Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
28
Дисциплина: «К С Е»
Тема реферата: «Социально-этические и гуманистические принципы биологического познания. Генетика и эволюция»
2004
СОДЕРЖАНИЕ
Введение стр. 3
Глава 1 Причуды генетики стр. 4
Глава 2 Генная инженерия. Новые возможности
и проблемы. стр.7
Глава 3 Социология и этика биологического
познания стр.11
Глава 4 Соотношение случайного и необходимого в
развитии живого. Место случайности
в механизме наследственности стр. 14
Глава 5 Возникновение генетической памяти и
обратных связей стр.20
Глава 6 Будущее человека и прогресс генетики стр.25
Список литературы стр. 28
Современное человечество живет в новом тысячелетии и это заставляет людей уделять большее внимание своему будущему и разумному осмыслению нашего прошлого.
Одним из важнейших стала проблема взаимодействия природы и общества. Противоречия между природой и обществом условиях бурно развивающегося научно-технического прогресса (НТП) перерастает в антагонизм, угрожающий самой жизни на нашей планете.
Признаки глобального нравственно-экологического кризиса человечества, в котором оказался мир и следствием которого стали резкие нарушения экологического равновесия и несовместимость жизни человечества с созданной средой обитания, ставит перед каждым человеком задачи овладения принципами управления своей жизнью, находящейся в постоянном взаимодействии с окружающей средой, задачи рационального природопользования и освоения места и значения человека в эволюции не только Земли, но и Космоса.
Достижения науки и техники создали у людей представление об абсолютном превосходстве человека над природой. Космическая техника, наземный транспорт, успехи науки, позволившие получать новые вещества, не существующие до этого в природе - все это усилило антропоцентризм по отношению к природе. Люди стали забывать, что сами они - часть природы, биологический вид, жизнь которого определяется амплитудой природных условий, и все их могущество основано на использовании законов природы, вне которых развитие человеческой цивилизации невозможно.
ПРИЧУДЫ ГЕНЕТИКИ
Генетика - это биологическая наука о наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она является научной основой для разработки практических методов селекции, то есть, создания новых пород животных, видов растений, культур микроорганизмов с нужными человеку признаками. Центральным понятием генетики является «ген». Это элементарная единица наследственности, характеризующаяся рядом признаков. По своему уровню ген - внутриклеточная молекулярная структура. Гены располагаются в ядрах клеток. По своему назначению гены - «мозговой центр» клеток и, следовательно, всего организма. В основу генетики легли закономерности наследственности, обнаруженные австрийским биологом Г. Менделем.
Основными направлениями исследований ученых генетиков стали изучение молекул нуклеиновых кислот, которые являются хранителем генетической информации каждого вида живого, единицами наследственности, исследование механизмов и закономерностей передачи генетической информации от поколения к поколению, изучение механизмов реализации генетической информации в конкретные признаки и свойства организмов, выяснение причин и механизмов изменения генетической информации на разных этапах развития организмов.
Важнейшими задачами, которые решают ученые-генетики в тесном контакте с практиками-селекционерами, являются выбор оптимальной системы скрещивания и эффективного метода отбора, управление развитием наследственных признаков. В области медицины генетика способствует разработке мероприятий по защите человека от вредного мутагенного воздействия окружающей среды.
Крупнейшее открытие современной генетики связано с установлением способности генов к перестройке, изменению. Эта способность называется мутированием. Мутации для организма бывают полезными, вредными или же нейтральными. Одним из результатов мутаций может быть появление организма нового вида - мутанта. Любые мутации имеют неопределенный случайный характер по отношению к вызывающим их изменениям внешней среды. Наибольшие шансы на выживание имеют мутации малого масштаба, не нарушающие интеграции целостного организма и не производящие значительных изменений в фенотипе. Крупные мутации почти всегда имеют летальный исход. Существенные эволюционные преобразования организмов достигаются серией мелких мутаций. Не летальные и не снижающие значительно жизнедеятельность организма мутации входят в состав генофонда. Мутации позволяют выживать виду при значительных изменениях окружающей среды, когда необходима перестройка нормы реакции. Мутации - это элементарный мутационный материал.
Темп возникновения мутаций у различных организмов различен. Темп мутаций у бактерий и других микроорганизмов обычно ниже, чем у многоклеточных. Новые мутации постоянно появляются в природе.
