<< Пред.           стр. 10 (из 16)           След. >>

Список литературы по разделу

  Сложные биологические структуры могут создаваться в результате естественного отбора, если в принципе их можно получить при постоянном усложнении и совершенствовании так, чтобы каждый новый этап давал какое-то новое положительное качество. Некоторые адаптации настолько совершенны, что трудно поверить в то, что они могли появиться в результате накопления простых изменений к лучшему. Поверить, допустим, можно, но тогда возникает вполне логичный вопрос: чем же такое представление отличается оттого, в котором отстаивается роль Творца? Ведь оба представления в данном случае основаны на вере. Кроме того, в природе существуют адаптации, которые невозможно объяснить естественным отбором. Например, физические и химические свойства веществ и фундаментальные постоянные как будто специально подобраны так, чтобы могла возникнуть жизнь. Такое утверждение иногда называют приспособленностью окружающей среды. Имеется и другая его формулировка:
  если бы фундаментальные постоянные были чуть-чуть иными, то жизнь была бы невозможна.
  Этот принцип, распространенный на развитие Вселенной, носит название тонкой подстройки Вселенной.
  Геологические эры и эволюция жизни. Под влиянием эволюцион
 ной идеи и геологам пришлось пересмотреть свои представления об исто
 рии нашей планеты. Органический мир развивался в течение миллиардов
 лет вместе с той средой, в которой ему приходилось существовать, т.е.
 19* 291
 
 
 
 
 вместе с Землей. Поэтому эволюцию жизни невозможно понять без эволюции Земли, и наоборот. Брат А.О. Ковалевского Владимир Ковалевский (1842-1883), вооружившись эволюционной идеей, основал палеонтологию - науку об ископаемых организмах.
  Первые следы органических остатков растительности обнаружены уже в древнейших отложениях докембрийского периода, сформировавшихся 3,5 - 4 млрд. лет назад. Предполагается, что в этот период зародилась жизнь, возникла кислородная атмосфера. О растительности раннего докембрия свидетельствуют остатки водорослей и органический углерод в карбонатных отложениях. Гораздо позднее - 2 - 2,5 млрд. лет назад появились следы жизнедеятельности животных.
  В палеозойскую эру (продолжительностью около 340 млн. лет) растительный и животный мир вступил в новую фазу развития (рис. 7.9). Образовались большие пространства суши, на которой появились наземные растения. Особенно бурно развивались папоротники: они образовали гигантские дремучие леса. Из позвоночных появились рыбы, земноводные, пресмыкающиеся.
  Животный и растительный мир достиг более высокого уровня развития в мезозойскую эру, начавшуюся около 240 млн. лет назад и продолжавшуюся примерно 170 млн. лет. Тогда появились первые пресмыкающиеся крупных размеров: динозавры, птерозавры и др., а также многочисленные насекомые, птицы и млекопитающие. Произошло обновление флоры, сформировались торфяные залежи.
  Около 65 млн. лет назад наступила кайнозойская эра. Многие виды млекопитающих и птиц продолжали развиваться. В растительном мире стали преобладать цветковые. Живая природа обогатилась новыми видами животных и растений. Некоторые из них существуют и в настоящее время.
  Последний период кайнозойской эры - четвертичный, или антропо-ген - продолжается поныне. Его длительность оценивается от 700 тыс. лет до 2,5-3,5 млн. лет. В течение антропогена рельеф, климат, растительность и животный мир приняли современный облик. С антропогеном связывают становление и развитие человека.
  Люди стали выращивать культурные растения и домашних животных, т.е. своим трудом преобразовывать живую природу. Особое внимание уделялось выбору лучших сортов культурных растений и лучших пород животных - их селекции. Селекция растений поставлена на естественно-научную основу только в прошлом столетии благодаря трудам выдающегося российского ученого Н.И. Вавилова (1887-1943), разработавшего учение о происхождении культурных растений.
  Эволюция всего живого продолжается и в настоящее время. Возрастающая активность человека и его крупномасштабное вторжение в при-
 293
 
 родные процессы порождают новые проблемы, которые можно решить лишь при условии, что сам человек возьмет на себя заботу о сохранении и развитии биосферы. Будущее биосферы - это ноосфера, т.е. сфера разума, и только в ней человек сумеет направить эволюцию всего живого в такое русло, в котором наша планета станет еще прекраснее и богаче.
 7.8. РАСТИТЕЛЬНЫЙ И ЖИВОТНЫЙ МИР
  Разновидности живых организмов. Со времен Аристотеля мир живых существ делится на два царства - царство животных и царство растений. К животным обычно относят живые существа, питающиеся готовыми органическими соединениями, синтезируемыми растениями или животными. В зависимости от уровня организации различают две основные группы животных. Первая группа объединяет простейшие, или одноклеточные организмы (например, жгутиковые, инфузории и т.п.), вторая - многоклеточные (все остальные). В ходе эволюции жизни у животных возникли двигательная, пищеварительная, дыхательная, кровеносная, нервная и другие системы, а также сформировались органы чувств.
  Большинство видов растений получают необходимые для жизни вещества с помощью корневой системы и в результате фотосинтеза. Растения в отличие от животных, как правило, неподвижны. Поскольку содержание необходимых для жизни веществ на том или ином участке ограничено, растения обычно расширяют контакт со средой. Например, корневая система и крона деревьев растут, и они ветвятся на протяжении всей жизни. Животные, отыскивая пищу, меняют место своего обитания. Размеры живых организмов увеличиваются лишь до предела, характерного для данного вида.
  Различия между животными и растениями проявляются на клеточном уровне. Основные структурные различия между животными и растительными клетками немногочисленны. Во-первых, животные клетки в отличие от растительных (исключая низшие растения) содержат небольшие тельца - центриоли, расположенные в цитоплазме. Во-вторых, клетки растений имеют в своей цитоплазме белковые образования - пластиды, которых нет у животных. И в-третьих, клетки растений обладают клеточной стенкой, благодаря которой они сохраняют свою форму. Животные клетки располагают лишь тонкой плазматической мембраной и поэтому способны двигаться и менять форму.
  Все живые организмы, т.е. растения и животные, характеризуются вполне определенными размерами и формой, обменом веществ, подвижностью, раздражимостью, ростом, размножением и приспособляемостью. Определить же, какие живые существа относятся к растениям, а ка-294
 
 кие к животным, в ряде случаев не так просто. Часто, наблюдая различные картины живой природы, мы не задумываемся о различии ее форм. Конечно, знакомые большинству людей такие представители животного мира, как домашние животные, а растительного - различные виды деревьев, кустарников и трав, не вызывают затруднений при определении их принадлежности к животному или растительному миру. Однако в природе существует ряд организмов, занимающих промежуточное положение. Например, простейшая одноклеточная эвглена зеленая. Она двигается как животное, а питается как растение. Ее можно считать промежуточным, как бы переходным, звеном между растениями и животными.
  Существует также ряд растений, которые по образу питания похожи на животных. К ним относятся грибы, растущие на богатой перегноем (разлагающимся органическим веществом) почве, растения-паразиты, сосущие соки из других растений (например, повилика), насекомоядные растения (мухоловка, росянка), питающиеся разного рода насекомыми.
  Первую классификацию растений и животных осуществил шведский естествоиспытатель Карл Линней (1707-1778). В качестве основной системной единицы он выбрал вид и описал около 1500 видов растений. К настоящему времени классифицировано множество видов растений и животных, и с течением времени их число увеличивается - обнаруживаются новые виды. Так, В 40-х годах XX в. во время кругосветного плавания у берегов Мексики удалось выловить десять удивительных улиткообразных существ - неопилин. Они оказались тем звеном, которого недоставало в классификации моллюсков. Считалось, что неопилины вымерли 350 млн. лет назад - задолго до динозавров. Второе звено - лингула, животное с раковиной, - обнаружено у берегов Японии. Несомненно, ученым предстоит сделать еще немало подобных открытий.
  Особенности растительного и животного мира. Некоторые растения и животные отличаются удивительными свойствами. Например, самое большое дерево в мире - акация гальпини (обезьянья колючка) достигает 122 м высоты и 44 м в периметре у основания. Такие великаны росли по берегам реки Мегалаквини в Южной Африке. Они погибли в результате пожаров и засухи в конце XIX в. Высота сохранившихся до наших дней подобных акаций не превышает 25 м. Гигантские размеры имеют австралийские эвкалипты - их высота более 100 м. Один из путешественников описал увиденный им в 1794 г. в Сенегале баобаб со стволом диаметром до 9 м. Возраст этого гиганта - 5150 лет.
  Гигантскими бывают не только деревья. В 1818 г. ботаник Жозеф Арнольди, путешествуя по сырым, не исследованным ранее лесам острова Суматра, случайно наткнулся на росший у корней дерева громадный (диаметром более метра) ярко-красный цветок. Он не имел ни стебля, ни листьев. Казалось, цветок вырос прямо из корня дерева. Пять мясистых
 295
 
