранять свой гомеостазис (внутреннее равновесие, стабильность), высокую степень адаптации к быстроменяющимся условиям.

Прокариоты были практически бессмертны. Эта ветвьсамоорганизации оказаласьтупиковой, но она обеспечиласозданиегазовойоболочкиЗемли. Кпрокариотам относятся бактерии (эубактерии и архебактерии).

Эукариоты, более совершенные виды живой мате-

рии, обладали кислородным дыханием, что давало возможностьлокального снижения энтропии. В силу этого они превратились в смертные организмы.

С момента появления эукариотов начинается быстрое совершенствование видов и стремительный рост их разнообразия. Формируются генетический код, наследование, память. Сегодня идея коэволю-

ции(кооперации, взаимодействия) являетсяодной из ведущих в системе проблем происхождения живого.

Удивительная согласованность всех видов жизни вы-

ступаетследствием принципа коэволюции.

К эукариотам относятся грибы, растения и живот-

ные, большинство из которых являются многоклеточными организмами и только некоторые — одноклеточными.

Многоклеточные эукариоты построены из разно-

образных по своим функциям клеток, причем эти клетки значительно крупнее клеток прокариот(соотношение объемов приблизительно 2000 : 1).

Наиболее важный отличительный признак эукариотических клеток — наличие ядра (греч. karion;

отсюда и название «эукариоты») и других органелл.

Структурыифункцииэукариотическихклетокслож-

нееиболееспециализированы, чемструктурыифункции клеток прокариот.

ДНК эукариот представляют собой оченьдлинные линейные молекулы (от 107 до более чем 1010 пар оснований). Они локализованы в ядре, связаны с гистонами и включают некодирующие области (интроны).

Напротив, ДНК прокариот представляют собой болеекороткие(до5106 пароснований) кольцевыемо-

лекулы, расположенные в цитоплазме и не имеющие интронов.

Эукариотические клетки состоят из специализиро-

ванных отделов— органелл. Процессы синтеза и созревания РНК и белков протекают в различных отделахклеток, имеханизмыихрегулированиянезависят один отдругого. Упрокариот, напротив, эти процессы значительно проще и взаимосвязаны.

Информационное общество начинает формиро-

ваться в результате информационной (или компьютерной) революции, когда происходит радикальное изменение всех средств обработки, передачи и производства информации. Информационные технологии позволяют создать общество, основанное на знаниях. Понятие «средства производства» из предметной области постепенно переходит в область человеческих отношений.

Новое общество основано на вычислительных се-

тях с глубокими и разносторонними связями внутри организаций и между ними. Возникает виртуальное бытие— глобальная компьютерная сеть.

Происходит процесс глобализации экономики. По-

скольку знания превращаются в ключевой ресурс,

экономика приобретаетпланетарный характер, хотя отдельные организации и продолжают работать на местах, в регионах или в масштабах государств.

Основными составляющими интенсификации информационных процессов являются: увеличение объема накопленной и передаваемой информации, неуклонноевозрастаниескоростипередачисообщений, технический рост оснащенности общественного труда и новые способы его разделения. Информация становится базовым параметром нарождающейся информационной цивилизации.

Лидерство в развитии информационных технологий и средств массовой коммуникации становится все более эффективным средством обеспечения господствующего положения в политике, экономике, общественных отношениях.

Общество является информационным:

1)если любой индивид, группа лиц, предприятие или организация в любой точке страны и в любое время могутполучитьлюбые информацию и знание, необходимые для их жизнедеятельности;

2)в обществе производится, функционирует и становится доступной современная информационная технология;

3)имеются развитые инфраструктуры, обеспечивающие создание национальных информационных ресурсов; общество в состоянии производить всю необходимую для жизнедеятельности информацию;

4)в обществе происходитпроцесс ускоренной автоматизацииироботизациивсехсферпроизводства

иуправления;

5)происходятрадикальные изменения социальных структур, следствием которых оказывается расширение сферы информационной деятельности и услуг. В информационном обществе огромное социальное и экономическое значение приобретает теоретическое знание. Происходят изменения характера науки. Наука как «всеобщее знание» становится основной производительной силой общества. Основным источником стоимости выступает уже не столько труд в процессе материального производства, сколькознание(ввидеизобретенияилиорганизационного усовершенствования).

Информационное общество находится в процессе становления и изменения.

61 Энергетика биохимическихпроцессов

Процессы роста и поддержания жизни требуют за-

тратэнергии. Живыеорганизмысоздаютиподдерживают сложные, упорядоченные и целенаправленные элементысвоейструктурызасчетсвободнойэнергии окружающей среды; эту энергию они потом возвращают в среду в менее пригодной для них форме.

Живые клетки представляют собой химические машины, работающие при постоянной температуре и в условиях сколько-нибудь значительных перепадов давления.

Для всех живых организмов в земной биосфере

источником энергии служит в конечном счете сол-

нечное излучение, которое возникает в результате реакции ядерного синтеза— слияния ядер водорода собразованиемядергелия, протекающегонаСолнце при необычайно высокой температуре.

Другиеорганизмыполучаютнеобходимуюимэнер-

гиюпутем окисления богатыхэнергией растительных продуктоватмосфернымкислородом. Такимобразом,

энергетические потребности всех живых организмов прямоиликосвенноудовлетворяютсязасчетсолнеч-

ной энергии, не является исключением и человек. Так, наше тело вырабатывает тепло, и это наблюдение привело Дж. Лавуазье примерно в 1870 г. к

заключению, что дыхание представляет собой медленное сгорание питательных веществ в организме.

Позднее, после открытия первого и второго законов термодинамики, было установлено точное количе-

ственное соотношение между теплотой, энергией и работой.

Современная биохимия использует термодинамические величины: энергию Е, энтальпию Н, энтропию S и свободную энергию Гиббса G.

Термодинамиказанимаетсяколичественнымописанием изменений теплоты и энергии системы, связанных, в частности, с достижением химического равновесия. Зная изменения термодинамических величин, таких как Н и S, можно предсказать, пойдет в данных условияхреакция или нет.

Термодинамиканеравновесных, необратимыхпроцессов представляет собой в настоящее время до-

вольно развитую область физической химии. Характерной особенностью термодинамики необратимых процессов является то, что в нее в явном виде входит время. При этом рассматриваются открытые системы. Вполне очевидно, что живые организмы не могут считаться замкнутыми системами, с которыми оперирует классическая термодинамика, и являются открытыми системами. Для любой открытой системы характерно наличие непрерывного потока вещества в каком-то направлении. За счетэтого в системе устанавливаетсяградиентконцентрацийиодноизпервостепенныхзначений приобретаетявление переноса. Серьезной проблемой, ограничивающей применение в биологии термодинамики необратимых про-

цессов, является то, что большаячастьвыводов этой

науки справедлива лишь для состояний, близких к равновесию, в то время как живые существа весьма далеки от него.