1. Уровни организации и факторы эволюции живой природы
Выделяются следующие уровни организации живой природы:
молекулярно-генетический уровень – на данном уровне организации жизни элементарной единицей являются гены, несущие в себе коды наследственной информации. Основные структуры на этом уровне представлены молекулами ДНК и РНК. В процессе синтеза белков генетический код переносится с молекул ДНК на молекулу информационной РНК. Перенос и присоединение отдельных аминокислот к месту синтеза осуществляются транспортной РНК. Белок в живой клетке синтезируется за 5–6 мин. Каждый ген отвечает за синтез определенного белка. Контролируя их образование, гены управляют всеми химическими реакциями организма.
Совокупность генов, содержащихся в гаплоидном (одинарном) наборе хромосом данного организма носит название генома. Диплоидные организмы содержат 2 генома – отцовский и материнский. Совокупность всех генов организма, его наследственная конституция называется генотипом. Он представляет собой единую взаимосвязанную и взаимодействующую систему генов. Видовой генотип организмов одинаков. Некоторые различия характеризуют индивидуальность отдельных организмов. Совокупность всех генов или генотипов в популяции или группе популяций какого-либо вида организмов образует ее генофонд. Он обладает целостностью, устойчивостью и поддерживаются в популяции в относительном равновесии. Нарушение равновесия происходит в результате воздействия на популяцию элементарных факторов эволюции – мутаций, изоляции, естественного отбора. Устойчивое изменение частот генов может дать толчок видообразованию. Термин «генофонд» употребляют не только по отношению к природным популяциям, но и по отношению к породам домашних животных, сортам культурных растений. Необходимость сохранения генофонда всех живых существ на планете вытекает из признания генетической уникальности, неповторимости биологических видов, каждый из которых есть результат длительной эволюции.
Современной наукой успешно решается задача исследования генетических и белковых структур человека. Инициативы ученых реализовались в создании двух проектов – «Геном человека» и «Протеом человека». Оба научно-исследовательских проекта носят международный характер. Банки данных по результатам обоих проектов являются открытым и бесплатным для исследователей.
Проект «Геном человека» открыт в 1990 г. международным консорциумом (США, Китай, Франция, Великобритания, Япония). Его цель – секвенирование (определение) последовательности нуклеотидов в ДНК и идентификация 20?25 тыс. генов в человеческом геноме. В 2003 и 2006 гг. были получены важные результаты. Описано 99,9 % человеческой ДНК.
Проект «Протеом человека», открыт в 2010 г. (Сидней). Протеом – совокупность всех белков организма, производимых клеткой, тканью или организмом в определённый период времени при данных условиях. Цель проекта – идентификация всех белков человека (нескольких миллионов). Предполагаемый результат его осуществления – создание дешевых и доступных методов медицинской диагностики ранних стадий развития неизлечимых в настоящее время заболеваний; разработка индивидуальных методов их лечения. Для выполнения проекта разрабатываются протеомные технологии высокой концентрационной чувствительности (ниже 10-15 М).
клеточный уровень ? на данном уровне организации жизни основной структурной и функциональной единицей является клетка. Клетка – это элементарная биологическая система, способная к самообновлению, самовоспроизведению и развитию. Функционирование и взаимодействие отдельных клеток определяют жизнедеятельность организма.
Открытие клетки произошло в XVII в., после изобретения микроскопа. Первыми клетку описали Р. Гук и А. Левенгук. Они показали, что ткани многих растительных организмов построены из клеток, были описаны также эритроциты, одноклеточные организмы и бактерии. Вместе с тем, ученые этой эпохи видели в клетке лишь оболочку, заключавшую в себе полость.
Содержание клетки стало предметом исследований в 30-е гг. XIX в. Открытие клеточного ядра и обнаружение деления растительных клеток стало основой создания клеточной теории. Она дала решающие доказательства единства всей живой природы, послужила фундаментом для развития эмбриологии, гистологии, физиологии, теории эволюции, а также понимания индивидуального развития организмов. Современная биология выявляет закономерности регуляции внутриклеточных процессов, функций клетки и механизма включения генов в процессе клеточной дифференциации.
Клетки отличаются большим разнообразием, выполняют различные функции, но клетки всех живых организмов сходны по химическому составу и обмену веществ. Более 98% содержимого клетки составляют водород, кислород, углерод и азот. 2% приходится на другие химические элементы (около 50). Клетки содержат как неорганические вещества – воду (до 80%) и минеральные соли, так и органические биополимеры – белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липиды.
