§ 2. Практическое значение биологических знаний

Вопрос 1. Что такое научная картина мира?

Научная картина мира — это система представлений человека о свойствах и закономерностях реально существующего мира, построенная в результате обобщения научных знаний и принципов.

Вопрос 2. В каких направлениях развивается современная биологическая наука?

Выделяют три основных направления развития современной биологии.

Классическая биология. Сюда относят учёных — натуралистов, изучающих многообразие живой природы. Они объективно наблюдают и анализируют всё, что происходит в живой природе, изучают живые организмы и классифицируют их.

Эволюционная биология. Основоположник теории естественного отбора Чарлз Дарвин (1809 — 1882 г.) начинал как обычный натуралист: он путешествовал, наблюдал, описывал и коллекционировал живые организмы. Впоследствии он обобщил этот материал и результатом его работы стала теория, объясняющая разнообразие жизни на нашей планете, сделавшая его известным учёным. Изучение эволюции живых организмов активно продолжается учеными — эволюционистами и по сей день, а синтез эволюционной теории и генетики привёл к созданию так называемой синтетической теории эволюции. Благодаря применению передовых физико — химических методов также сделаны важные открытия о происхождении жизни на нашей планете. Новые открытия позволили дополнить теорию антропогенеза (происхождения человека). Исследования в этом направлении продолжаются.

Физико — химическая биология — это новое быстро развивающееся направление биологии, важное как в теоретическом, так и в практическом отношениях. Открытия, сделанные в этом направлении, позволят решить многие глобальные проблемы, стоящие перед человечеством (производство продуктов питания, поиск новых источников энергии, охрана окружающей среды и др.).

Вопрос 3. Почему мы можем с уверенностью говорить о взаимосвязи и взаимозависимости естественных наук?

Одной из закономерностей развития естествознания является взаимодействие, взаимозависимость естественных наук, взаимосвязь всех отраслей естествознания. Наука, таким образом, единое целое.

Например, один предмет одновременно изучается несколькими науками (например, изучение человека). Взаимозависимость проявляется в использовании одной наукой знаний, полученных другими науками, например, достижения физики тесно связаны с развитием астрономии, химии, минералогии, математики и используют знания, полученные этими науками.

Методы одной науки используются для изучения объектов и процессов другой. Чисто физический метод — метод «меченых атомов» широко применяется в биологии, ботанике, медицине и т. д. Электронный микроскоп используется не только в физике: он необходим и для изучения вирусов. Явление парамагнитного резонанса находит применение во многих отраслях науки. Во многих живых объектах природой заложены чисто физические инструментарии, например, гремучая змея имеет орган, способный воспринимать инфракрасное излучение и улавливать изменения температуры на тысячную долю градуса; у летучей мыши есть ультразвуковой локатор, позволяющий ей ориентироваться в пространстве и не натыкаться на стены пещер, где она обычно обитает; мыши, птицы и многие животные улавливают инфразвуковые волны, распространяющиеся перед землетрясением, что побуждает их покидать опасный участок; буревестник же, наоборот, воспринимая волны низкой, инфразвуковой частоты, «гордо реет» над простором моря и т.д.;

Взаимодействие осуществляется через технику и производство, осуществляемое там, где используются данные нескольких наук, например, в приборостроении, кораблестроении, космосе, автоматизации, военной промышленности и т.д.

Вопрос 4. Что понимают под биологической грамотностью?

Биологическая грамотность в целом — это важнейший инструмент для достижения более сбалансированного развития общества. Она — основа сохранения здоровья; естественнонаучного мировоззрения, определяющего биосферное понимание существования и развития жизни на планете, а также развитие инновационной экологосбалансированной экономики. Согласно этому определению биологическая грамотность определяется как способность самостоятельно и своевременно применять биологические знания, адаптироваться к изменениям, нести ответственность за принятые решения, прогнозировать последствия для сохранения жизни как феномена, природы, здоровья человека.

Вопрос 5. Подготовьте краткое сообщение о влиянии естественных наук в целом и биологии в частности на окружающую среду, экономическую, технологическую, социальную и этическую сферы деятельности человека. Оформите сообщение в виде презентации.

Достижения естественных наук в целом повлияли на окружающую среду с одной стороны благотворно, а с другой — пагубно. Например, химия помогает при изучении действий природы, ее активности и внутренних процессов, раскрывая при этом внутреннюю среду веществ и понимая ситуацию действий природы изнутри, тем самым имея возможность в каких — либо мерах воздействовать на неё; изменились технологии многих отраслей с развитием химии, с помощью химии удешевляется конечный продукт, что экономически выгодно, и т.д. Но в то же время синтетические соединения, попадая в природу, годами не разлагаются, тем самым возникает проблема загрязнения окружающей среды. Создание биологического и химического оружия затрагивают этическую сферу деятельности человека.

