ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.01.2020
Просмотров: 2110
Скачиваний: 5
Таким образом, нанотехнологии представляют собой одно из ключевых направлений развития промышленности и прогресса общества, путь к управляемому синтезу молекулярных структур. Развитие этого направления обеспечит получение объектов любого назначения не из обычных сырьевых ресурсов, а непосредственно из атомов и молекул с помощью машин-сборщиков, оборудованных системами искусственного интеллекта.
К технологиям будущего следует отнести также биотехнологии, становление которых было связано с успехами биологии в познании особенностей организации молекулярных структур живого. Это позволило ученым контролировать основные процессы биосинтеза в клетке и дало начало биологизации производства – новому этапу научно-технического прогресса. На этом этапе наука о живом превращается в своеобразную производительную силу общества, и ее достижения используются для создания промышленных технологий. Например, в химии активно ведутся разработки новых видов катализаторов, действующих по принципу ферментов, т.е. катализаторов биологического происхождения. Кроме того, биотехнологии активно используются и в ряде других отраслей науки и техники.
Таблица 2. Основные направления развития и сферы применения продуктов биотехнологий
|
Отрасль |
Пример использования |
|
Генная инженерия |
Модификация ДНК |
|
Медицина |
Доставка лекарственных препаратов внутрь клетки; использование ферментов и микроорганизмов при производстве сложных лекарств; синтез новых антибиотиков; диагностика; микро- и нанохирургия, разработки биосовместимых поверхностей контактов и материалов для протезирования и имплантации |
|
Сельское хозяйство |
Получение новых штаммов микроорганизмов; новые методы селекции растений и животных (включая клонирование) |
|
Пищевая промышленность |
Создание новых методов переработки и хранения пищевых продуктов; синтез белка одноклеточными организмами |
|
Химическая промышленность |
Новые эффективные катализаторы; мембранные технологии |
|
Контроль состояния окружающей среды |
Совершенствование методов тестирования и мониторинга, средств детектирования и борьбы с химическим и биологическим загрязнением, технологий переработки и утилизации отходов |
|
Наноэлектроника |
Сенсорные устройства, биочипы, информационные технологии |
|
Энергетика |
Новые виды топлива, способы его получения, хранения и использования |
Обязательным условием устойчивого развития любой страны, в том числе Республики Беларусь, является широкое использование альтернативной энергетики, основанной на возобновляемой энергии Солнца, ветра, воды и биоресурсов. В настоящее время в мире наблюдается стойкая тенденция увеличения доли нетрадиционной энергетики в общем энергобалансе. Однако говорить о полном замещении традиционных источников энергии альтернативными пока преждевременно. Причиной тому, по мнению экспертов, является высокая удельная стоимость получаемой электро- и теплоэнергии. С другой стороны, ежегодно эта стоимость снижается, пусть и не так быстро, как того хотелось бы защитникам окружающей среды. И когда угроза нефтяного голода будет не в некоторой отдаленной перспективе, а станет реальностью, альтернативная энергетика позволит человечеству преодолеть энергетический кризис.
8.2 Генные технологии. Проблемы клонирования
Генные технологии основаны на методах молекулярной биологии и генетики, связанных с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Генные технологии зарождались в начале 70-х годов как методы рекомбинантных (заново сконструированных) ДНК, названные генной инженерией. Современные генные технологии объединяют химию нуклеиновых кислот и белков, микробиологию, генетику, биохимию и открывают новые пути решения многих проблем биотехнологий, медицины, сельского хозяйства.
Основная операция генной технологии заключается в извлечении из клеток организма гена, кодирующего нужный признак, и дальнейшее его соединение с молекулами ДНК, способными размножаться в клетках другого организма. Основная цель генных технологий – видоизменить ДНК, закодировав ее для производства белка с заданными свойствами. Генные технологии привели к разработке современных методов анализа генов и геномов, к синтезу, то есть к конструированию новых, генетически модифицированных организмов (ГМО).
На основе генной инженерии возникла новая отрасль фармацевтической промышленности – микробиологический синтез, с помощью которого получены инсулин, интерферон и другие лекарства, интенсивно используемые в лечебной практике. Генные технологии производства вакцин развиваются в двух основных направлениях. Первое – улучшение уже существующих вакцин и создание комбинированных, состоящих из нескольких вакцин. Второе направление – получение вакцин против таких болезней, как СПИД, малярия, язвенная болезнь желудка и других.