 лепестков, покрытых белыми бородавками, окружали толстое кольцо с центральной впадиной со множеством тычинок и пестиков. Цветок издавал ужасное зловоние. Преодолевая отвращение, ученый в течение нескольких дней наблюдал за необычным растением. Но свои наблюдения закончить не успел: через две недели Арнольди умер от желтой лихорадки. Позже стало известно, что громадный цветок, раффлезия Арнольди, названный в честь ученого, является паразитом, сосущим соки из корней дерева.
  Природой создано множество прекрасных растений с удивительными свойствами. Про некоторые необычные и загадочные растения слагались легенды и мифы. В одном из древнегреческих мифов говорится, что трава аконит выросла из пены, падавшей изо рта стража подземного царства пса Цербера, когда Геркулес тащил его из бездны. Аконит известен в народе как борец и назывался в старину царь-травой. Растет он в смешанных лесах. В соке его содержится яд аконитин. Секрет аконита - химический состав его сока - известен современной медицине, а небольшие дозы аконитина используются сегодня в качестве лекарства.
  Весьма интересна и легенда о фламинго - прекрасном представителе животного мира. В далекие времена фламинго, сжалившись над людьми, умирающими в неурожайный год от голода, выклевывал из своего тела кусочки мяса и кормил несчастных. Кровь текла по перьям, окрашивая их в розовый цвет. А чтобы потомки тех, кто был спасен этой птицей не забывали об этом, оперение фламинго всегда будет иметь такой оттенок.
  В природе встречаются и другие не менее удивительные представители животного мира. Например, удивителен и необыкновенен по-своему хамелеон - один из видов древесных ящериц с длинным и цепким хвостом. Оба его глаза в своих движениях независимы друг от друга. Один может смотреть вверх, а другой в то же время вниз или вбок, или быстро вращаться. Такая подвижность глаз, не свойственная больше никому из пресмыкающихся, позволяет одновременно, не сходя с места, следить за жертвой и отыскивать лазейку среди ветвей. Пищу хамелеон добывает с помощью длинного языка. Но самое поразительное у этого существа - быстрая смена кожной окраски, которая помогает ему стать совершенно незаметным. Цвет кожи регулируется центральной нервной системой. Импульсы из мозга поступают в спинной мозг, оттуда в кожу и вызывают смену ее окраски.
  Рассказ об особенностях и диковинках растительного и животного мира можно было бы продолжить. Но каким же образом взаимосвязано все живое - и "диковинное", и "обыкновенное"?
  Адаптация живых организмов. По мере того как мы знакомимся с жизнью ныне существующих видов, становится ясно, что каждый вид зависит еще и от других живых существ, и от тех условий, в которых он обитает, т. е. от многих сложных взаимосвязей, географических особен-
 296
 
 ностей, расположения материков и т. д. Закономерности взаимоотношений живых существ с окружающей средой изучает экология.
  Все организмы, существующие на Земле, приспособились к определенному атмосферному давлению. С помощью шаров-зондов удалось обнаружить споры бактерий и плесневых грибов на высоте 33 км, где давление сравнительно низкое. Бактерии живут даже в радиоактивных урановых рудах, в сероводородной среде и в таком ядовитом веществе, как концентрированный раствор хлористой сулемы. Они обнаружены и на глубине 4 тыс. м - в нефтеносных слоях, и в горячих источниках, богатых борной кислотой. Живые организмы существуют и при гигантских давлениях - на глубине более 10 км, и в холоде вечных льдов Арктики и Антарктики... И в знойной, казалось бы, совсем безжизненной Сахаре, где влажность достигает всего 0,5 %, существуют 98 видов бактерий, 28 видов грибов и 84 вида водорослей. Живые существа могут иногда долгое время обходиться без воды. Обитающий в Северной Нигерии комар откладывает яйца в мельчайшие щели скал, заполненные водой. Когда маленькие лужицы высыхают, личинки комара приостанавливают свое развитие. Но стоит пройти новому дождю, и они как ни в чем не бывало оживают вновь. Дрожжи и несколько видов бактерий способны существовать даже в бескислородной среде. Личинки комара хирономуса живут и развиваются в воде, содержащей в тысячу раз меньше кислорода, чем обычный воздух. В воде некоторых водоемов бывает в 2 тыс. раз меньше кислорода, чем в воздухе, но и там есть жизнь.
  Стремление обитать в одних и тех же климатических условиях приводит к миграции многих птиц. Например, полет аистов из европейской деревни в Африку длится около 20 дней. В день они пролетают в среднем 350 км со скоростью 60 км/ч. На пути встречается множество препятствий, например, Пиренеи высотой более 2 км, моря и пустыни, которые приходится преодолевать в течение трех дней. Даже такой горный барьер, как Гималаи высотой более 6 км, где ощущается нехватка кислорода и необычно холодно, не останавливает журавлей и диких гусей, предпочитающих зимовать в теплых местах. Невольно вспоминаются строки выдающегося русского поэта М.В. Исаковского (1900-1973): "Летят перелетные птицы ушедшее лето искать".
  Все живые существа обладают колоссальным биотическим потенциалом, иначе говоря, способны размножаться с такой скоростью, что, если бы их размножению ничто не препятствовало, они наводнили бы собой всю биосферу. Что же противодействует такому перенаселению? Почему, несмотря на удивительную приспособленность к неблагоприятным условиям, живые организмы все-таки гибнут? Голод, несчастные случаи, стихийные бедствия, болезни, уничтожение одних видов другими - все вместе взятые причины такого рода называют сопротивлением среды. Каждый вид должен был выработать такие качества, которые позволяли бы ему преодолевать сопротивление среды. На протяжении миллионов
 297
 
 или даже миллиардов лет развивалась адаптация - приспособляемость к окружающим условиям, или та знаменитая "целесообразность", которая поражает воображение и кажется порой сверхъестественной. Каждая из адаптаций появилась в результате того, что среда постоянно отсеивает неблагоприятные наследственные изменения, появляющиеся у всех без исключения видов растений и животных. Действие естественного отбора не прекращается ни на минуту - выживают только наиболее приспособленные.
  Экологи изучают различные типы приспособляемости, и уже выявлены некоторые закономерности, помогающие понять это удивительное свойство всего живого. Известны три основных типа адаптаций: структурные (изменения окраски, строения тела, отдельных органов и т.п.), физиологические и поведенческие.
  Структурной, например, является приспособляемость, возникшая за короткий срок (несколько десятилетий) у бабочки березовой пяденицы в Англии. До 1850 г. в стране были известны только светлые березовые пяденицы - под цвет лишайников, покрывающих стволы деревьев. После того как лишайники основательно прокоптились фабричным дымом, светлая пяденица стала вытесняться темной, менее заметной для ее врагов.
  Физиологические адаптации внешне незаметны, но они обеспечивают такую же приспособляемость, что и структурные. Удивительно, например, строение черепа маленького зверька - двуногой мыши (дипаде-мус), обитающей в Мексике. В черепе дипадемуса находятся две большие слуховые камеры, превосходящие по своим размерам полость, заполненную мозгом. Звуковые колебания усиливаются в камерах-резонаторах, и зверек может различать звуки частотой всего в 2 Гц (человеческое ухо воспринимает звуки от 16 до 20 000 Гц). Идеальный слух и быстрые ноги позволяют дипадемусу успешно избегать нападений ночных птиц и змей.
  Поведенческую адаптацию можно пояснить на примере приспособляемости мотылька с полосатыми крыльями, который весь день сидит неподвижно на полосатых листьях лилии. Полосатые крылья - структурная адаптация, а выбор наиболее безопасного положения на листьях - это уже адаптация поведенческая: мотылек всегда садится так, чтобы полоски на его крыльях были параллельны полоскам на листе, тогда он почти незаметен.
  Взаимозависимость живых организмов. Группа организмов, относящаяся к одному виду, длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений, называется популяцией. Популяции входят в состав биоценозов - совокупностей растительных и животных организмов, населяющих данный участок среды обитания, например биоценоз озера, леса и т.д.
  Одна из важнейших задач изучения живой материи - выяснить, почему те или иные растения и животные образуют биоценоз, каково их
 298
 
 влияние друг на друга и каким образом человек может регулировать их взаимоотношения в собственных интересах. И хотя на первый взгляд жизнь в сообществах кажется недоступной пониманию, многие ее закономерности удалось выяснить. Оказалось, что все поразительное разнообразие живых существ в сообществах, утонченность их адаптации и удивительно сложное поведение в конечном счете сводятся к получению каждым организмом своей доли энергии из пищи, поток которой направлен от одного члена сообщества к другому. Каналы, по которым через сообщества постоянно протекает энергия, называются цепями питания. Каждое звено цепи - своего рода трансформатор, использующий некоторую часть энергии, первоначально накопленной растениями для своего существования и размножения, и передающий ее следующему звену.
  Сложнейшая цепь взаимных зависимостей образует устойчивую систему, в которой происходит круговорот веществ между живыми и неживыми ее частями. Озеро, лесной массив, поле, даже аквариум с тропическими рыбами, зелеными водорослями и моллюсками - все это экологические системы (экосистемы). Классический пример экосистемы - озеро или пруд. Живые его элементы (к неживым относят воду с растворенными в ней кислородом, углекислым газом, неорганическими солями и т.п.) можно разделить на группы в зависимости от их участия в поддержании устойчивости экосистемы. Первая группа - растения, синтезирующие органические соединения из простых неорганических веществ при поглощении энергии Солнца. Вторая группа - организмы-потребители: насекомые, ракообразные, рыбы и т.д. Среди них так называемые первичные потребители, которые питаются растениями, и вторичные - плотоядные, питающиеся первичными потребителями. Наконец, третья группа организмов - бактерии и грибы, разлагающие органические соединения, останки умерших организмов до простых неорганических веществ, используемых потом зелеными растениями. Так в каждой экосистеме совершается круговорот веществ.
  В природе взаимоотношения различных видов животных, растений крайне многообразны. Бывает так, что одни виды помогают другим (например, на панцирях многих крабов обитают кораллы или актинии, помогающие крабам маскироваться). Простейшие жгутиковые, живущие в кишечнике термитов, выделяют фермент, без которого термиты не могли бы нормально переваривать древесину и расщеплять ее до Сахаров. Некоторые виды птиц, например колибри, пчелы и многие другие насекомые, добывая нектар, опыляют цветки растений, в том числе и саррацению желтую. Колибри - самая маленькая птица (масса ее - 1,6-20 г) с красивым, ярким оперением - обладает редкой способностью зависать в воздухе в неподвижном положении, в котором она с помощью необычно длинного клюва проникает глубоко внутрь цветка и извлекает нектар.
 299
 