Воздействие радиоактивными, ультрафиолетовыми лучами, химическими веществами может значительно изменить «запись» наследственной информации. Происходит нарушение генетического кода и вместо нормального развития живого организма наступает отступление от нормы - мутация. По каким-то совершенно непонятным генетическим капризам природа запросто распоряжается человеческим телом. Она может добавить лишний орган, как запасное колесо к автомашине. Может убрать часть конечностей, даже если они очень необходимы человеку. Так произошло с Франческо Летини. Он сицилиец из города Розолини. Родился в 1889 году, казалось бы, совсем нормальный ребенок, но почему-то с запасной третьей ногой. Так он и вырос, опираясь в основном на две главные ноги, а если нужно, и на третью, хотя она была немного короче. Франческо Летини дожил до 77 лет и имел четырех вполне нормальных детей.
Природа нечасто нарушает сложившееся правило: женщина рожает одного ребенка. Однако и двойни не так уж редки. Из них одна треть близнецов - однояйцовые. Это двойни, выросшие из одного оплодотворенного яйца. Их жизнь после рождения течет по своим малоизученным законам. Вырастая в разных семьях, эти близнецы развиваются одинаково, одновременно болеют теми же болезнями, выбирают одинаковую профессию и даже умирают иногда одновременно. Однояйцовые близнецы обладают телепатической связью.
Русская история зафиксировала поразительный случай многодетности. К царскому двору был представлен в 1755 году шестидесятилетний крестьянин Кириллов. Он имел к тому времени 72 ребенка. Первая жена его родила 57 детей. Четыре раза по четыре ребенка, семь раз по три, девять раз по два и всего лишь два раза по одному ребенку. Вторая жена подарила ему пятнадцать детей. Такая плодовитость представляется невероятной, но она зафиксирована в документах того времени.
Сегодня наука разгадала причины рождения мутантов. Но она не в силах повлиять на управление эти процессом, чтобы остановить его. Современная наука, техника и производство создают все новые условия для ускорения процесса роста мутантов. Химическое и радиоактивное загрязнение планеты растет с трагической быстротой. И если даже остановить этот рост радиационно-химического загрязнения, последующее влияние его на будущее скажется на многих поколениях. Мутации, как правило, передаются по наследству. Опыты, проделанные профессором В.С. Коноваловым на мухах - дрозофилах с крайне быстрой сменой поколений показали, что действие на них возбудителей мутаций приводит к появлению бескрылых, безглазых, безногих мух. Сорок поколений передает по наследству искусственно вызванные уродства, пока не остановится этот страшный процесс генетических повторов.
ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ПРОБЛЕМЫ
Генная инженерия, едва насчитывающая несколько десятилетий, заставляет сегодня «работать» гены человека или животных в микроорганизмах или совсем других клетках. Это представляет большой интерес для медицины и промышленности: ведь отныне можно будет получать в большом количестве, до сих пор дефицитные активные вещества. По большей части эти вещества - белки человека. Себестоимость их производства по новой технологии значительно ниже, чем прежде.
Совершенный уровень наших знаний позволяет рассчитывать на успешное развитие генной инженерии. Некоторые исследователи предвидят такое время, когда станет возможным вводить в яйцеклетку человека или же в зародыш на ранних стадиях его развития какие-нибудь недостающие гены, и тем самым избавлять людей от страданий, вызываемых генетическими болезнями. Однако, генная инженерия может оказаться крайне опасной, если ее попытаются применить в других целях.
Один из методов генной инженерии получил развитие в наше время. Это создание рекомбинантной ДНК, то есть, введение ДНК одного организма в клетки другого. Сейчас многие гены высших организмов вводят в бактериальные клетки. Сначала ген, предназначенный к переносу, вводят путем сращивания (сплайсинга) в небольшую кольцевую молекулу ДНК, называемую плазмидой. Эта плазмида проникает в бактериальную клетку и здесь разделяет судьбу бактериальной ДНК. Новый ген перед делением клетки реплицируется вместе с бактериальной ДНК, и бактерия получает возможность вырабатывать белок, кодируемый ее новой ДНК.
Поскольку бактерии размножаются очень быстро, эта методика позволяет получить очень много идентичных копий интересующего гена. Эти копии можно затем использовать для определения нуклеотидной последовательности данного гена или для получения его белкового продукта в тех случаях, такой продукт требуется в большом количестве. Первое практическое применение связано с получением в промышленном масштабе некоторых важных белков.
Этические аспекты генной инженерии выражают очень значимый вопрос, рассматриваемый биоэтикой. Биоэтика - это этические регулятивы отношения к живым существам, в том числе и человеку. Ее возникновение обусловлено достижениями медицины и ее техническим перевооружением. Достижения медицины определили успех генной инженерии, трансплантации органов и биотехнологии. А эти успехи обострили старые и вызвали новые проблемы. Эти проблемы не имеют однозначного решения. Они становятся очевидными, когда задают такие вопросы как: с какого момента следует считать наступление смерти? Допустима ли эфтаназия? Имеются ли пределы поддержания жизни смертельно больного человека?