Знания физики процессов, происходящих в природе, постоянно расширяются и углубляются. Большинство новых открытий вскоре получают технико — экономическое применение (в частности в промышленности).

Физические открытия применяются на практике. Так, исследования в области электромагнетизма привели к появлению телефонов и позже мобильных телефонов, открытия в термодинамике позволили создать автомобиль, развитие электроники привело к появлению компьютеров. Развитие фотоники способно дать возможность создать принципиально новые — фотонные — компьютеры и другую фотонную технику, которые сменят существующую электронную технику. Развитие газодинамики привело к появлению самолётов и вертолётов. Тем самым экономическая и технологическая сферы не «стоят на месте», развиваются. Уровень жизни людей, их благосостояние в некоторых странах повысилось или повышается благодаря внедрению в промышленность новых физических открытий. Но вместе с тем такие открытия влияют на окружающую среду (загрязняют её), в загрязненной окружающей среде люди стали чаще болеть, уменьшился возрастной порог обнаружения многих тяжелых заболеваний; люди стали зависимыми от компьютеров, интернета, различных гаджетов.

Достижения астрономии, геологии, географии показали нам, где мы есть во Вселенной, ее строение, строение Земли и закономерности развития последней. Знания этих дисциплин расширили экономический и технический потенциал многих стран. Возникают новые проекты между странами в разных сферах деятельности (от сельского хозяйства до полетов в космос).

Благодаря достижениям биологии промышленным путем получают медицинские препараты, витамины, биологически активные вещества. Открытия, сделанные в генетике, анатомии, физиологии и биохимии, позволяют поставить больному человеку правильный диагноз и выработать эффективные пути лечения и профилактики различных болезней, в том числе и тех, которые раньше считались неизлечимыми. Возросла средняя продолжительность жизни, в сравнении с прошлыми веками.

Благодаря знанию законов наследственности и изменчивости ученые — селекционеры получили новые высокопродуктивные породы домашних животных и сорта культурных растений. Это экономически выгодно. На основе изучения взаимоотношений между организмами созданы биологические методы борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур.

Изучение строения и принципов работы различных систем живых организмов помогли найти оригинальные решения в экономической и технологической сферах (например, в технике и строительстве).

Благодаря достижениям биологии все большее значение приобретает новое направление материального производства — биотехнология. Уже сейчас она оказывает значительное влияние на решение таких глобальных проблем, как производство продуктов питания, поиск новых источников энергии, охрана окружающей среды (например, очистка сточных вод, переработка отходов) и др.

Биологические достижения идут в разрез с этической стороной вопроса клонирования животных и человека.

Вопрос 6. Подготовьте презентацию об интересующей вас профессии. В презентации раскройте возможные её связи с биологией.

Например, профессия инженер — робототехник. Он создает робота. Он исходит из того, какие задачи робот будет решать, продумывает механику, электронную часть, программирует его действия. Такая работа — не для одиночки — изобретателя, инженеры — робототехники работают в команде.

Но робота нужно не только изобрести и разработать. Его нужно обслуживать: управлять работой, следить за «самочувствием» и ремонтировать. Этим также занимается робототехник, но специализирующийся на обслуживании.

В основе современной робототехники находятся механика, электроника и программирование. Но, возможно, со временем для изготовления роботов будут широко использовать био — и нанотехнологии.

Робототехники работают в конструкторских бюро авиации и космонавтики. Например, в НПО им. С.А. Лавочкина. В научно — исследовательских центрах разной направленности (космос, медицина, нефтедобыча и пр.). В компаниях, специализирующихся на роботостроении.

Важными качествами в профессии робототехника являются интерес к точным наукам и инженерному делу, аналитический склад ума, хорошо структурированное мышление в сочетании с богатым воображением.

По существу, робототехник — это универсальный специалист: инженер, программист, кибернетик в одном лице. Ему необходимо знание механики, программирования, теории автоматического управления, теории проектирования автоматических систем. Очень важны навыки конструирования, умение работать руками, например, пользоваться паяльником.

Разработка роботов немного связана с биологией. В создании тех или иных роботов инженеры не придумывают ничего нового: строение, движение роботов основано на наблюдениях за особенностями многих живых организмов.

Способы движения порой довольно чётко копируют то, что встречается в природе. Например, робот может летать, подобно стрекозе, бегать по стене, словно ящерица, ходить по земле, словно человек и пр. Существует ряд разработок роботов, перемещающихся подобно змеям, червям, слизням. Летающими роботами используются методы движения, подобные тем, что используют пингвины, скаты, медузы; или используют методы полёта, присущие насекомым, как, например, RoboBee. Роботы, перемещающиеся на четырёх конечностях, продемонстрировали бег, перемещение рысью, аллюром, скачками.