  Удивителен по-своему и цветок саррацения. Он относится к довольно редкому роду насекомоядных многолетних трав. На дне кувшинообраз-ных длинных листьев саррацении скапливается секреторная жидкость, в которой гибнут, а затем перевариваются попавшие туда насекомые.
  Опыляют растения чаще всего пчелы, шмели и другие насекомые. Пчелы способны хорошо различать цвета в фиолетовой области спектра. Поэтому даже на большом расстоянии они могут увидеть весьма скромные цветки с фиолетовыми лепестками и приблизиться к ним, чтобы полакомиться нектаром.
  Однако далеко не все взаимоотношения между различными видами живого мира можно назвать добрососедскими. Они приобретают диаметрально противоположный характер, когда, например, плесневые грибы подавляют рост бактерий, хищник уничтожает жертву, а паразит губит хозяина. Однако и они не всегда вредны для вида в целом: под влиянием естественного отбора в природе устанавливается необходимое равновесие. А если такое равновесие искусственно нарушается, то это приводит к поистине поразительным результатам.
  Раньше к некоторым видам животных или растений было принято применять термин "вредный" или "полезный": сорняк на поле, где растет пшеница, - "вредный"; кошка, уничтожающая мышей, - "полезная" и т.п. Американский философ Эмерсон на вопрос "Что такое сорняк?" ответил: "Сорняк - растение, достоинства которого пока еще не открыты". Сейчас ни у кого не вызывает сомнений, что для нормального существования сообществ нужны различные их звенья, независимо от того, вредны они или полезны для человека. На северном склоне Большого Каньона в Колорадо (США) уничтожили волков, для того чтобы увеличить поголовье оленей. Олени беспрепятственно размножались, и скоро их стадо возросло до 100 тыс. голов. Пищи для такого количества животных оказалось недостаточно, и олени стали гибнуть от голода. В конце концов их поголовье уменьшилось в 10 раз по сравнению с первоначальным. При выяснении причин гибели животных оказалось, что, когда в этом районе существовали волки, среди оленей поддерживалось устойчивое равновесие, при котором их число соответствовало запасам пищи. Что-то подобное произошло в Китае после массового уничтожения воробьев.
  Большинство сообществ непрерывно меняется - и от сезона к сезону, и изо дня в день, и даже каждую минуту. Сообщество может состоять в основном из животных или, наоборот, из растений. Общую картину жизни сообщества создают несколько наиболее крупных, многочисленных или наиболее активных видов. Изменения, происходящие с сообществом на любой стадии его развития, затрагивают большинство входящих в него организмов. Появление новых растений или животных сопровож-300
 
 дается изменениями внешней среды, которые, как правило, благоприятны для новых видов и неблагоприятны для старожилов. Постепенно перестройка в биоценозе замедляется, и он достигает равновесия на определенное время.
  Даже коралловый риф - один из наиболее стабильных биоценозов - и тот подвержен значительным изменениям. При каждом продолжительном поднятии или понижении уровня моря, при каждом медленном перемещении земной коры сам коралл, являющийся основанием гигантского биоценоза рифа, может полностью погибнуть. Поэтому точнее говорить не об общем равновесии в природе, а о великом множестве равновесий в мире живых существ. Олицетворением совокупности всех равновесий в живой природе могли бы быть не весы, покоящиеся на точке опоры, а скорее помещение, полное часов всех сортов и размеров, маятники которых непрерывно меняют амплитуду колебаний - из года в год и от минуты к минуте. И тем не менее все часы, несмотря на сильное воздействие извне, показывают примерно одинаковое время, а амплитуда колебаний их маятников меняется лишь в строго ограниченных пределах. Изменчивость, а не неизменность - вот ключ к пониманию мира живых существ и вот что делает нашу небольшую планету под Солнцем столь привлекательной для жизни.
  Плодотворное исследование экологических закономерностей требует привлечения ученых различных специальностей. Даже самый простой пруд настолько сложен как экосистема, что для понимания всех происходящих в нем процессов необходимо участие ботаников, ихтиологов, гидрологов, гидрофизиков, энтомологов и т.д. Чтобы взглянуть на изучаемый пруд как на единое целое (а это иногда бывает необходимо из чисто практических интересов, не говоря уже о теоретических), приходится обобщать исследования ученых разных отраслей естествознания.
  Как известно, окружающий нас мир поддается количественному описанию. Перефразируя известное изречение И.М. Сеченова, можно сказать, что все - от блеска дальних звезд, шума океанского прибоя и полета пчелы до первого крика ребенка, вдохновенного танца балерины и творческой мечты ученого - можно описать количественно. Конечно, от этого "можно" до реального "описано" путь долгий и трудный, но вполне преодолимый современной научной и технической мыслью.
  Особенно сложны для математического описания живые организмы и их системы, ибо они ни на секунду не остаются в покое, а все время меняют свое состояние. Однажды, когда группа ученых решала вопрос о наиболее рациональном использовании одного из озер (предлагалось использовать его или для разведения рыбы, или для водоснабжения близлежащего поселка, или предоставить озеро в распоряжение туристов и т.п.), было решено обратиться "за советом" к ЭВМ. Машина, суммировав все
 301
 
 аргументы специалистов, взвесив все "за" и "против", дала единственную рекомендацию: озеро не трогать, оставить его таким, как оно есть.
  Человек, являясь частью природы, не должен пренебрегать биологическими законами - он должен решить проблему охраны природы на естественно-научной основе. Люди могут вырубить лес или перекрыть реку, но они не в состоянии отменить законы, управляющие жизнью на Земле, поддерживающие в равновесии многочисленные формы жизни. Поэтому сегодня, как никогда, перед людьми всего мира стоит задача не только расширять свое знание законов природы и ее эксплуатацию, но и сохранить уникальный растительный и животный мир Земли для будущих поколений.
 7.9. ЧЕЛОВЕК - ФЕНОМЕН ПРИРОДЫ
  Физиологические особенности человека. Физиология - наука о жизнедеятельности целостного организма и его отдельных частей, клеток, органов, функциональных систем. Это весьма разветвленная наука, охватывающая многие проблемы, связанные с механизмами различных функций живого организма (ростом, размножением, дыханием и др.), с их взаимодействием, регуляцией и приспособлением к внешней среде, происхождением и становлением в процессе эволюции. Одна из основных задач физиологии животных и человека - изучение регулирующей и интегрирующей роли нервной системы в организме. В решение этой задачи существенный вклад внесли выдающиеся российские физиологи И.П. Павлов (1849-1936), создавший учение о высшей нервной деятельности (он удостоен Нобелевской премии 1904 г.), и И.М. Сеченов (1829-1905), обосновавший в классическом труде "Рефлексы головного мозга" (1866) рефлекторную природу сознательной и бессознательной деятельности. В частности, И.П. Павлов разработал метод условных рефлексов и установил, что в основе психической деятельности лежат физиологические процессы, происходящие в коре головного мозга и определяющие основные особенности человека как феномена природы.
  С биологической точки зрения появление человека разумного может казаться вполне ординарным событием. Однако человек - носитель разума, мысли, это особый феномен природы. В процессе развития живых систем сформировался мозг - материальная основа разума. Элементы разумного поведения проявляют многие высшие животные и некоторые птицы. Но полноценное проявление разума в биосфере присуще только человеку, так как лишь в его социальном сообществе сформировалась, а затем развивалась коллективная память, названная В.И. Вернадским научной мыслью. 302
 
  Научная мысль - это созданный человеком разумным на определенной стадии его развития независимый от отдельной особи коллективный аппарат сбора, накопления, обобщения и хранения знания. И только человек в состоянии использовать данный аппарат для решения своих практических проблем. Научная мысль в сочетании с трудовой деятельностью человека стала великой геологической силой, способной преобразовать биосферу. "Научная мысль как проявление живого вещества по существу не может быть обратимым явлением - она может остановиться в своем движении, но, раз создавшись и проявившись в эволюции биосферы, она несет в себе возможность неограниченного развития в ходе времени", - так писал В.И. Вернадский.
  Характерные особенности и специфика человека, отличающие его от других высших животных, закреплены в материальном носителе разума - мозге. Чем же мозг человека отличается, например, от мозга похожих на него приматов? Каким бы это ни показалось странным, но сравнительно недавно специалисты не видели принципиальных различий в строении их мозга. Только на современном уровне понимания строения и специфики работы мозга, достигнутом в последние 30-40 лет, удалось выяснить, что простейшим функциональным элементом мозга является структурный ансамбль нервных клеток - нейронов со сложными и фиксированными разветвлениями взаимосвязей. Один ансамбль обычно управляет вполне определенным процессом или одной функцией организма.
  Эволюция мозга, его усложнение происходили не столько за счет роста числа нейронов, сколько за счет организации и упорядоченности как отдельных структурных ансамблей, так и центров, объединяющих отдельные функции в сложные поведенческие реакции. Структурные ансамбли разветвляются в форме вертикальных колонок, включающих клетки древних слоев мозга, расположенных в его нижних пластах, и клетки более поздних поверхностных слоев. В результате усложнения связей и увеличения их числа происходят и качественные изменения структурных ансамблей.
  Структурные ансамбли мозга человека и приматов, определяющие такие функции, как зрение, слух и двигательные реакции тела, мало различаются между собой. Существенные отличия выявлены в размерах и связях структурных ансамблей мозга человека, ведающих его речью и двигательными реакциями рук, особенно кистей, и определяющих способность человека к трудовой деятельности. У человека заметно выделяются лобные доли, которые, согласно сложившимся представлениям, осуществляют интеграцию различных функций мозга в целенаправленные поведенческие реакции, а также участвуют в ассоциативных и обобщающих мыслительных процессах. У человека относительно большая
 303
 
 площадь лобных долей мозга - около 25 %, и общее число нейронов - более 1010.
  Несмотря на многие достижения современного естествознания, мозг человека остается одним из самых загадочных объектов исследования. Тем не менее к настоящему времени удалось определить функции нейро-медиаторов, с помощью которых передаются биохимические сигналы от одного нейрона к другому, и выяснить механизмы действия кратковременной и долговременной памяти живых организмов. За эту работу известные ученые А. Карлссон (р. 1923), П. Грингард (р. 1925) и Э. Кэндель (р. 1929) удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2000 г.
  Мозг как единая система обладает удивительным свойством - памятью. Память - это основной ориентир человека в окружающем мире. Она придает направленность событиям, связывая настоящее с прошедшим и сегодняшнее поколение с нашими предками. Именно благодаря памяти накапливалась информация и передавалась от поколения к поколению. Следовательно, благодаря ей возникла и развивается цивилизация.
  Память зависит не только от конкретных биохимических процессов в отдельных нервных клетках, но прежде всего от того, в каких именно клетках они происходят, от расположения их в том или ином отделе мозга и их связи друг с другом. Основа памяти - установление связи между воспринимаемыми образами, нервными клетками и их ансамблями, между отделами и уровнями мозга. Извлечение информации из кладовых памяти подобно игре на удивительном по своей сложности инструменте, из которого опытный исполнитель извлекает чудесные мелодии.
  Именно на установлении и последующем поиске связей основана мнемотехника - система приемов, облегчающих запоминание. В трактате "Об оракуле" выдающийся римский политический деятель, оратор и писатель Цицерон (106-43 до н.э.) приписывает открытие правил запоминания поэту Симониду, жившему в V в. до н.э. Вот как это было. Знатный фесселиец Скопас устроил празднество, где Симонид должен был исполнить поэму в честь хозяина. Но Симонид включил в поэму не только хвалу хозяину, но и божественным братьям-близнецам Кастору и Поллуксу. Рассердившийся хозяин заявил, что уплатит ему только половину суммы, а остальное пусть платят братья-близнецы. Через несколько минут поэту сообщили, что на улице его ждут двое молодых людей. Когда Симонид вышел, крыша зала рухнула и погребла под собой хозяина и всех гостей. Юноши, вызвавшие поэта, были воспетые им братья, они наградили его за добрые слова и наказали хозяина за его низость. Тела погибших были так изуродованы, что даже родственники не смогли опознать своих близких, чтобы подобающим образом похоронить их. Им помог Симонид. Он запомнил, в каком порядке люди сидели за столом, и по-304
 