В одном ряду с этими вопросами находится и проблема генной инженерии человека. Допустимо ли, с точки зрения моральных норм, хирургическое вмешательство в генотип человека.
Актуальность генной инженерии человека обнаруживается при необходимости лечения больных с наследственными болезнями, обусловленными геномом (генетический план развития человека). Особенно важна забота о будущих поколениях, которые не должны расплачиваться собственным здоровьем за недостатки и ущербность своего генома и генофонда сегодняшнего поколения.
Проблемы, связанные с генной инженерией, приобретают глобальный масштаб. Заболевания на генном уровне обусловлены развитием цивилизации. Человечество пока не склонно отказаться от определенной части техники и технологий, несущих не только комфорт и материальные блага, но и деградацию естественной среды обитания людей. Поэтому будут иметь место побочные явления научно-технического прогресса, отрицательно влияющие на организм человека. Повышенная радиация и увеличение доли химических веществ в пище и атмосфере становятся факторами, вызывающими мутации у человека. Многие из них проявляются в виде наследственных болезней и аномалий. Необходимость исправления «ошибок природы», генной терапии наследственных болезней выдвигает такую область молекулярной генетики, которую называют генной (или генетической) инженерией. Генная инженерия - это раздел молекулярной биологии, прикладная молекулярная генетика, задачей которой является целенаправленное конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов при помощи генетических и биохимических методов. Она основана на извлечении из клеток какого-либо организма гена или группы генов, соединении их с определенными молекулами нуклеиновых кислот и внедрении полученных гибридных молекул в клетки другого организма. Генная инженерия открывает широкие просторы и множество путей решения проблем медицины, генетики, сельского хозяйства, микробиологической промышленности.
Однако, возникает вопрос о социально-этической оценке и значимости генной инженерии и генной терапии человека. Где гарантии, что генная терапия не будет использована во вред человеку. Человечество столкнулось с дилеммой: затормозить прогресс или дать миру новые источники тревог.
Некоторые ученые (И.П. Дубинин) полагают, что надо вести борьбу за охрану существующей наследственности человека и не пытаться заменить эту наследственность чем-то кажущимся в это время лучшим. Другие ученые призывают различать невежественное вмешательство в наследственность человека и катастрофическое невмешательство по своим последствиям.
Генная терапия основана на введении в организм чужеродного генетического материала, а это означает непосредственное вмешательство в генотип человека. Однако, возражения против генной инженерии явно устарело, достаточно привести в пример факты, доказывающие, скольким людям помогли операции по трансплантации органов, спасли им жизнь. Новые знания, получаемые человеком - это естественный фактор его собственной эволюции. Само познание, научное исследование не несут в себе ни добра, ни зла. Главное - в чьих руках они находятся.
Исследования молекулярного строения генома способствуют раскрытию механизма индивидуального развития человеческого организма, и ведет к более глубокому пониманию эволюции человека. Эти исследования помогают вскрыть генную основу наследственны болезней и утверждают генную диагностику и терапию. В использовании достижений науки должен действовать этический кодекс ученого - не навредить здоровью человека, не нанести вреда личности.
Генная инженерия открыла большие перспективы в лечении наследственных болезней, она ставит своей задачей исправить недостатки природы.
СОЦИОЛОГИЯ И ЭТИКА БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ
Усиливающаяся связь биологии с практикой неизменно повышает познавательные возможности методов биологического познания. Наука не развивается в социальном вакууме, она является особым социальным институтом, предназначение которого в обслуживании человека, его потребностей развития. Это особенно относится к современной биологии, которая активно служит удовлетворению человеческих потребностей через комплекс сельскохозяйственных и медицинских дисциплин. Она во все большей степени делает человека объектом исследования, открывая новые возможности управления процессами его жизнедеятельности. Сегодня имеется много опасных областей исследования. Одним из крупнейших открытий стала расшифровка кода, как генетической основы для генной инженерии, то есть, научного направления, связанного с новым механизмом конструирования растений и животных.
Новые перспективы открываются при исследовании мозга, изучение которого позволит человеку лучше адаптироваться к новым условиям и требованиям научно-технического прогресса, расширит его психические и интеллектуальные способности, будет способствовать развитию его природных способностей.