Вопрос 7. Напишите эссе на тему «Моя биологическая грамотность» (как вариант «Зачем нужна человеку биологическая грамотность»).

В 21 веке человеческая цивилизация столкнулась с проявлениями системного кризиса в социальной, экономической, геополитической сферах. Проблемой, обостряющей все остальные, является надвигающийся глобальный экологический кризис, достигший последних биосферных границ, вызванный расточительным потреблением природных ресурсов и разрушением среды обитания всего живого, что ставит под угрозу существование человечества, здоровье и жизнь самого человека.

Это случилось потому, что люди, стремясь обеспечить себя удобствами, забыли о природе, о последствиях, которые изменят нашу окружающую среду. Биологической грамотность необходима гражданам в повседневной и профессиональной жизни (научные исследования (в том числе и гуманитарные) требуют включения знаний биологии).

Биологическая грамотность нужна любому человеку, даже если он в будущем выберет специальность небиологического профиля. Именно эти люди (не биологи), не обладающие необходимыми знаниями в области биологии и экологии, представляет потенциальную группу будущих специалистов (экономисты, юристы, администраторы, политики и др.), ответственных за принятие социально и биосферно значимых решений на всех уровнях вплоть до государственного. Эти люди могли бы в свое время предотвратить многие экологические проблемы и не довести биосферу до состояния кризиса.

Биологическая грамотность дополняет и расширяет формирование того мировоззрения, которое формируется у школьников и выпускников ВУЗов, для дальнейшего его использования.

Полагаем, что биологически грамотный специалист должен видеть не только социальную систему (предприятие), а социоприродную — «предприятие — природа города, региона, планеты» в комплексе природных связей, географических показателей, здоровья населения, природных ресурсов и так далее.

Биологически грамотный человек, познавая и осваивая мир, по моему мнению, должен быть способен прогнозировать свою деятельность и ее последствия в социоприродном окружении; применять биологические знания в повседневной и профессиональной жизни, обеспечивая развитие и безопасность личности, человечества, сохранение здоровья, поддержку жизненных ресурсов для существования и воспроизведения жизни на планете.

Вопрос 8. К каким последствиям может привести отсутствие биологической грамотности у:

1) врача;

— нанесение вреда здоровью пациентам, инвалидность людей, смерть.

2) директора атомной электростанции;

— аварии на АЭС, утечка радиоактивных веществ, заражение окружающей среды, гибель людей, животных и т. д.

3) продавца продуктов питания;

— реализация непроверенного товара, заражение хороших продуктов от испорченных (несвоевременное изъятие), отравления людей от просроченных продуктов и др.

4) аквалангиста — любителя.

— уничтожение флоры и фауны водных акваторий, различного рода ранения (кораллами, морскими ежами), смерть человека, который не разбирается, что опасно под водой, а что нет.

Свой ответ обоснуйте.

Биологическая грамотность нужна во всех сферах деятельности человека. Живое окружает нас повсюду, и мы всегда делаем выбор: поступать, как правильно, или поступать, как нам выгодно (или «и так сойдет»).

Вопрос 9. Выясните, кто из ваших знакомых имеет профессию, связанную с биологией. Каково их мнение о своей профессии? Почему они её выбрали?

Например, мамина подруга работает учителем в школе. Конечно, профессия сложная, требующая много терпения, ответственная, появляется много трудностей в процессе обучения, также нужно найти общий язык с детьми и их родителями. Профессия эта не высоко оплачиваемая, но маминой подруге она нравиться, потому что дети от нее узнают много нового о природе: растениях, животных, окружающей среде. Строение человека и жизнедеятельность нашего организма также интересны и занимательны для учеников. Она проводит много биологических исследований и опытов со школьниками, которые помогают им в познании природы, в выборе дальнейшей профессии, помогают понимать ситуацию окружающей среды на данном этапе развития промышленности и т. д. Для учителя биологии иногда бывает очень трудно заложить в детях интерес к биологии и анатомии, ведь это очень важно для будущих поколений.

Выбрала она эту профессию, потому что ей нравится биология, нравиться рассказывать и увлекать детей всеми знаниями, которыми обладает эта наука. Биология по — настоящему увлекательный предмет.

Вопрос 10. Подготовьте презентацию об использовании прикладных биологических наук в медицине. (Используйте информацию для презентации)

Прикладными считаются науки, ориентированные на практическое применение знаний, полученных в науках фундаментальных; они служат непосредственно нуждам общества.

Прикладными биологическими науками являются:

селекция — это наука, направленная на выведение новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.

Селекция направлена на получение организма с нужными свойствами. В здравоохранении селекция — это, в первую очередь, получение микроорганизмов — бактерий нужного направления. Многие из них продуцируют десятки видов органических веществ — аминокислот, белков, антибиотиков, витаминов, липидов, нуклеиновых кислот, ферментов, пигментов, сахаров, которые проще всего получить именно с помощью бактерий. Ученые размножают нужные штаммы микроорганизмов с помощью выбора метода селекции, создания определенных условий среды и питания.