 этому сумел опознать погибших. Этот случай, по словам Цицерона, подсказал Симониду принцип искусства запоминания: главное условие хорошей памяти - это способность упорядочение располагать в мыслях все то, что следует запомнить. Этот принцип позднее лег в основу театра памяти, популярного в эпоху Возрождения, и к настоящему времени стал универсальным. Не его ли мы используем сегодня при написании плана сочинений, при составлении каталога компьютерной базы данных и т.п.? Ответ очевиден: конечно же, он помогает и логично излагать мысли, и рационально использовать компьютер. Более того, по аналогичному принципу строилось классическое университетское образование, нацеленное не столько на запоминание фактов, сколько на нахождение связи между ними, на умение нахождения нужной информации и ее использование, т.е. на умение построить свой театр памяти, помогающий работать с новыми сведениями.
  Отметим еще одно характерное свойство мозга. Строение ансамблей нервных клеток, их связи в мозгу программируются генетическим аппаратом. Развитость речевых и двигательно-трудовых структурных ансамблей мозга человека наследуется детьми от родителей. Однако наследуется не речь и не трудовые навыки как таковые, а лишь потенциальная возможность их последующего приобретения. Генетические возможности реализуются только при условии, что с раннего детства конкретный ребенок воспитывается и обучается в сообществе людей, в постоянном общении с ними. Сказка Киплинга о маленьком Маугли, воспитанном волками и другими благородными животными джунглей, а затем уже зрелым юношей, вновь вернувшемся в "человеческую стаю", - только красивая сказка. Редкие реальные случаи подобного рода показывают, что человеческое дитя, силой обстоятельств вырванное из человеческого общества и выжившее в джунглях, вернувшись через много лет к людям, уже никогда в полной мере не сможет овладеть речью, приобрести достаточно сложные трудовые навыки, необходимые для сознательной деятельности. Генетический потенциал ограничен во времени жесткими возрастными рамками. Если сроки пропущены, то потенциал гаснет, а человек по своему развитию остается на уровне того же примата.
  В истории человечества немало примеров, показывающих, что не
 только отдельная личность, но и целые сообщества людей обязаны вести
 непрерывную работу по овладению, сохранению и приумножению того,
 что выделяет людей из животного мира. Малейшее ослабление усилий
 или, что еще хуже, сознательное пробуждение в людях низменных начал
 в ущерб разуму, когда, например, преследуются неблагородные полити
 ческие цели, с поразительной быстротой ведут к потере культурных за
 воеваний, возрождению дикости и агрессивности даже в цивилизованном
 обществе.
 20 - 3290 305
 
  Психология человека. С развитием физиологии во второй половине XIX в. возникла психология - наука о душе, о внутреннем мире человека. Слово "психика" в переводе с греческого означает "душа". Психика - система регуляторов поведения в сложной среде, возникшая в ходе биологической эволюции. В отличие от животных люди способны к преднамеренной совместной деятельности, речевому взаимодействию, использованию опыта человечества, сознательной саморегуляции, созидательной трудовой активности, познанию неявного; они имеют долгое детство и психически развиваются в течение всей жизни. Ориентация в явлениях психики - органическое звено подготовленности профессионала, условие его деловой культуры. Профессионалы различаются по частным психологическим особенностям, но сходны по общей структуре психологического склада.
  Знание особенностей психики (своей и других) ориентирует человека в деле самосовершенствования и построения профессионального жизненного пути. Но освоение фактов и закономерностей психологии идет не стихийно, а путем планомерного образования, самообразования.
  Психика человека обеспечивается телесными его системами и в то же время влияет на них. Длительные и тяжкие переживания, вызванные чисто социальными и моральными обстоятельствами (утрата собственного признания, идейные разногласия и т.п.), закономерно ведут к телесным недугам, заболеваниям. И наоборот, болезни тела и даже беспечное отношение к себе - путь к утратам психического статуса, не говоря уж о заболеваниях, нарушениях нервной системы, которые напрямую влияют на психику.
  Существование и развитие организма в среде обеспечиваются процессами познания и исполнения системой психологических регуляторов поведения. Знания, как отображения некоторых реальностей в голове человека, есть явления психики и, в свою очередь, сами являются реальностью, необходимой для целесообразной регуляции нашей активности. Мы можем знать о том, что недоступно органам чувств, и порождать знание о том, чего нет в культуре или природе. Владение теоретическим знанием качественно улучшает практическое решение задач. Ориентироваться в психологических закономерностях возникновения и динамизма знаний важно для самообразования, организации и улучшения профессиональной деятельности.
  Знания о людях и о себе - специфические и важные области явлений, процессов психики. Но не все, что происходит в психике, подотчетно сознанию человека. Бессознательные процессы тоже регулируют нашу активность. Они доступны научному анализу и о них важно иметь достоверные сведения.
 306
 
  Человеческая деятельность характеризуется сложной динамикой. Она связана многообразными отношениями с индивидуальными свойствами личности, общественным и индивидуальным сознанием, опытом человека, его природой и культурной средой. Значение деятельности определяется тем, что психика не только в ней проявляется, но и формируется в течение жизни. О направленности (системе побуждений - идеалов, убеждений, интересов) личности, ее устойчивых отношениях к разным сторонам действительности узнают, анализируя деятельность. Ценные или нежелательные особенности личности складываются в зависимости от того, в какую деятельность включен человек. Если же мы намерены формировать личность в должном направлении, то следует позаботиться об организации его соответствующей деятельности.
  Социологические аспекты. Человек как субъект отношений и сознательной деятельности представляет собой личность. Личность - неотъемлемая составляющая общества. Проблемы взаимоотношений личности и общества, а также закономерности массового поведения людей изучает социология. Попытки объяснения особенностей общественной жизни возникли еще в античные времена (Платон, Аристотель и др.). Аристотель, например, считал, что человек рождается политическим существом и несет в себе инстинктивное стремление к совместной жизни. В практике социальных отношений средневековых мыслителей (Августин, Боссюэ) преобладало божественное начало, в соответствии с которым вся история человечества носит характер борьбы царства благодати с царством зла.
  Мыслители XVII-XVIII вв. рассматривали историю общества как продолжение истории природы и стремились вскрыть естественные законы общественной жизни. Такой подход связывался с развитием науки того времени, с поиском единых, универсальных законов мира. Жизнь общества уподоблялась жизни природы. Если исходным звеном в цепи природных процессов являются атомы, то подобным атомом в общественной жизни представляется человек. Как ни резко различаются между собой люди, их объединяет общая цель - стремление к самосохранению, - которая порождает страсти, составляющие своего рода пружину поступков людей. Они управляют поведением людей с такой же математической точностью, как физические силы определяют движение природных тел. Действия людей строго закономерны. Свобода в поведении человека, по образному выражению нидерландского философа Спинозы (1632-1677), равносильна свободе камня, приведенного в движение по законам механики и "воображающего", что он движется "по собственному желанию".
  Французский философ-просветитель Ж. Кондорсэ (1743-1794) по
 лагал, что в основе общественных отношений лежит безграничное совер-
 20* 307
 
 шенствование знаний. "Способность человека к совершенствованию, - писал он, - действительно безгранична, рано или поздно настанет момент, когда Солнце будет освещать Землю, населенную только свободными людьми...". По его мнению, человеческий прогресс подчинен определенным общим законам, знание которых помогает предвидеть, направлять и ускорять дальнейшее развитие.
  Широко известно высказывание французского философа П. Гольбаха (1723-1789): "Излишек едкости в желчи фанатика, разгоряченность крови в сердце завоевателя, дурное пищеварение у какого-нибудь монарха, прихоть какой-нибудь женщины являются достаточными причинами, чтобы заставить предпринимать войны, посылать миллионы людей на бойню, разрушать крепости, превращать в прах города, погружать народы в нищету и траур, чтобы вызывать голод и заразные болезни, и распространять отчаяние и бедствие на длинный ряд веков".
  Значительный вклад в развитие социологии внес выдающийся мыслитель, немецкий философ Г. Гегель (1770-1831), создавший диалектику. Он считал, что люди творят историю не по собственному произволу, а по необходимости. В истории господствуют закономерность и порядок. История - единое целое, в котором каждая ступень лишь определенное звено. Гегель подчеркивал, что развитие общества носит поступательный характер, что в нем обнаруживается прогресс в сознании свободы, а не просто изменение. По его мнению, развитие является движением вперед от несовершенного к более совершенному, причем первое должно быть рассмотрено не в абстракции лишь как несовершенное, а как нечто такое, что в то же время содержит в себе свою собственную противоположность, так называемое совершенное как зародыш, как стремление.
  Открытый Гегелем закон отрицания отрицания позволил разделить проблему противоречия между поступательным движением и повторением, возвратом к старому, а глубокое понимание диалектики количественных и качественных изменений давало возможность понять, как новое в истории возникает из старого и как оно в свою очередь стареет и сменяется новым. Некоторые ярые сторонники материализма видели в диалектическом понимании общественных отношений идеалистический подход, противопоставляя поступательному развитию общества идею искусственного вторжения в естественный процесс развития, надеясь на успешное решение социальных проблем. Однако, как показал исторический опыт, такая идея противоестественна: она ведет к деградации общества, а вместе с ним - и личности. Диалектическое понимание развития общества нацеливает каждого человека на созидательную деятельность и кропотливый творческий труд.
  Эстетическое восприятие и красота природы. В трудовой деятельности, в процессе развития общественных отношений и практики худо-308
 