Развитие науки неоднозначно по своим последствиям для человека. Становятся реальными опасности негативных изменений в генетике и психике. Поэтому небезосновательными являются заявления ученых, что наряду с охраной природы следует заботиться об охране самого человека. Острота этой проблемы объясняется опасностью воздействия не человека канцерогенных факторов, ионизирующих излучений, химических мутагенов, вредящих его здоровью. Увеличиваются масштабы экспериментирования на человеке. Возникает реальная опасность манипулирования его генотипом. Эксперименты с рекомбинантными молекулами ДНК без соблюдения особых правил предосторожности таят в себе большую угрозу для человечества.
Этика науки не может исходить из дилеммы: наука или мораль. Она должна органически соединять их. Этика науки утверждается как жизненно необходимое условие функционирования гуманистически ориентированного научного познания, наука не может регулироваться лишь на этическом уровне, она не способна к этическому самоконтролю. Этические принципы науки не рассматриваются изолированно от социальных факторов, которые не могут отрываться от общих этических и гуманистических ценностей человечества.
Наука и общество приходят к социально-этическому и гуманистическому регулированию науки, как к жизненной необходимости. Предложения и действия в области генной инженерии должны находится под действенным контролем общества. Социальная ответственность ученого и свобода научного поиска не исключают друг друга.
Современная научно-техническая революция приводит к тому, что человек производит радикальные изменения в природных условиях своего существования. Эти изменения в «экологии» человека оказывают на него значительные обратные воздействия.
В современной науке происходят изменения, создаются условия для исследования конкретных многообразных форм взаимодействия биологического и социального в процессе развития человечества (расшифровка генетического кода, осуществление искусственного синтеза гена, развитие учения о биосфере и ее эволюции).
Успехи в познании молекулярных основ наследственности, возникновение генной инженерии и других достижений биологической науки ставят серьезные социальные и этические проблемы. От выработки правильных мировоззренческих и социально-гуманистических позиций ученых будет зависеть судьба новых открытий в биологии, использование их на пользу или во вред человечеству.
Исторический прогресс позволяет гуманизировать общественные связи и оптимизировать взаимодействие между обществом и природой, человеком и окружающей средой, сознательно регулировать взаимосвязь социального и биологического.
В эволюционном развитии органического мира человеческий организм представляет собой высший уровень биологической организации, отличающийся от биологических объектов живой природы наличием более развитых структур и процессов с большим количеством новых, социально опосредованных связей и отношений. Социальное , возникнув и сформировавшись исторически на биологическом уровне, под действием материального производства и общественных отношений стало определяющей стороной развития человека, его сущностью.
Биологическое и социальное при всей их взаимозависимости являются во многом разными сферами бытия. В каждой из этих сфер действуют закономерности. Необходимо найти реальный, конкретный способ взаимодействия биологического и социального, при котором и то, и другое не отождествлялись бы друг с другом и не отрывались бы друг от друга, то есть, раскрыть специфичность каждой из этих сфер бытия и вместе с тем преемственность, взаимосвязь, взаимопереход между ними.
Взаимодействие биологического и социального очень явственно проявляются в психической деятельности человека, в области сознания. В самое «тело» науки проникает теория, социология и этика биологического познания. Они становятся необходимым атрибутом биологического мышления, определяют прогресс биологического познания и всего комплекса наук, позволяющих изучать человека.
СООТНОШЕНИЕ СЛУЧАЙНОГО И НЕОБХОДИМОГО В РАЗВИТИИ ЖИВОГО. МЕСТО СЛУЧАЙНОСТИ В МЕХАНИЗМЕ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
Основы современной генетики были заложены Г. Менделем (1822 - 1884) - монахом-августинцем, жившем в австрийском городе Брюнне (Брно). В 1865 г. он начал производить опыты с различными сортами гороха, чтобы выяснить, какие индивидуальные признаки организма передаются по наследству. Доминирование одного признака над другим - это обычное дело, но не универсальное явление. В некоторых случаях встречается неполное доминирование. Бывают такие случаи, когда в потомстве проявляются признаки обоих родителей. Такая ситуация называется кодоминированием.
В 1866 г. Г. Мендель открыл законы дискретной наследственности, выражающие распределение в потомстве наследственных факторов, названных генами. Для объяснения результатов своих экспериментов Мендель предложил гипотезу: альтернативные признаки определяются факторами - генами, которые передаются по наследству. Каждый фактор может находится в одной из альтернативных форм, ответственных за то или иное проявление признака. Эксперименты Менделя определили наследование альтернативных проявлений одного и того же признака.