Структурно клетка отграничена от внешней среды плазматической мембраной, которая контролирует обмен веществ со средой, поддерживает нормальную концентрацию солей внутри клетки. При повреждении мембраны клетка погибает. Внутренняя часть клетки включает цитоплазму, ядро, органеллы, рибосомы и другие сложные самостоятельные структуры. Они обеспечивают клеточный обмен веществ, биосинтез белка. В ядре клетки находятся хромосомы, содержащие генетическую информацию.
Клетки могут существовать как самостоятельные организмы (простейшие), так и в составе многоклеточных организмов. Клетки размножаются путем деления исходной клетки на две дочерние с передачей обеим полного набора хромосом. Поэтому перед делением число хромосом удваивается, что обеспечивает одинаковое распределение генетического материала между дочерними клетками. Такое деление клеток называется митозом. Многоклеточные организмы также развиваются из одной клетки – яйца, но в процессе эмбриогенеза клетки видоизменяются. Появляются разные клетки – мышечные, нервные, кровяные. При этом, каждая клетка несет в себе полный набор генетической информации для построения всех белков, необходимых для организма.
В зависимости от типа клеток все организмы делятся на две группы: прокариоты (клетки не имеют ядра), и эукариоты (клетки имеют ядро). К прокариотам относятся бактерии, а к эукариотам – простейшие, грибы, растения и животные. В 60-е гг. XX в. были открыты архебактерии. Их строение сходно как с прокариотами, так и с эукариотами.
органно-тканевый уровень – данный уровень представлен многоклеточными организмами, которые образованы совокупностью органов и тканей. Ткань – совокупность клеток с одинаковым типом организации. У животных различают несколько типов тканей: эпителиальная, соединительная, мышечная, нервная. У растений – меристематическая, защитная, основная и проводящая ткани. Совместно функционирующие клетки, относящиеся к разным тканям, составляют органы.
Организменный уровень связан с жизнедеятельностью отдельных биологических особей, как неделимых и целостных единиц жизни на Земле. Особь обладает системной организацией. Ее развитие, последовательность морфологических, физиологических и биохимических процессов от образования зародышевой клетки до смерти, называется онтогенезом. В процессе онтогенеза реализуется наследственная информация, закодированной в управляющих структурах зародышевой клетки.
В настоящее время на Земле обитает более миллиона видов животных и около полумиллиона видов растений. Каждый вид состоит из отдельных особей, имеющих свои отличительные черты. Научная дисциплина, в задачи которой входит разработка принципов и систем классификации живых организмов называется биологическая систематика.
Группа организмов, обладающих общими свойствами и признаками, образует таксон. В современной биологии выделяется семь основных иерархически соподчиненных таксонов: царство, тип (отдел), класс, отряд (порядок), семейство, род, вид. Например, в системе живых организмов выделяют пять царств: вирусы, бактерии, растения, грибы, животные. Основная единица систематики – вид как совокупность особей, имеющих сходные строения тел, образ жизни, способных к скрещиванию и рождению плодовитого потомства. У всех видов «двойное название»: первое слово – название рода, второе – название вида. Часто выделяют дополнительные категории, используя для этого приставки под- , инфра-, над- (подтип, инфракласс, надкласс). Любое растение или животное должно последовательно принадлежать ко всем семи таксонам. Например, систематика человека выглядит следующим образом:
надцарство: Эукариоты
царство: Животные
подцарство: Многоклеточные
тип: Хордовые
подтип: Позвоночные
класс: Млекопитающие
отряд: Приматы
семейство: Гоминиды
род: Человек
вид: Человек разумный
популяционно-видовой уровень – на данном уровне происходит объединение особей в популяции, а популяций – в виды. Популяции – элементарные, далее неразложимые, генетически открытые эволюционные единицы. Особи из разных популяций скрещиваются, и популяции обмениваются генетической информацией в процессе полового размножения. Виды являются генетически закрытыми системами, поскольку в природе скрещивание особей разных видов в подавляющем большинстве случаев не ведет к появлению плодовитого потомства.
Изменение генотипического состава популяции происходит под действием элементарных факторов эволюции – мутаций, популяционных волн, изоляции и естественного отбора.
биогеоценотический уровень – на данном уровне элементарными единицами организации жизни являются биоценоз и биогеоценоз.
Биоценоз – совокупность взаимосвязанных между собой популяций и видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участок среды с однородными условиями существования. Совокупность растений, входящих в биоценоз, называют фитоценозом, а совокупность животных – зооценозом.