 
 жественного творчества человек в течение длительного времени выработал ценнейшую способность эстетического отражения действительности - этой существенной и богатейшей сферы сознания, без которой при прочих равных условиях живое существо не есть собственно человек, человек культурный и эстетически воспитанный.
 309
 
  В человеке от природы заложена удивительная способность творить красоту. Он способен эстетически воспринимать волнующие своей красотой явления природы, прекрасное и безобразное, трагическое и комическое, величественное и низменное в общественной жизни. Однако можно встретить людей, в силу тех или иных обстоятельств утративших эту способность. Такие люди считают героическим поступком сделать хулиганские надписи на школьной парте, изрисовать подъезды и совершить другие недостойные поступки. Подобными действиями они противопоставляют себя окружающим людям, проявляя при этом неуважение к обществу, к достоинству человека и, следовательно, к самому себе.
  Эстетическое сознание выражается множеством категорий: удовольствие, наслаждение, очарование, восторг, упоение и т.п. Какова психологическая тайна эстетических чувств и в чем заключается эстетическое восприятие, например, многоцветной радуги на небе либо волнующей картины раннего восхода Солнца? На эти вопросы пока нет однозначного ответа. Очевидно одно: только эстетически воспитанный человек может испытывать истинное наслаждение от чарующей музыки Моцарта и по-настоящему восхищаться пением соловья, багровым закатом солнца и т.п. Эстетическое воспитание начинается с рождением ребенка, который сам по себе удивительное и прекрасное создание природы и в котором заложена естественная потребность испытывать восторг и восхищение при виде всего того, что окружает нас.
  Является ли человек единственно способным воспринимать и творить красоту? Ответ на этот вопрос может быть разным. Глядя на беседковых птиц (живущих в Австралии и Новой Гвинее) с их удивительно прекрасным оперением и на построенную ими беседку, украшенную раковинами, цветами и другими яркими предметами (рис. 7.10), и любуясь красотой лотоса, стрекозы, муравья и т.п., можно без сомнений и с восторгом утверждать: человек безусловно способен творить прекрасное и восхищаться им, но и птицы, все живое, и сама природа способны творить не менее удивительную красоту.
 7.10. ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА
  Рост населения и обеспечение продовольствием. Одна из важнейших составляющих жизнеобеспечения человека - производство и потребление продуктов питания. История развития производства продовольствия связана с зарождением сельского хозяйства, первые признаки которого появились примерно 12 тыс. лет назад. В то время численность населения планеты составляла около 15 млн. человек. К началу нового летоисчисления насчитывалось приблизительно 250 млн. человек. К 1650 г. население удвоилось, достигнув 500 млн. Следующее удвоение (рост до 310
 
 
 1 млрд.) произошло примерно через 200 лет (к 1850 г.). В 1999 г. численность населения Земли возросла до б млрд. По оценке экспертов ООН, к 2050 г. она составит более 10 млрд. человек (рис. 7.11).
  Нехватка продовольствия - одна из причин преждевременной смерти людей. Так, в 1983 г. от голода умерло около 20 млн. человек - почти 0,5% населения планеты, еще примерно 500 млн.сильно пострадали от недоедания. К концу прошлого столетия число людей на грани голодной смерти превышало 650 млн. Все это говорит о том, что обеспечение населения продуктами питания - важнейшая проблема современного человечества. Она касается не только тех, кто голоден и недоедает и менее всего способен ее решить, но и в значительной степени тех, кто может предложить рациональные способы ее решения, основанные на последних естественно-научных достижениях.
  Очевидно, что производство продовольствия нельзя существенно увеличить только за счет освоения новых земель. В большинстве стран
 311
 
 вся пригодная для сельского хозяйства земля уже обрабатывается. В густонаселенных развивающихся странах расширение пахотных площадей требует больших капиталовложений и сопряжено с нарушением равновесия экологических систем. Поэтому продовольственные ресурсы можно увеличить при совершенствовании технологии производства, сохранении питательных веществ в почве, обеспечении водой поливных земель, повышении качества хранения продуктов питания и т.п. Современные достижения естествознания и прежде всего агрохимии и биохимии позволяют на молекулярном уровне управлять сложными биохимическими процессами при участии минеральных и органических удобрений, гормонов роста, феромонов, питательных, защитных и других веществ, способствующих повышению урожайности. При этом любые средства - химические или биологические - не должны приводить к нарушению природного баланса и загрязнению окружающей среды.
  Повышение плодородия почвы. Со времен одного из создателей агрохимии, немецкого химика Юстуса Либиха (1803-1873) известно, что для роста и развития растений нужны минеральные удобрения, содержащие неорганические вещества: азот, фосфор, калий и кальций. Они не взаимозаменяемы, их нельзя заменить и другими веществами. С конца XIX в. относительно быстро развивалось производство калийных и фосфорных удобрений. В 1975 г., например, произведено около 24 млн. т калийных удобрений (К2О). К концу XX в. их ежегодный объем увеличился вдвое. На каждый гектар полевых угодий вносится в среднем около 100 кг калийных удобрений. Несмотря на то что фосфор содержится в почве (в слое пахотной земли толщиной 40 см на площади 1 га рассеяно около 20 т фосфорного удобрения в пересчете на Р2О5), он весьма медленно попадает к растениям, и некоторые виды почв нуждаются в фосфорных удобрениях. В 1975 г. во всем мире их произведено примерно 30 млн. т.
  Для повышения урожайности многих культурных растений нужны азотные удобрения. Их производство включает синтез аммиака NH3 и основано на связывании азота воздуха. В 1917 г. была произведена первая цистерна аммиака. В 1975 г. объем мирового производства азотных удобрений составил свыше 45 млн. т, а в 2000 г. - примерно в два раза больше. С каждым килограммом азотных удобрений, внесенных на 1 га почвы, урожайность зерновых культур увеличивается на 8-11 кг, картофеля - на 90 кг, кормовых трав - на 100 кг.
  Примерно с середины XX в. в поле зрения агрохимиков попали микроэлементы: бор, медь, марганец, молибден, цинк и др. Потребность в них не велика - всего несколько сотен граммов на 1 га, но без них существенно снижается урожайность. С 1970 г. налажено производство комплексных удобрений, содержащих все необходимые растениям микроэлементы. 312
 
  Совсем недавно сроки внесения удобрений и их дозы определялись эмпирически, что не всегда оказывалось эффективным и рациональным. В последнее время внедряется естественно-научный подход - дозы вносимых в почву удобрений и сроки их внесения рассчитываются исходя из биохимического анализа почвы и с учетом специфики выращиваемой культуры, погодных и климатических условий и т. п. Получены неплохие результаты при выращивании растений в тепличных условиях на гидропонике с автоматической подачей жидких питательных смесей, их дозировкой и регулированием температуры. В подобных искусственных условиях собирают, например, не менее шести урожаев томатов в год, причем урожайность составляет около 400 кг овощей с 1 м2.
  В средствах массовой информации иногда необоснованно утверждается об опасности для здоровья человека продукции, выращенной с применением минеральных химических удобрений. Однако такое утверждение нельзя считать доказанным. Напротив, оптимальное количество минеральных удобрений способствует существенному повышению урожайности. Вместе с тем нарушение агрохимических правил, регламентирующих дозы и сроки внесения минеральных удобрений, приводит к чрезмерному их накоплению в почве и попаданию в водные источники, что соответственно ухудшает плодородие почвы и загрязняет водоемы.
  В настоящее время урожайность культурных растений, выращенных с применением минеральных удобрений, повышается в среднем на треть. Однако производство удобрений в различных странах колеблется в широких пределах. Почти 80 - 90% всех минеральных удобрений производится и потребляется в Европе, Японии и Северной Америке.
  Фиксация азота. Аммиачные азотные удобрения синтезируются из азота воздуха и водорода при температуре 500°С и давлении 300 атм и наличии катализатора (железа в сочетании со щелочным металлом). При их производстве потребляется большое количество энергии. А это означает, что азот воздуха превращается в полезный и нужный продукт с большими затратами. Поэтому с давних времен ведется поиск более эффективных способов обогащения почвы азотом.
  В процессе роста многие растения поглощают азот преимущественно из почвы, и многолетний севооборот способствует его пополнению. Вместе с тем некоторые растения сами способны превращать элементный азот воздуха в необходимые им соединения. Каков же механизм такого превращения? Наблюдения показали, что в этом процессе участвуют бактерии и водоросли, восстанавливающие атмосферный азот до аммиака. Происходит важнейший естественный процесс - фиксация азота. Фиксированный азот затем превращается растениями в аминокислоты, белки и другие органические соединения. Растения семейства бобовых (соя, люцерна и др.) фиксируют азот с помощью клубеньковых бактерий, жи-
 313
 
 
 вущих на их корнях. Около 170 разновидностей небобовых растений также способны фиксировать азот. Природными фиксаторами азота являются некоторые свободно живущие бактерии и синезеленые водоросли.
  В результате биохимических исследований установлено, что в фиксации азота участвует фермент, называемый нитрогеназой. Специально разработанные способы очистки и спектроскопические исследования позволили выяснить механизм фиксации азота под действием фермента нитрогеназы (рис. 7.12). Возможно, в ближайшем будущем проблема фиксации азота по принципу действия клубеньковых бактерий будет успешно решена в искусственных условиях в больших масштабах.
  В настоящее время развивается еще одно важное направление исследования фиксации азота, с учетом генетической природы растений. Применение генных технологий и разработка новых методов наблюдения и контроля развития и старения растений будут способствовать более полному раскрытию механизма фиксации азота и созданию штаммов, эффективно фиксирующих азот. Весьма важная задача - распространить природную способность фиксировать азот на многие культурные растения, т.е. сделать их самоудобряющимися.
  Роль белков в питании. Основу питательных веществ составляют белки, жиры и углеводы. Если содержание в пище углеводов и жиров - носителей энергии - может быть ограничено, то для белков это недопустимо: они нужны для постоянной регенерации органов и роста организма. Нехватка белков приводит к истощению организма. Необходимая для 314
 