Мендель сформулировал следующие законы:
Признаки, наследуемые от одного родителя, передаются совместно. Признаки передаются потомству независимо один от другого. В основе передачи наследственных признаков всего живого (растений, животных и человека) лежат законы наследования. Они позволили сформулировать хромосомную теорию наследственности, согласно которой преемственность свойств в ряду поколений определяется преемственностью их хромосом, находящихся в ядре клеток и заключающих в себе всю генетическую информацию.
Наследственность - свойство организма сохранять и передавать потомству характерные признаки, особенности строения, функционирования и индивидуального развития. Наследственность является предметом изучения генетики.
О природе наследственности на протяжении всей истории человечества высказывались самые разнообразные предположения. В 1909 г. В. Иогансон (1857-1927) ввел важное разграничение между фенотипом и генотипом. Фенотип - совокупность всех внешних, наблюдаемых нами признаков организма: морфологических, физиологических, биохимических, гистологических, анатомических, поведенческих и т.п. Генотипом называется передающаяся по наследству генетическая основа всех этих признаков. Генотип - совокупность всех генов одного организма. Это система взаимодействующих генов. На протяжении всей жизни может меняться, однако, генотип остается неизменным.
В 1902 г. два исследователя - У.С. Саттон в США и Т. Боверн в Германии - независимо друг от друга высказали предположение, что гены находятся в хромосомах (хромосомная теория наследственности). Две хромосомы, образующие одну пару, называются гомологическими, принадлежащие к разным парам - негомогенными хромосомами.
Хромосомы ядерного вещества представляют собой гигантские полимерные молекулы, состоящей из нитей нуклеиновых кислот и небольшого количества белка. Каждая пара хромосом имеет определенный набор генов, контролирующих появление того или иного признака. Гены являются носителями наследственности. Их существование, расположение в хромосомах определяются посредством изучения распределения признаков в потомстве от скрещивания особей с альтернативными проявлениями этих признаков.
Изучение явлений наследственности на клеточном уровне позволило установить взаимосвязь между менделевскими законами наследования и распределением хромосом в процессе клеточного деления и созревания половых клеток.
В 40-х - начале 50-х годов была выяснена химическая природа гена. Гены представляют собой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) - высокополимерного природного соединения, содержащегося в ядрах клеток живых организмов. ДНК - носитель генетической информации. Расшифровка структуры ДНК и механизма ее самоудвоения позволила установить, что все разнообразие живого мира кодируется на нитях ДНК, посредством чего записывается информация о последовательности аминокислот в белке.
Наследственность и изменчивость основываются на преемственности и видоизменении сложных внутриклеточных структур.
Новые свойства организма появляются только благодаря изменчивости. Изменчивость - это изменение наследственных задатков, вариабельность их проявления в процессе развития организма при взаимодействии с внешней средой. Но изменчивость играет роль в эволюции, когда проявление изменчивости сохраняется в последующих поколениях, то есть, наследуется.
Клетки, через которые осуществляется преемственность поколений - специализированные половые при половом размножении и неспециализированные (соматические) клетки тела при бесполом, несут в себе не сами признаки и свойства будущих организмов, а только задатки их развития. Эти задатки являются генами. Ген - это участок молекулы ДНК, определяющий возможность развития отдельного элементарного признака. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой в спираль. Цепи построены из большого числа мономеров 4 типов - нуклеотидов, специфичность которых определяется одним из 4 азотистых оснований. Сочетание трех рядом стоящих нуклеотидов в цепи ДНК составляют генетический код. ДНК точно воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков и специфических форм обмена веществ.
Ген представляет собой группу рядом лежащих нуклеотидов, которыми закодирован один белок, определяющих один признак. Число генов очень велико. Один и тот же ген может оказывать влияние на развитие ряда признаков, так же, как и на формирование одного признака могут оказывать влияние несколько генов.
Каждому виду растений и животных свойствен свой количественный набор хромосом. У всех организмов одного и того же вида каждый ген расположен в одном и том же месте строго определенной хромосомы.
Генетическая информация закодирована в последовательности азотистых оснований, содержащихся в молекуле ДНК.
Азотистые основания можно рассматривать в качестве «букв» генетического алфавита. Последовательность оснований образует «слова». Гены - это, своего рода, «предложения», записанные на генетическом языке. Генетическое содержание организма представляет собой как бы «книгу», составленную из генетических предложений. За воспроизведение в поколениях растений, животных и человека наследственных свойств, ответственны 3 эволюционно закрепленных универсальных процесса: размножение обычных (соматических) клеток - митоз - простое деление, перед которым количество хромосом в клетке удваивается путем самовоспроизведения; размножение половых клеток - мейоз , оплодотворение.