Биоценозы характеризуются биомассой, продукцией, а также пространственной, видовой и пищевой структурой. В ходе развития биоценоза биомасса растет, структура усложняется, продукция увеличивается. Изменения в одном виде биоценоза могут повлечь за собой изменения и в других видах. Биоценозы входят в состав еще более сложных систем – биогеоценозов.
Биогеоценоз (экосистема) – комплекс биотических и абиотических компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергией. Биотические компоненты иерархически соподчинены и функционально взаимосвязаны. Автотрофные организмы (зеленые растения, микроорганизмы, хемосинтетики) производят органическое вещество и обеспечивают жизненную среду для гетеротрофов – животных, грибов, бактерий, вирусов. Животные играют важную роль в жизни растений: они осуществляют опыление, распространение плодов, участвуют в круговороте веществ. Абиотическими компонентами биогеоценозов являются атмосфера, солнечная энергия, почва, вода, химические компоненты, включенные в биотический круговорот.
Биогеоценоз является продуктом совместного исторического развития, приспособления друг к другу и абиотической среде многих видов растений и животных. Связи в биогеоценозе бывают как прямыми, так и обратными. Изменения абиотических условий, выпадение одного компонента биогеоценоза могут привести к необратимому нарушению его целостности, равновесия и гибели как системы. Устойчивость биогеоценоза пропорциональна многообразию его компонентов. Например, биогеоценозы, представленные тропическими лесами, гораздо устойчивее биогеоценозов в зоне умеренного или арктического пояса, так как они состоят из гораздо большего множества видов растений и животных. Биогеоценоз саморегулирующаяся, но открытая система. Обмен веществом и энергией между соседними биогеоценозами осуществляться в разных формах – газообразной, жидкой и твердой, а также в форме миграции животных.
биосферный уровень – совокупность связанных между собой круговоротом веществ и энергии биогеоценозов на поверхности нашей планеты. Биосфера как система включает совокупность всех живых организмов (биоту) и совокупность всех объектов, испытывающих воздействие биоты и воздействующих на нее (среду). Особый интерес представляют воздействия, которые имеют значение для выживания человека как биологического вида, для сохранения и воспроизводства человеческого общества и цивилизации.
Границы биосферы: в атмосфере – 25–30 км; в литосфере – от 10 м до 3 км, где в нефтеносных слоях встречаются отдельные виды микроорганизмов; в гидросфере – от 200 м до 11 км. Таким образом, «пленка жизни» на Земле весьма тонкая – всего около 40 км. Она ограничена озоновым слоем от губительных ультрафиолетовых лучей и высокой температурой земных недр.
Животный мир биосферы в 4 раза больше по количеству видов, чем растительный, но по биомассе растительный мир составляет 99 % биосферы. Благодаря деятельности растений биосфера аккумулирует солнечную энергию. Живые организмы представляют собой биохимическую силу, которая преобразует земную кору (залежи полезных ископаемых, осадочные породы). Живые организмы, в свою очередь, усваивают из среды различные химические элементы – железо (железобактерии), кальций (моллюски), кремний (водоросли), йод (губки), ванадий (асцидии). Между неорганической и органической материей на Земле существует постоянный кругооборот вещества и энергии. Каждое живое существо, благодаря цепям питания, после окончания жизненного цикла возвращает природе все, что взяло от нее в течение жизни, иначе запасы необходимых элементов на Земле были бы быстро исчерпаны.
В современную эпоху преобразующая деятельность человека по своей мощности сравнилась с геологическими процессами. Масштабное использование природных ресурсов, загрязнение среды обитания ведет к сокращению биологического разнообразия природы Земли. Под угрозой оказывается развитие биосферы. Человечество вступает в период глобального экологического кризиса.
Раздел биологии, изучающий экологические системы, называется биогеоценология. Основателем ее был русский ученый В.Н. Сукачев. Понятие биосферы впервые употребил австрийский геолог Э. Зюсс в 1875 г. Учение о биосфере создал В.И. Вернадский.
Синтетическая теория эволюции сформировалась в первой половине XX в. Ее основа была заложена С.С. Четвериковым, который объединил дарвинизм с классической генетикой. Дж. Хаксли продолжил разработку комплексного подхода к процессам эволюции на базе современных достижений генетики популяций, молекулярной биологии, эволюции биосферы.