 
 нормальной жизнедеятельности организма человека ежедневная норма потребления белков составляет для взрослых до 1 г, а для детей 2-3г на килограмм массы тела. Ежедневное потребление белков для взрослых - 60 -100 г. Однако эти нормы, рекомендованные специалистами, не всегда выполняются. Например, если в промышленно развитых странах на душу населения в сутки приходится 85-95 г белков, то в слаборазвитых странах - 50 г. Потребность населения в белках постоянно растет (рис. 7.13). Более 60% потребляемых белков имеют растительное происхождение. Семена культурных растений: пшеницы, риса, кукурузы, сои и др. - отличаются повышенным содержанием белков (9 - 20 %).
  Из 20 аминокислот белков, необходимых для жизнедеятельности организма человека, только 12 синтезируются самим организмом. Остальные, в том числе лизин, метионин, и др., должны поступать с пищей, причем содержание их в большинстве растительных продуктов сравнительно невысокое. В то же время по химическому составу белки животного происхождения подобны белкам организма человека, и потребность в некоторых аминокислотах легче удовлетворить за счет мясной пищи. На первый взгляд может показаться, что проблему производства белков можно
 315
 
 легко решить увеличением производства продуктов животноводства. Однако проблема гораздо сложнее: для роста животных требуется огромное количество ценных белков.
  Большие резервы белков сосредоточены в листьях растений. Однако извлечение белков из них требует больших затрат энергии. Для повышения биологической активности в растительные белки вводят недостающие аминокислоты. Например, при добавлении 0,4% лизина к пшеничной муке ее биологическая активность повышается более чем на 50%. В результате генетической операции удалось повысить содержание лизина в белке кукурузы и пшеницы с 2 до 4%. В птицеводстве и свиноводстве применяется обогащенная метионином соевая мука, содержащая сравнительно много белков.
  В последние десятилетия большое внимание уделяется разработке и производству пищевой биомассы с большим содержанием белков. Современные средства биотехнологии позволяют производить искусственные белковые вещества из древесных отходов, нефти и ее продуктов, а также из природного газа. Искусственные белковые питательные вещества широко используются в животноводстве. Разработанные сравнительно недавно методы генной технологии ставят на более высокий уровень биотехнологический процесс производства ценнейших белковых продуктов.
  Одно из важных направлений современной микробиологии связано с повышением питательных и вкусовых качеств пищи. Пища - не только средство для нормальной жизнедеятельности человека, но и источник удовольствия. Однако стремление испытать удовольствие часто приводит к перееданию. По мнению специалистов, во многих развитых странах около 20% мужского и 40% женского населения едят гораздо больше, чем необходимо организму. Установлено, что нормальное потребление человеком сахара в год не должно превышать 18 кг, в то время как в некоторых странах эта цифра достигает 60 кг. Чрезмерное потребление сахара или других продуктов питания губительно влияет на здоровье человека и чаще всего приводит к ожирению. Есть надежда, что микробиологи предложат эффективные средства, позволяющие ограничивать излишнее потребление вкусной и калорийной пищи.
  Перспективы увеличения продовольственных ресурсов. Традиционные способы увеличения продовольственных ресурсов основаны на совершенствовании технологии производства и хранения продуктов питания. В производственном процессе необходимо прежде всего восстанавливать состав и структуру почвы, чтобы сохранять ее плодородие. На всех стадиях производства продуктов питания и при их хранении важную роль играют естественно-научные знания, поскольку они позволяют понять природу микропроцессов в живых системах, изучить влияние на них различных веществ, способствующих увеличению продовольственных 316
 
 ресурсов. К таким веществам относятся гормоны, феромоны, защитные и питательные вещества. Они оказывают активное действие на домашних животных, культурные растения и их естественных вредителей.
  В производстве сельскохозяйственной продукции весьма важна эффективная борьба с вредителями. В недавнем прошлом основное внимание уделялось поиску химических веществ для уничтожения вредных насекомых. Однако их массовое применение приводит к нарушению природного баланса и засорению окружающей среды. Многолетний опыт показал, что рациональнее контролировать воздействие вредных насекомых, а не истреблять их полностью. В результате исследования биохимических процессов в самих организмах стало возможным ограничить наносимый вредителями ущерб такими средствами, которые безопасны для природы даже при их длительном применении.
  Поскольку увеличение продовольственных ресурсов в конечном результате зависит от роста растений, фотосинтез играет ключевую роль в производстве продуктов питания. Фотосинтез - это важнейший естественный процесс, посредством которого зеленые растения, водоросли и фо-тосинтезирующие бактерии используют солнечную энергию для стимулирования химических реакций превращения диоксида углерода и воды в органические соединения с одновременным выделением молекулярного кислорода. При фотосинтезе содержащийся в хлоропластах растений хлорофилл поглощает световую энергию и превращает ее в энергию химических связей органических соединений. Хлорофилл имеет сложную структуру циклического соединения, содержащего атом магния. Одна из разновидностей структуры хлорофилла показана на рис. 7.14.
  Изучение фотосинтеза начинается с 1630 г., когда известный голландский естествоиспытатель Ян Гельмонт (1579-1644) доказал, что растения получают питательные вещества из
 
 воздуха. Проведенный ученым опыт достаточно прост. Взвесив землю в горшке, он посадил в него побег ивы. Через пять лет он взвесил землю и растение. Масса ивы оказалась в несколько раз больше первоначальной, а масса земли изменилась незначительно. Гораздо позднее, в 1771 г. английский химик Джозеф Пристли (1733-1804) сделал еще один важный вывод: благодаря растениям воздух очищается и становится пригодным для дыхания. Такой вывод следовал из поставленного им опыта с мышью, помещенной под гер-
 
 метический колпак. Продолжительность ее жизни заметно увеличивалась, если под колпаком одновременно находилось растение. В процессе дальнейших исследований выяснилось, что растения выделяют кислород, необходимый для жизни многих организмов. Дж. Пристли известен также как ученый, впервые открывший в 1774 г. кислород.
  Клетки растений можно представить в виде химических фабрик, производящих в процессе фотосинтеза углеводородные соединения, составляющие основу растений. Установлено, что энергия, необходимая для фотосинтеза, примерно на две трети обеспечивается излучением в красной и ближней инфракрасной области солнечного спектра. Кроме того, фотосинтез включает взаимодействие многих молекул хлорофилла. При этом, как предполагается, центром фотореакции являются два параллельных хлорофилловых кольца, удерживаемых на близком расстоянии друг от друга водородными связями между аминокислотными группами. Все эти сведения весьма важны для понимания сущности фотосинтеза. Воспроизведение фотосинтеза в лабораторных условиях стало бы величайшим достижением естествознания.
  Фотосинтез - важнейший источник не только продовольственных ресурсов, но и энергии. В результате превращения органического растительного сырья можно получить громадное количество энергии. Благодаря фотосинтезу воздух очищается от углекислого газа, который превращается в весьма ценные органические вещества.
  Средства сохранения здоровья. Лекарственные препараты от различных заболеваний применяются еще с древних времен, но лишь в последние 100 лет благодаря развитию биохимии и микробиологии синтезировано более 95% видов лекарств. Эффективность лечения во многом определяется наличием лекарств. Благодаря эффективным лекарственным препаратам вытеснена чума, возникли перспективы излечения от многочисленных инфекционных заболеваний, резко снизилась детская смертность и т. д.
  В последнее время разработаны новые методы синтеза фармакологически активных соединений и на основании их получены новые эффективные препараты, регулирующие активность ферментов и рецепторов. Участвуя в большинстве химических превращений, происходящих в живых организмах, ферменты действуют через химических посредников, называемых гормонами и медиаторами. Они регулируют химические превращения и в результате управляют важнейшими процессами жизнедеятельности - сокращением мышц, выделением адреналина и др. Вещество, подавляющее активность фермента, называется его ингибитором. Разработанные ингибиторы ферментов весьма эффективны в лечении гипертонии, атеросклероза, астмы и других болезней. 318
 
  Рецепторы - макромолекулы, инициирующие биологические процессы. При активации соответствующими гормонами они распознают и связывают биологически активные молекулы, вступившие в каталитическое и регулирующее взаимодействие. Существует два типа агентов, взаимодействующих с рецепторами: агонисты и антагонисты. Агонисты вызывают биологическую реакцию, а антагонисты ее блокируют. Некоторые агенты могут связываться одновременно с разными рецепторами и, следовательно, участвовать в различных биологических процессах. Например, гистамин, связываясь с H1-рецептором, инициирует аллергические реакции и, активизируя Н2-рецептор, способствует выделению желудочного сока. Избыток желудочного сока раздражает стенки желудка и приводит к язве. Лекарственный препарат циметидин - специфический антагонист Н2-рецептора, подавляющий выделение желудочного сока. Норадреналин - химический агент нервной системы. Он контролирует выделение адреналина и связывается с четырьмя видами рецепторов, ответственных за различные биологические процессы. Соединения-антагонисты эффективны при лечении сердечно-сосудистых заболеваний, рака, расстройства центральной нервной и эндокринной систем.
  В 30-х годах XX в. установлено, что некоторые органические соединения оказывают канцерогенное действие на подопытных животных. Сегодня полагают, что ряд природных и синтетических соединений, содержащихся в окружающей среде, могут способствовать возникновению раковых заболеваний. Различные химические канцерогены образуют кова-лентные связи с клеточными макромолекулами (белками, РНК, ДНК), что и приводит к раковым заболеваниям. При этом происходит злокачественное перерождение клеток, которое связано с изменением структуры ДНК. Открыто более сотни генов, мутации которых способствуют превращению нормальной клетки в опухолевую - это онкогены и гены-супрессоры опухолей. К настоящему времени химики-органики умеют определять последовательность нуклеотидов в нормальном гене и онкогене, а также последовательность аминокислот в белках, кодируемых данными генами, что является весьма важным шагом при разработке терапевтических средств лечения.
  Вначале раковые заболевания пытались лечить ядами, синтезируемыми из природных веществ. В последнее время много новых и клинически эффективных препаратов выделено из микроорганизмов. Некоторые из них взаимодействуют с ДНК пораженных клеток, внедряясь в спиральные нити ДНК. Широко применяемые противораковые средства, известные под названием антиметаболитов, по своей структуре напоминают природные соединения, нарушающие обмен веществ.
  Многие воспалительные болезни вызываются расстройством иммунной системы. Иммунная система противодействует заболеванию орга-
 319
 