Гены управляют развитием и обменом веществ организма. Наследственная передача признаков от родителей потомству - консервативный процесс, но эта консервативность не является абсолютной, так как иначе была бы невозможна эволюция.
Каждый новорожденный несет в себе комплекс генов не только своих родителей, но и отдаленных предков, то есть, свой, только ему присущий богатейший наследственный фонд или наследственно предопределенную биологическую программу, благодаря которой возникают его индивидуальные качества. Эта программа закономерно и гармонично претворяется в жизнь, если в основе биологических процессов лежат качественные наследственные факторы, внешняя среда обеспечивает растущий организм всем необходимым для реализации наследственного начала.
Приобретенные в жизни навыки и свойства не передаются по наследству, однако каждый родившийся ребенок обладает громадным арсеналом задатков, развитие которых зависит от: условий воспитания и обучения, социальной структуры общества, забот и усилий родителей, желаний самого ребенка. Внешней средой для ребенка являются условия, которые создадут его родители или окружающие его люди, различные климатические, геофизические и другие факторы, воздействие которых может изменить характер наследственной информации. И она может реализоваться частично или полностью.
Комплекс наследственных признаков организма - это генотип, а комплекс признаков, сформировавшихся во время взаимодействия генотипа и факторов внешней среды - фенотип. В генетике существует ненаследственная изменчивость. Ненаследственная изменчивость связана с изменением фенотипа, наследственная - генотипа. Генотипическая изменчивость затрагивает генотип и подразделяется на несколько групп: мутационную и комбинативную.
Мутацией называется изменение структуры или количества ДНК данного организма. Мутации приводят к изменениям генотипа. Если мутации затрагивают половые клетки, то они передаются следующим поколениям, а если мутации возникают в соматических клетках, то они не передаются. Генные мутации затрагивают структуру самого гена: изменяются различные по длине участки ДНК. Большинство мутаций, с которыми связана эволюция органического мира и селекция - это генные мутации.
В особую группу можно выделить ряд процессов, приводящих к возникновению комбинативной изменчивости: случайное расхождение хромосом, случайное сочетание хромосом при оплодотворении, рекомбинацию генов. Сами наследственные гены не изменяются, но новые их сочетания между собой приводят к появлению организмов с новым фенотипом.
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ПАМЯТИ И ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ
Земля и все, что на ней происходило, происходит сегодня и будет происходить завтра - суть частные проявления единого, общего процесса саморазвития материи, подчиняющегося единой системе законов, действующий в нашей Вселенной.
Все наблюдаемое нами, все, в чем мы сегодня участвуем - это лишь фрагменты синергетического мирового процесса. Его течение обусловлено законами, характерные времена которых лежат за пределами достигнутых нам сегодня знаний и измерений. Это позволяет считать их постоянными.
Все развитие нашего мира выглядит сложной борьбой различных противоположных начал на фоне непрерывного действия случайных причин, разрушающих одни устойчивые (квазинстабильные) структуры и создающих предпосылки для появления новых.
Несмотря на огромные достижения науки, остаются скрытыми основные детали «земной тайны» - появление жизни на нашей планете, возникновение буфера - пленки, по терминологии В.И. Вернадского, между космосом и неживым веществом Земли. Мы знали только, что около 3,5 - 4 млрд лет тому назад на Земле появилась иная форма организации материи, которая обладает удивительной способностью усваивать внешнюю энергию (Солнца), с помощью реакции фотосинтеза. На этапе возникновения жизни природа нашла новый ряд организационных форм - возникли новые организационные формы, способные не только рассеивать энергию, но и накапливать ее. Эти формы обладали невероятной способностью сохранять свой гомеостазис. Первые прокариоты появились и жили на Земле в условиях кипящего океана, сейсмической активности и высоком уровне коротковолновой радиации - еще не было озонового слоя.
Первые прокариоты были бессмертны. Господство прокариотов на Земле тянулось больше 1 млрд лет. Это они создали газовую оболочку планеты и условия, которые позволили появиться гораздо позднее эукариотам. Последним и была передана эстафета дальнейшего развития. Они уже овладели кислородным дыханием. В отличие от прокариотов эукариоты сделались смертными. Они потеряли способность первых прокариотов сохранять свой гомеостазис практически в любых земных условиях. Уменьшение стабильности отдельного организма, появление индивидуальной инертности, как генетического свойства этой формы жизни сопровождались увеличением эффективности в использовании внешней энергии. Это открытие давало живому веществу совершенно новые возможности для своего развития.