Генная инженерия позволила оплодотворить яйцеклетку in vitro, т. е. в искусственных условиях (в пробирке), а затем имплантировать зародыш в матку. В этом состоит метод экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), который широко используется во всем мире.
С помощью молекулярных проб (фрагментов ДНК с определенной последовательностью нуклеотидов) можно определить, заражена ли донорская кровь вирусом СПИДа. А генные технологии для идентификации некоторых микробов позволяют следить за их распространением, например, внутри больницы или при эпидемиях.
Проводится целенаправленная работа по генетической модификации свойств микробов, используемых в производстве хлеба, молочной промышленности, пивоварении и виноделии с целью увеличения устойчивости производственных штаммов, повышения их конкурентоспособности по отношению к вредным бактериям и улучшения качества конечного продукта.
Однако при всех положительных результатах нельзя однозначно утверждать, что широкое практическое внедрение генных технологий не приведет к появлению новых заболеваний и других нежелательных последствий. В связи с этим все виды работ с микроорганизмами строго регламентированы, и цель таких ограничений – снижение вероятности распространения инфекционных агентов. ГМО не должны содержать генов, которые после их переноса в другие организмы могут дать опасный эффект.
Развитие генных технологий в конце XX века привело к появлению клонированных существ. Клонирование – это точное воспроизведение живого объекта в каком-то количестве копий. Клон представляет собой генетическую копию организма - донора соматической (телесной) клетки. Особенность соматической клетки - двойной набор хромосом, тогда как в половой клетке родителя только половина необходимых для развития клетки хромосом. Таким образом, клонирование относится к размножению посредством партеногенеза – бесполому размножению. Случаи подобного размножения встречаются в природе – это однояйцевые близнецы (не двойняшки). Этот достаточно редкий феномен (около 0,5 % от всех родов) возникает благодаря разделению оплодотворенной яйцеклетки на два бластомера, которые впоследствии развиваются самостоятельно.
В XX веке было проведено немало удачных экспериментов по клонированию животных, но все они были выполнены с помощью переноса ядер эмбриональных (недифференцированных или частично дифференцированных) клеток. При этом считалось, что получить клон с использованием ядра соматической (полностью дифференцированной) клетки взрослого организма невозможно. Однако в 1997 г. британские ученые объявили об успешном сенсационном эксперименте: получении живого потомства (овечка Долли) после переноса ядра, взятого из соматической клетки взрослого животного (донорской клетке более 8 лет). Недавно в США (универсистет в Гонолулу) были проведены успешные эксперименты по клонированию мышей. Таким образом, современная биология доказала, что получение клонов млекопитающих принципиально возможно. В средствах массовой информации заговорили об ошеломляющих перспективах клонирования, в первую очередь для животноводства. Особо острые дискуссии развернулись вокруг проблемы клонирования человека, что принципиально выглядит вполне выполнимым проектом.
Полученные данные заставили по-новому посмотреть на процесс клеточной дифференциации. Оказалось, что этот процесс обратим, и цитоплазматические факторы способны инициировать развитие нового организма на основе генетического материала ядра сформированной, полностью дифференцированной клетки. Можно сказать, «биологические часы» пошли вспять: развитие организма вновь может начинаться из генетического материала соматической клетки взрослого организма. Появление овечки Долли открыло новые перспективы для решения проблем геронтологии (старения организма).
Вместе с тем ученые очень осторожно относятся к перспективам клонирования, указывают на ограниченности этого метода исходя из закономерностей молекулярной генетики.
Во-первых, длительность жизни клонированного организма не будет равна времени жизни обычного организма, сформировавшегося из половых клеток, а в любом случае меньше ее (с учетом возраста донорского организма); так, овечка Долли умерла в 2003 г., прожив чуть более 5 лет, тогда как «естественные» овцы живут 14—15 лет. Предположительно, это произошло потому, что хромосомы соматической клетки значительно короче хромосом половых (зародышевых) клеток.
Во-вторых, клонированный организм будет нести на себе груз генетических мутаций донорской клетки, а значит, ее болезни, признаки старения и т.п. Следовательно, онтогенез клонов не идентичен онтогенезу их родителей: клоны проходят другой, сокращенный и насыщенный болезнями жизненный путь. Можно утверждать, что клонирование не несет омоложения, возврата молодости, бессмертия. Таким образом, метод клонирования нельзя считать абсолютно безопасным для человека.
В-третьих, клон человека не будет иметь жизненный и социально-культурный опыт донора клетки, и, значит, не является его полной копией.