 
 низма и вторжению в него посторонних веществ. К настоящему времени установлены ферменты и другие белки, фиксирующие чужеродные тела и координирующие ответную реакцию организма. Клетки плазмы, продуцируемые белыми кровяными тельцами, выделяют в кровь антитела, которые нейтрализуют чужеродные вещества, способные вызывать заболевание. Хотя химическая природа молекул антител известна, но предстоит еще разработать эффективные средства лечения прогрессирующей болезни - синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИДа).
  Иммунная система служит для биосинтеза антител (антигенов) - защитных белков для нейтрализации чужеродных молекул. Определенная последовательность аминокислот белковой цепи задает избирательность ферментов. Формирование активных центров ферментов и их структура во многом определяются действием вводимого антитела. Более 100 каталитических антител успешно применяются для ферментативных реакций. Специалисты считают, что каталитические антитела принадлежат к биокатализаторам нового поколения.
  Серьезную опасность для здоровья человека представляют радионуклиды и тяжелые металлы. Они содержатся в отходах предприятий, выбросах в атмосферу и выхлопах автомобилей, загрязняют почву и воду, накапливаются в живых клетках растений и животных, а оттуда с продуктами питания попадают в организм человека (рис. 7.15). С потоком крови они переносятся по всему организму, оказывая на него вредное воздействие. Так, тяжелые металлы замедляют рост и умственное развитие детей,
 320
 
 вызывают болезни нервной системы, почек и печени. Радионуклиды вызывают повреждения в наследственном веществе, снижение иммунитета, онкологические заболевания.
  После аварии на Чернобыльской АЭС активизировался поиск препаратов, очищающих организм человека от радиоактивных атомов. Была поставлена задача разработать препараты, способные образовывать прочные соединения с радиоактивными изотопами, которые потом легко выводятся из организма. Один из таких препаратов, как следует из источника периодической печати, был найден в альгинатах - продуктах переработки бурых морских водорослей, которые очищают воду океана от тяжелых металлов, лишних солей, радиоактивных изотопов. Синтезированный в нашей стране препарат альгисорб способен очищать организм человека от радиоактивных изотопов, не нарушая обмена веществ, не вызывая аллергических реакций и не влияя на наследственность.
 7.11. ПРОДЛЕНИЕ ЖИЗНИ ОРГАНИЗМА
  Общие сведения. Старение любого организма, в том числе организма человека, воспринимается чаще всего как естественный и неизбежный процесс. Средняя продолжительность жизни человека 55 - 85 лет, а в развитых странах - около 70. Человек может жить 100 лет и более, и такие случаи не редкость, например, в селениях горного Кавказа. Это означает, что потенциальные возможности долголетней жизни пока не исчерпаны. Проблема продления жизни организма актуальна и по сей день, и ее решением занимаются геронтологи, медики, биохимики, психологи и другие ученые многих стран.
  Предполагается, что процесс старения обусловлен нарушением ферментативных реакций, вызываемым различными отклонениями в гормональной системе организма. Современные медицинские средства позволяют корректировать работу гормональной системы и, казалось бы, успешно решать проблему продления жизни. Однако это оказалось не так уж просто.
  Первые систематические опыты по выявлению влияния различных
 факторов на продолжительность жизни проводились на подопытных дро
 зофилах и дафниях. Установлено, что при ограничении содержания пита
 тельных калорий в качественной и разнообразной пище продолжитель
 ность их жизни увеличивается в 3-3,5 раза. При точной дозировке бел
 ков в пище, составляющей около 14%, удваивается средняя продолжи
 тельность жизни крыс. Продлению жизни способствуют аминокислоты
 (цистин), некоторые витамины, анаболические стероиды, необходимые
 для синтеза белков в организме, и т.п.
 21 - 3290 321
 
  Целенаправленные опыты применения разнообразных биохимических препаратов помогают выявить физико-химическую и биологическую природу механизма старения организма, синтезировать препараты, селективно влияющие на организм, т.е. продлевающие жизнь отдельным органам: печени, сердцу, мозгу и т.п. Важнейшим результатом подобных опытов будет синтез универсального препарата против старения.
  Энтропийный характер старения. С давних времен ученые пытаются раскрыть механизм старения и найти способы его предотвращения. Однако до сих пор многое остается загадкой, хотя кое-что удалось выяснить совсем недавно.
  Иногда встречаются весьма необычные люди. Они могут долгое время находиться без сна, не подвергаться действию опасных вирусов и т.п. Однако нет человека, неподвластного старению. Всем известно, что все живое стареет и в конце концов умирает, т.е. переходит в другую форму материи. Стареют, ветшают и приходят в непригодность даже объекты неживой природы: здания, мосты, машины и т.п. Может показаться удивительным - металл тоже стареет. Все это наводит на мысль: старение - это неизбежный, необратимый процесс, общий для живой и неживой природы.
  В соответствии со вторым началом термодинамики любой реальный процесс необратим и сопровождается возрастанием энтропии. Энтропия - это мера хаоса, беспорядка. Значит, любой реальный естественный процесс, в том числе и старение, приводит к возрастанию хаоса. В результате старения нарушается упорядоченная взаимосогласованная работа элементов живой системы. Именно в этом смысле можно говорить об энтропийном характере старения объектов живой природы.
  Разрушение происходит само собой, а процессы развития и созидания требуют затрат энергии. Для создания и поддержания устойчивого существования любой упорядоченной структуры необходим приток энергии. Живые организмы относятся к открытым термодинамическим системам: растения поглощают солнечную энергию, в результате чего образуются органические вещества, при потреблении которых организмы животных обеспечивают себя энергией. При этом живые объекты находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, являясь тем самым своеобразным источником рассеяния энергии. На определенной стадии развития поглощенная открытой системой энергия приводит к ее самоусложнению, а в ряде случаев и к совершенствованию.
  Образуя все более сложную структуру и накапливая информацию, живые системы стремятся предотвратить необратимое рассеяние энергии и тем самым противостоять возрастанию энтропии не только в окружающей их среде, но и во Вселенной в целом, т.е. противостоять старению. Такое противостояние можно представить как единство и борьбу проти-322
 
 воположностей, т.е. как проявление диалектического закона природы, предписанного генетической программой, неоднократно воспроизводимой живым организмом и передаваемой следующим поколениям.
  Механизм старения и продолжительность жизни. В утверждении "все живое подвержено старению" содержится некоторая неточность. Что происходит, когда живая клетка или бактерия в процессе размножения делится пополам? Живая клетка при этом не стареет и не погибает, а дает начало другим клеткам, которые в свою очередь снова делятся и т.д., т.е. она остается фактически бессмертной. Вопрос о старении одноклеточных организмов и непрерывно делящихся клеток, например половых или опухолевых, до сих пор остается открытым. В конце XIX в. немецкий зоолог Август Вейсман (1834-1914) предложил идею о бессмертии бактерий. Многие ученые согласны с ней и сегодня, другие подвергают ее сомнению. При этом те и другие приводят определенные аргументы.
  В многоклеточных организмах значительная часть клеток не может постоянно делиться - они выполняют другие функции: обеспечивают движение, питание, управление различными процессами и т.п. Противоречия между функциональной специализацией клеток и их бессмертием природа разрешила путем разделения клеток на два типа: соматические и половые. Соматические клетки поддерживают жизнедеятельность в организме, а половые делятся, обеспечивая продолжение рода. Соматические клетки стареют и умирают, половые же практически вечны. Существование огромных и сложных многоклеточных организмов, содержащих множество соматических клеток, направлено на поддержание бессмертия половых клеток.
  Каков же механизм старения соматических клеток? Установлено, что каждая из них способна делиться не более 50 раз. Постепенное старение всего организма обусловлено тем, что его соматические клетки исчерпывают отпущенное на их долю число делений, после чего клетки стареют и погибают. Возможны случаи, когда соматические клетки, нарушая такое правило, делятся непрерывно, воспроизводя свои копии. Однако подобное деление ни к чему хорошему не приводит - ведь именно так появляется в организме опухоль, часто приводящая к гибели всего организма.
  Еще в начале XX в. физиологи обратили внимание на то, что крупные млекопитающие живут дольше, чем мелкие. Например, мышь живет 3,5 года, собака - 20 лет, слон - 70. Такая зависимость объяснялась разной интенсивностью обмена веществ. Средняя суммарная затрата энергии на единицу массы тела у разных млекопитающих в течение жизни примерно одинакова - 200 ккал/г. Каждый вид способен потреблять лишь определенное количество энергии и, исчерпав ее, погибает.
  Интенсивность обмена веществ и общее потребление кислорода зави
 сят от размера животного. Чем больше интенсивность обмена веществ,
 21* 323
 
 тем меньше продолжительность жизни. Малая масса тела и высокий обмен веществ обусловливают небольшую продолжительность жизни. Однако из этого простого правила существует немало исключений. В частности, суммарные затраты энергии, приходящиеся на единицу массы тела человека, очень велики, а продолжительность его жизни в четыре раза больше, чем должна бы быть при соответствующем таким затратам обмене веществ. Как выяснилось сравнительно недавно, причина заключается в одном важном факторе, определяющем продолжительность жизни, - парциальном давлении кислорода. Концентрация кислорода в воздухе - около 21%. Ощутимое ее изменение приводит к гибели живых организмов. То, что нехватка кислорода губительна для живого, известно многим, а вот об опасности его избытка знают немногие. Чистый кислород убивает лабораторных животных в течение нескольких дней, а при давлении 2-5 атм такой срок сокращается до часов и минут.
  Сама по себе молекула кислорода и продукт ее полного восстановления - вода - не токсичны. Однако восстановление кислорода сопровождается образованием повреждающих клетки продуктов: супероксидного анион-радикала, пероксида водорода и гидроксильного радикала. Их называют активными формами кислорода. На их образование расходуется около 5% потребляемого организмом кислорода. Ферменты снижают вредное действие активных форм на клетки. Основную роль при этом играет фермент супероксиддисмутаза, превращающий супероксидные анион-радикалы в более безобидный пероксид водорода и в молекулярный кислород. Пероксид водорода разрушается другими ферментами - ката-лазой и пероксидазами.
  Известна и положительная роль активных форм кислорода - они способны защищать организм от микробов и даже от некоторых опухолей. Но все же их повышенное содержание приводит к разрушению клеток. Результаты исследований последнего времени показали, что скорость образования активных форм кислорода замедляется углекислым газом, содержащимся в крови. Это означает, что для жизнедеятельности организма необходим и углекислый газ, предотвращающий разрушение клеток.
  Выяснение механизма обезвреживания активных форм кислорода способствовало пониманию некоторых проблем радиобиологии, онкологии, иммунологии и т. д. Родилась свободнорадикальная теория старения, в соответствии с которой возрастные изменения в клетках обусловливаются накоплением в них повреждений, вызываемых свободными радикалами - осколками молекул с неспаренными электронами, обладающих повышенной химической активностью. Свободные радикалы могут образовываться в клетках под действием радиации, некоторых химических 324
 