Появление эукариотов на авансцене жизни привело к возникновению генетического кода, без него ничто смертное не могло бы появиться в биосфере. Появление существ, индивидуальная жизнь которых конечна, стало возможным лишь при наличии специальной формы памяти, обеспечивающей реализацию принципа наследственности. Это был генетический код, с помощью которого запоминалась и передавалась необходимая наследственная информация. Становление генетической памяти резко интенсифицировало весь эволюционный процесс.
Особую роль в эволюции жизни играет история развития нервной системы. Говоря о нервной системе, неизбежно вступали в область кибернетики или теории управления систем. Вместе с жизнью возникает и целеполагание, и целенаправленная деятельность, прежде всего, стремление сохранить свою стабильность, свой гомеостазис.
Условимся называть границей области гомеостазиса данной живой системы множество, поверхность, гиперповерхность в пространстве параметров внешней среды, отделяющей область их значений, внутри которой существование живой системы возможно, от остального пространства. Переход из области гомеостазиса через ее границу означает прекращение возможности существования данного организма, данной живой системы.
Сохранение гомеостазиса, это стремление живого организма или системы организмов расширить границы возможности своего существования. Это может быть достигнуто двумя путями. Во-первых, организм может изменить свои собственные характеристики, что становится способным существовать в более сложных условиях, т.е. расширить зону гомеостаза за счет своих внутренних возможностей. Во-вторых, он, чтобы отодвинуть опасную границу, может изменить саму внешнюю среду, ее параметры. Эволюция живой природы использует обе эти возможности. Живые существа стремятся не только сами адаптироваться к окружающей среде, но и изменить эту среду так, чтобы ее характеристики в наибольшей степени соответствовали их возможностям существования.
Чтобы обеспечить свой гомеостазис, живое существо должно обладать целым рядом свойств. Оно должно быть способным оценивать свое положение по отношению к границе гомеостазиса. Но для этого необходимы специальные устройства - рецепторы. Рецепторы - это датчики, информирующие организм о его состоянии и состоянии окружающей среды. Информация , полученная датчиками перерабатывается и оценивается. И на основе анализа принимается определенное решение. Все эти функции реализует нервная система (система управления организмом).
Нервная система - это не единственная управляющая система, которой обладает организм. К числу других управляющих систем организма относится эндокринная система. Но нервная система, «возглавляемая» мозгом, занимает в жизнедеятельности организма совершенно особое место.
Самая трудная для понимания и исследования функция системы управления - это акт принятия решений. Именно он ответственен за образование обратных связей, существующих в организме и связывающих организм и окружающую среду. Благодаря этой функции нервной системы организм способен не только определять свое положение по отношению к границе гомеостазиса, но и вырабатывать определенную совокупность действий.
Природа сформировала цепочки обратных связей еще на самой заре жизни, люди поняли их принципиальное значение и начали сознательно использовать сравнительно недавно. Норберт Винер утверждал, что существование отрицательных обратных связей у живых существ является одной из основных особенностей, отличающей живую природу от неживой.
Анохин П.К также утверждал, что наличие отрицательных связей, обеспечивающих устойчивость организмов - это самое главное, что присуще жизни, что создает у живых существ возможность целеполагания - стремление к сохранению гомеостазиса, что отличает жизнь от процессов, протекающих в живой природе.
Однако, ни П.К. Анохин, ни Н. Винер не были правы. А правильную точку зрения первым высказал А.А. Богданов. Он говорил, что для развития организации любой природы необходимы не отрицательные, но и положительные обратные связи.
Любая организационная система, любое живое существо всегда проявляют способности реализовать оба типа обратных связей. Одни только отрицательные обратные связи, если они достаточно совершенны, приводят систему в столь устойчивое состояние, что она уже не способна изменяться. А это означает застой и деградацию ее организации и ведет к прекращению всякого развития и к исчезновению той вариабельности, без которой эволюция невозможна.
Прекращение эволюционного процесса морфологического совершенствования не означает потери живой системой устойчивости по отношению к изменяющимся условиям существования и способности сохранять свой гомеостазис.
На протяжении десятков миллионов лет организмы как растительного, так и животного мира остаются неизменными. Это происходит за счет удивительного совершенства отрицательных обратных связей. Для «прогрессивной» эволюции, т.е. для появления новых качеств, роста сложности организма, повышения уровня разнообразия необходимы положительные обратные связи. Они позволяют расширить поиск, более полно использовать потенциальные возможности изменчивости.