При использования методов генной инженерии можно заставить бактерии и другие микроорганизмы продуцировать те соединения, синтез которых в естественных природных условиях им никогда не был присущ (например, гормоны человека и животных, биологически активные соединения).

Часто прибегают к трансдукции (перенос гена из одной бактерии в другую посредством бактериофагов), трансформации (перенос ДНК, изолированной из одних клеток, в другие) и амплификации (увеличение числа копий нужного гена).

Например, у многих микроорганизмов гены биосинтеза антибиотиков или их регуляторы находятся в плазмиде, а не в хромосоме. Поэтому увеличение числа этих плазмид путем амплификации позволяет существенно повысить выход антибиотиков.

клеточная инженерия — занимается пересадкой клеточных ядер, получением гибридных клеток в результате объединения клеток организмов разных видов, выращиванием тканей и органов в лабораторных условиях, выращиванием целого организма из соматических клеток, клонированием — выращиванием нового организма из яйцеклетки с заменённым ядром.

С помощью гибридных соматических клеток, полученных от клеток человека и мыши и человека и китайского хомячка, была проделана важная для медицины работа по картированию генов в хромосомах человека. Гибриды между опухолевыми клетками и нормальными клетками иммунной системы (лимфоцитами) — т. н. гибридомы — обладают свойствами обеих родительских клеточных линий. Подобно раковым клеткам, они способны неограниченно долго делиться на искусственных питательных средах (т. е. они «бессмертны») и, подобно лимфоцитам, могут вырабатывать моноклональные (однородные) антитела определённой специфичности. Такие антитела применяют в лечебных и диагностических целях, в качестве чувствительных реагентов на различные органические вещества и т. п.

генная инженерия — занимается пересадкой генов в организм другого вида с целью приобретения ими новых качеств;

технологии, приемы и методы генной инженерии позволяют получать рекомбинантные РНК и ДНК; выделять гены из организма (клеток); осуществлять манипуляции с генами и вводить их в другие организмы.

Например, свойства любого организма (цвет лепестков/шерсти/волос, способность усваивать глюкозу, возможность вырасти до 2 метров и т. д.) зависят от белков. Белки кодируются определенными генами. Ген можно «вырезать» из ДНК какого — либо организма ферментами или, зная последовательность аминокислот в нужном белке, собрать ген этого белка из отдельных нуклеотидов, затем «вставить» его в ДНК бактерии (растения, животного), которая начнет производить заданный белок. Таким образом получают инсулин, столь необходимый больным сахарным диабетом, в основном он синтезируется бактериями, которым перенесен соответствующий ген.

биотехнология — это прикладная наука, которая разрабатывает и внедряет в производство промышленные методы с использованием живых организмов и биологических процессов.

Биотехнология занимается модификацией клеток растений на генном уровне. В частности, создаются продукты с повышенным содержанием протеина, витаминов, микроэлементов. Употреблении таких продуктов позволит избежать многих заболеваний, которые угрожают человечеству.

Применение инновационных знаний биотехнологической науки в медицине позволяет разрабатывать уникальные продукты питания, обогащенные питательными компонентами и очищенные от негативных веществ. К примеру, в области генной инженерии специалисты в данный момент работают над созданием особого сорта злаковых культур с повышенным содержанием протеина. Также при производстве некоторых продуктов успешно применяются знания, которые дают возможность извлекать высокоаллергенные виды белка.

Знания в сфере биотехнологии широко применяются в медицине при производстве фармакологических препаратов. Последние разработки ученых позволили найти новейшие лекарства, которые позволяют преодолеть тяжелые заболевания.

Наиболее яркий пример использования биотехнологических знаний в медицинской науке — антибактериальные, противогрибковые, гормоносодержащие лекарственные средства. Ученым за десятки лет удалось разработать несколько десятков тысяч эффективных антибиотиков, которые позволяют успешно бороться с инфекционными процессами, не вызывая формирования резистентности микроорганизмов к компонентам препаратов.

Кроме того, владение информацией о влиянии бактериальных культур на рост злокачественных опухолей позволило специалистам разработать препарат, подавляющий развитие онкологического процесса в организме. Таких лекарством является Блеомицин. Он создан на основе микроорганизма Streptomyces verticilliis, имеющего гликопептидную природу. Компоненты препарата проникают внутрь опухолевых клеток и способствуют нарушению процесса изменения РНК и ДНК.

Для устранения заболеваний печени биотехнологами был разработан препарат на основе аминокислот, глутамата и аспартата. Сочетание компонента с натрием и калием позволяет влиять на функции сердца, поджелудочной железы.