 реакций и перепадов температуры. Но все же главный источник свободных радикалов - восстановление молекул кислорода.
  Накопление возрастных изменений в клетках зависит от соотношения двух процессов: образования свободных радикалов и их обезвреживания с помощью супероксиддисмутазы - "фермента антистарения". Количество свободных радикалов, образующихся в клетке, вероятно, возрастает с повышением уровня потребления кислорода или интенсивности обмена веществ. Предполагается, что продолжительность жизни животных и человека зависит от отношения активности супероксиддисмутазы к интенсивности обмена веществ. Высокий уровень активности "фермента антистарения" защищает человека и некоторых животных с интенсивным обменом веществ от преждевременного старения.
  Поиск средств против старения. Новое представление о механизме старения позволяет объяснить некоторые факты, хорошо известные геронтологам - ученым, изучающим проблемы старения живых организмов. Например, почему животные, которых кормили малокалорийной, но сбалансированной пищей, живут дольше, чем те, что питались вдоволь? Ответ простой - потому что ограниченное питание уменьшает интенсивность обмена веществ и соответственно замедляет накопление повреждений в клетках. Большая продолжительность жизни женщин (в среднем на 10 лет) связана с более низкой интенсивностью обмена веществ. Феномен долгожительства в горных районах также объясняется меньшей интенсивностью обмена веществ у людей, живущих в условиях с пониженным содержанием кислорода.
  Разный срок отпущен клеткам внутри одного организма человека: чем больше в клетках антиоксидантов, тем меньше степень их повреждения активными формами кислорода, тем дольше они живут. Поэтому некоторые клетки крови живут несколько часов, а другие - несколько лет. Наблюдения показали, что изменения в организме при естественном старении и действии радиации похожи. Оказалось, что при действии радиации происходит разложение воды с образованием активных форм кислорода, повреждающих клетки.
  Результаты исследований последнего времени позволили выработать стратегию поиска средств против старения. Так, удалось увеличить в полтора раза жизнь лабораторных животных, вводя в их рацион сильные ан-тиоксиданты. Введение антиоксидантов типа супероксиддисмутазы защищает их от токсичного действия кислорода и способствует увеличению продолжительности их жизни. Это вселяет надежду на то, что анти-оксиданты можно использовать как эффективное средство против старения человека. Установлено, что из множества антиоксидантов, содержащихся в продуктах питания и с помощью которых можно усилить
 325
 
 защиту организма от старения и болезней, особенно важны витамины А, С, Е и микроэлемент селен.
  В современном понимании процесс старения запрограммирован генетически, поэтому проблема продления жизни организма должна решаться современными средствами молекулярной биологии и генных технологий. Предполагается, что в старении повинны полифункциональные соединения в виде продуктов обмена веществ, например яблочной, янтарной и фу-маровой кислоты, а также радикалов. Между двумя молекулами этих веществ возникают мостиковые связи, что приводит к накоплению дефектных белков и функциональному нарушению работы клеток, а в результате - к старению организма. В соматических клетках ферменты репарации (ремонта) ДНК испытывают отклонения от нормального функционирования гораздо чаще, чем в половых клетках, поэтому старению прежде всего подвергаются нейроны, клетки печени, сердечной мышцы и т.п.
  Чем больше отклонений в работе клеток и вызывающих их факторов, тем быстрее проходит процесс старения. Известно, что свободные радикалы приводят к существенным отклонениям в работе ферментов репараций. Поэтому разработка ингибиторов свободных радикалов - одно из важнейших направлений в решении проблемы продления жизни организма. Но все же наиболее эффективный способ предотвращения старения заключается в исправлении программы, заложенной в геноме организма.
  Возрастное ослабление организма обусловливается ухудшением работоспособности составляющих его клеток. Почему с возрастом активность клеток уменьшается? Исследования показали, что с каждым клеточным делением уменьшаются теломеры - особые хромосомные структуры, расположенные на концах клеточных хромосом. Такое уменьшение теломеры приводит к старению клеток. Проведенный в 1997 г. в США и Канаде эксперимент по искусственному удлинению теломер в клетках in vitro дали удивительный результат: клетки обрели способность многократно делиться, полностью сохраняя свои нормальные свойства. Очень важно, что клетки, обретя потенциальное бессмертие, не стали раковыми и не вызывают опухолей. В последние годы обнаружен клеточный фермент - теломераза, способствующий наращиванию концов хромосом - теломер, которые неизбежно укорачиваются при рождении клеточных поколений. Появились сообщения о том, что в организме человека теломеры хромосом могут удлиняться без участия теломеразы.
  По оценкам специалистов, в настоящее время на земном шаре живут примерно 100 000 человек в возрасте свыше ста лет. Проводятся целенаправленные эксперименты, обсуждаются различные мнения и гипотезы - все это дает возможность с оптимизмом утверждать: если не нынешнее, то грядущее поколение воспользуется плодами кропотливых и сложнейших экспериментов, которые позволят продлить жизнь человеку до 100, 200 лет и более. 326
 
 7.12. ФОРМИРОВАНИЕ НООСФЕРЫ
  Появление научной мысли в биосфере в перспективе неизбежно полностью ее видоизменит. В сочетании с трудовой деятельностью человека мысль становится неведомой до этого геологической силой, способной преобразовать вместе с биосферой весь поверхностный слой Земли. Носитель земного разума - человек - с нарастающим темпом воздействует на биосферу, активно захватывая все занимаемое ею пространство, меняя облик земной поверхности. По убеждению академика В.И Вернадского, преобразование биосферы грядет неизбежно и необратимо. Такая точка зрения была высказана им в начале 30-х годов XX в. и со скептицизмом воспринята научным сообществом тех лет. Ученый назвал трансформированную биосферу ноосферой. Под ноосферой он понимал не выделенный над биосферой "мыслящий пласт", а качественно новое ее состояние. Известны и более ранние переходы биосферы в подобные состояния, сопровождавшиеся почти полной ее перестройкой. Но современный переход представляет собой нечто особенное, ни с чем не сравнимое.
  Свой анализ процесса трансформации биосферы в ноосферу В.И. Вернадский заканчивал следующими обобщениями.
  - Ход научного творчества является той силой, при помощи которой
 человек меняет биосферу. Изменение биосферы после появления в ней че
 ловека - неизбежное явление, сопутствующее росту научной мысли.
  - Изменение биосферы не зависит от человеческой воли, оно сти
 хийно, как природный естественный процесс.
  - Научная работа человечества есть природный процесс, сопровож
 даемый переходом биосферы в новое, более упорядоченное состоя
 ние - ноосферу.
  - Такой переход выражает собой "закон природы". Поэтому появ
 ление в биосфере рода Homo (человека) есть начало новой эры в истории
 планеты.
  - Человек может рассматриваться как определенная функция био
 сферы, в определенном ее пространстве-времени. Во всех своих проявле
 ниях человек составляет определенную закономерную часть биосферы.
  - Взрыв научной мысли в XX столетии подготовлен всем прошлым
 биосферы и имеет глубочайшие корни в ее строении. Он не может остано
 виться и пойти назад. Биосфера же неизбежно, рано или поздно, перейдет
 в ноосферу. И в истории народов, населяющих планету, произойдут нуж
 ные для этого события, а не события, этому противоречащие.
  Что можно сказать по поводу перехода биосферы в ноосферу с точки зрения современной концепции развития? Во-первых, процесс трансформации биосферы - это объективная реальность. Мы все, живущие на Земле, язляемся свидетелями и в определенной мере участниками этого пере-
 327
 
 ходного процесса, даже если не отдаем себе отчета в характере происходящего. Процесс преобразования биосферы начался не вчера и завершится не завтра. По человеческому масштабу времени трансформация растянута на несколько поколений, но в геологическом измерении она мгновенна и ее следует рассматривать как скачок в развитии биосферы. Во-вторых, в основе современных представлений об этом процессе лежит предложенная В.И. Вернадским концепция формирования ноосферы.
 Контрольные вопросы
  1. С возникновением каких основополагающих жизненных систем произошел пере
 ход неживой материи к живой?
 2. Какие функции выполняют молекулы ДНК?
 3. Каковы структура и состав молекул ДНК?
 4. Как образуется генетический код? Каковы его основные свойства?
 5. Каковы структура и функции белков?
 6. Почему клетку считают живым организмом?
 7. Из чего состоят клетки?
 8. Чем отличается растительная клетка от клетки животных?
 9. На какие группы делятся все организмы в зависимости от типа клеток?
 
 10. При каких условиях зарождалась жизнь на Земле?
 11. Какова роль соединений углерода при образовании живых систем?
 12. В чем заключается химическая эволюция?
 13. Какова роль фотосинтеза в зарождении многоклеточных организмов?
 14. Охарактеризуйте кратко предпосылки для развития эволюционной идеи.
 15. В чем заключается сущность эволюционной идеи Дарвина?
 16. В чем заключалась основная идея Менделя о наследственности?
 17. Что такое искусственный отбор?
 18. Какова взаимосвязь целенаправленных действий и естественного отбора?
 19. Дайте краткую характеристику эволюции жизни в разные геологические эры.
 20. Охарактеризуйте основные разновидности растений и животных.
 21. Каковы особенности растительного и животного мира?
 22. Назовите основные типы адаптаций живых организмов.
 23. В чем заключаются физиологические особенности человека?

<< Пред.           стр. 10 (из 16)           След. >>

Список литературы по разделу