Живое существо всегда является организмом, оно имеет цель - сохранить свой гомеостазис и обладает возможностями его обеспечения. Любой организм обладает способностью реализовать отрицательные и положительные обратные связи.
БУДУЩЕЕ ЧЕЛОВЕКА И ПРОГРЕСС ГЕНЕТИКИ
Значение генетики для изучения проблемы человека связано с ее общими научными успехами. Развитие генетики имеет важное значение для познания явлений жизни, для успехов сельского хозяйства и медицины. По своему значению биология, в которой генетика занимает ключевое положение, становится одним из лидеров в естествознании.
Влияние генетики на жизнь людей в ближайшем будущем очень велико. Она поможет решить главные стратегические задачи. Значение генетики в проблеме пищевых и сырьевых ресурсов очень велико. Изобилие продуктов и сырья во многом зависит от генетиков в сельском хозяйстве и в биологической промышленности. Создание высококачественных и принципиально новых видов растений, пород животных и рас микроорганизмов обеспечит скачок в интенсификации производства. Это снимет с сельского хозяйства потребности в огромной энерговооруженности и в больших затратах на техническую промышленность удобрений и средств защиты растений.
Крупной проблемой, которая встала перед человечеством в связи с развитием научно-технической революции, является загрязнение среды обитания человека. Наряду с экологическими следует генетических эффектов. В среду поступают мутагены, т.е. те химические и физические агенты, которые проникают в клетки и поражают в них молекулы ДНК. Перед человечеством встает задача исторического значения - осуществить задачу генетической информации людей, защитить от поражающих последствий мутагенных загрязнений биосферы.
Огромное значение имеет проблема социального и биологического в человеке. Личность человека - это индивидуализированное единство социального и биологического для каждого конкретного человека.
Среди достижений современной генетики, которые способны влиять на жизнь общества, в последние годы особое внимание привлекают успехи в генетической инженерии. Сущность этих достижений состоит в том, что путем получения рекомбинантной молекулы ДНК и ее введение в избранную клетку можно получить новые формы организмов.
Велико значение генетики для формирования научного мировоззрения. Информационное начало живых систем заключено в молекулярных структурах ДНК, что для явлений жизни основным служит взаимодействие белков, нуклеиновых кислот и энергии, получаемой клеткой извне.
Все это наполнило содержание диалектико-материалистическое учения о жизни, как об основной форме биологического движения материи. Генетика - это фундамент медицины. Задача состоит в том, чтобы генетическая программа каждого человека была бы полноценной и высокоактивной во всех клетках тела.
С каким генетическим багажом придет в новое тысячелетие человечество? Есть ли возможность победить болезни на генетическом уровне?
В погоню за «генами - убийцами» пустились ученые Америки, Англии, России. Была развернута программа международного сотрудничества «Геном человека». Геном - это совокупность генов. У человека около 10 тысяч генов. А информации в них зашифровано на 2000 атомов по 50 страниц в каждом. Расшифровка генома начинается с создания «атласа» генов, набора их карт.
Профессор Вайсенбах составил карту генов. Окрашивая и изучая под микроскопом хромосому, с помощью выбранных маркеров, он отмечал ДНК различных участков хромосом. При клонировании, т.е. выращивании их на микроорганизмах - бактериях, грибах, выделял фрагменты ДНК. Он получил последовательность нуклеотидов одной цепочки ДНК, из которой состоят хромосомы. Им было локализовано 223 гена и выявлено 30 мутаций, ответственных за 200 заболеваний (гипертония, диабет, глухота, слепота, злокачественные опухоли и др.).
Уже сегодня, благодаря карте генома, на самых ранних стадиях беременности можно определить и изучать генетический код плода, предупреждать рождение тяжело больного ребенка.
Выделение генов, ответственных за те или иные признаки послужило стимулом к развитию генной терапии - исправлению генетического повреждения путем введения в организм здорового гена. Предполагается , что удастся вводить правильный ген в нужное место на хромосоме. Но на практике пока еще трудно проконтролировать судьбу гена.
Еще одно практическое применение исследования генотипа - судебная медицина, криминалистика: идентификация по волосам, каплям крови, генная дактилоскопия.
Ученые считают, что уже сегодня технически доступна всеобщая ДНК-паспортизация людей. Однако, существует мнение, что применение достижений ДНК-диагностики лежит вне рамок науки. Это право общества и человека.
В природе все взаимосвязано и надо только найти и использовать эти связи. Наука должна развиваться в гармонии с гуманистическими идеалами и целями социального прогресса.
М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997.