Вообще, что же такое человеческий клон? С одной стороны, он может быть назван ребенком своего родителя. С другой стороны, он же одновременно является и чем-то вроде однояйцевого генетического близнеца своего родителя. Это рождает целый ряд моральных и юридических проблем.
Юристам необходимо будет определиться в следующем: должен ли обладать человеческий клон всеми правами человека и гражданина; кто должен считаться его родителями, раз в его появлении на свет участвуют три особи: донор клетки, донор яйцеклетки и суррогатная мать; нужно ли в связи с этим, а если нужно, то в каком направлении, пересматривать соответствующие разделы конституционного, гражданского, семейного и наследственного права, в частности, какие (родительские) права (и обязанности) имеют «вкладчик генетического материала», донор яйцеклетки, суррогатная мать? Вполне возможно, что юристам придется рассмотреть и вопрос о праве собственности на свою ДНК — ведь клетки могут быть взяты без согласия человека.
Юридическая сторона проблемы запутывается еще больше, если к этому добавить, что, по-видимому, нет принципиальных препятствий клонированию человека от клеток умершего человека. И тогда возникают еще вопросы: кто имеет право распоряжаться генетическим материалом умершего для последующего его клонирования; может ли индивид, чьи клетки были клонированы после смерти, считаться отцом (матерью)?
Кроме того, при клонировании человека необходимо принимать во внимание еще целый ряд аспектов. Клонирование человека может привести к коммерциализации ДНК, созданию детей с целью получения донорских органов, к осуществлению попыток создания «высшего класса» человеческих существ. В этом состоит биоэтический аспект проблемы клонирования.
Моральный аспект данной проблемы заключается в создании угрозы человеческому достоинству и личной неприкосновенности, утрате личной индивидуальности и неповторимости. Социальный аспект: при клонировании человека нарушаются важнейшие связи между личностями (кровное родство, материнство и отцовство); возникает вопрос о роли семьи в обществе клонов и опасение, что клоны «нормальными» людьми не будут восприниматься как люди. Не следует забывать и об ущемлении чувств верующих – часть проблемы религиозного плана.
Таким образом, для проведения дорогостоящих экспериментальных работ по клонированию человека в настоящее время нет ни естественнонаучной, ни нравственно-правовой базы. Не случайно многие общественные организации заявляют о неприемлемости любых попыток клонирования человека, а ООН готовит международное соглашение о запрете клонирования человека.
И все же процесс познания мира остановить невозможно. Очевидно, что исследования в области эмбриологии и клонирования человека очень важны для медицины, понимания путей достижения здоровья человека. Поэтому они должны проводиться. Сопутствующие клонированию научные знания могут быть уже сейчас полезными в решении многих медицинских проблем (лечение бесплодия, клонирование тканей и органов человека для создания банка донорских органов с целью продления его жизни). Непосредственное же клонирование человека (вплоть до обстоятельного уточнения правовых, этических и других аспектов этой проблемы) пока, по-видимому, неприемлемо.
8.3 Кибернетика как наука об управлении
сложными динамическими системами
Кибернетика (от греч. kybernetike — искусство управления) – наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в технических, биологических, социальных системах. Основателем кибернетики считается американский математик Н. Винер, опубликовавший в 1948г. книгу "Кибернетика". Объект изучения кибернетики – сложные динамические (изменяющиеся) системы; предмет ее изучения – процессы управления в таких системах; основная цель – оптимизация систем управления.
Кибернетика представляет собой междисциплинарное направление научного знания, исследующее системы с отрицательной обратной связью, где всякое отклонение системы от некоторого равновесного состояния после получения информации об этом корректируется управляющим устройством. Результатом такого поведения системы является уменьшение внешнего воздействия.
Появление кибернетики явилось значительным шагом в формировании системного метода в науке. В рамках кибернетики впервые было показано, что процесс управления с общей точки зрения можно рассматривать как процесс накопления, передачи и преобразования информации. Само же управление можно отобразить с помощью определенной последовательности точных предписаний — алгоритмов, посредством которых осуществляется достижение поставленной цели.
Одним из основных законов кибернетики является закон необходимого разнообразия: эффективное управление какой-либо системой возможно только в том случае, когда разнообразие управляющей системы больше разнообразия управляемой системы. Значит, чем больше информации мы имеем о системе, которой собираемся управлять, тем эффективнее будет проходить этот процесс.
Информация в кибернетике выступает как мера организованности системы в противоположность понятию энтропии как меры неорганизованности. С повышением энтропии уменьшается информация (поскольку все усредняется) и, наоборот. Связь информации с энтропией свидетельствует и о связи информации с энергией.