Основные положения теории синтетической эволюции:
элементарной «матрицей» эволюции является популяция, а элементарным эволюционным событием – изменение генетического состава популяции;
генотип популяции изменяется под действием эволюционных факторов: мутаций, популяционных волн, изоляции, естественного отбора;
обмен генетическим материалом возможен только внутри вида, при этом один таксон может стать предком нескольких дочерних таксонов, но каждый вид имеет единственный предковый вид, единственную предковую популяцию (свойство дивергенции);
эволюция имеет постепенный и длительный, непредсказуемый и ненаправленный характер. Макроэволюция на уровне выше вида (род, семейство, отряд) не имеет собственных устойчивых закономерностей, отличных от закономерностей микроэволюции.
Современная эволюционная биология второй половины XX–XXI вв. дополнила синтетическую теорию эволюции рядом новых положений:
помимо естественного отбора, в небольших изолированных популяциях формирующую роль играет дрейф генов;
эволюция не всегда совершается постепенно. Видообразование может носить и внезапный характер, например, путем полиплоидии или в результате крупных хромосомных мутаций;
эволюция может быть прогнозируема: в ряде случаев ее общее направление можно предсказать, оценивая прошлую историю вида, его генофонд и возможное влияние среды.
Таким образом, все живые системы взаимодействуют и существуют в конкретном окружении. Их функционирование, рост и размножение организовано в виде замкнутого кругового процесса, допускающего эволюционные изменения. Это обеспечивает устойчивость и идентичность живых систем в различных взаимодействиях.
2. Место человека в системе живых организмов
Проблема происхождения человека – одна из самых древних, поэтому представления о ней можно разделить на две группы – ненаучные и научные. Ненаучные представления содержатся в мифологии и религии (креационизм). Популярностью пользуются уфологические идеи (Unidentified Flying Object – неопознанный летающий объект) о космическом происхождении человека. Сегодня в средствах массовой информации широко распространены различные спекуляции на этих представлениях. Издается обширная литература, создаются веб-сайты в интернете, открываются специальные семинары и учебные курсы, далекие от научно-рациональных принципов.
Формирование научных представлений, утверждающих естественное происхождение человека, начинается в античной философии. Об этом говорили Анаксимандр и Эмпедокл, сходство человека с обезьяной отмечали Аристотель, Плиний и Гален. Аристотель впервые исследовал человеческое тело, указал место человека в системе животного мира, перечислил его отличия от животных: прямохождение, крупный головной мозг, речь, разум. Лукреций Кар в поэме «О природе вещей» предложил, что человечество возникло естественным путем, а первые люди появились в виде младенцев из «земных утроб».
Развитие научных представлений о человеке в новое время можно проследить по трудам ученых XVII-XVIII вв. Э. Тайзон Э. подготовил книгу «Орангутанг, или лесной человек: сравнительная анатомия обезьяны, пигмея и человека». П. Кампер показал глубокое сходство в строении основных органов человека и животных. Ж.-Л. Бюффон в «Истории земли» впервые высказал мысль о том, что люди – потомки обезьян. За эту идею Сорбонна вынесла решение о публичном сожжении книги. Эти исследования способствовали зарождению научной приматологии.
В 1809 г. Ж.-Б. Ламарк в книге «Философия зоологии» изложил новую теорию о постепенной эволюции животных видов. Он разделил проблему на две части – тело человека произошло от животных в результате эволюции, а его разум и душа имеют Божественное происхождение. По своим физическим особенностям человек ближе всего стоит к человекообразным обезьянам, в частности к шимпанзе. Ученый привел ряд доказательств эволюции в живой природе и допускал, что сам человек развился на протяжении времени из обезьяны. Первым ученым, который отнес человека и обезьяну к одной группе животных – приматам стал К. Линней. При этом ученый не подвергал сомнению Божественный акт сотворения мира и неизменность всего живого: существует столько видов, сколько Бог создал их с самого начала.
К середине ХIХ в. археологи, палеонтологи, этнографы накопили большой эмпирический материал о человеке, флоре и фауне разных стран мира. Благодаря исследованиям Ж. Кювье, Ч. Лайеля, Дж. Доорника существенно расширились представления об ископаемых животных. Археолог Б. де Перт доказывал , что обнаруженные им каменные орудия принадлежали первобытному человеку, который жил в одно время с мамонтом. Новые открытия стали основой учения об антропогенезе.
В 1871 г. вышла в свет книга Ч. Дарвина «Происхождение человека и половой отбор», в которой утверждалось, что человек произошел от животного в результате длительной эволюции. Решающим фактором эволюции Ч. Дарвин назвал борьбу за существование, в результате которой выживают сильнейшие особи и виды, способные адаптироваться к изменяющимся условиям среды. В процессе внутривидового размножения у отдельных особей появляются новые качества, в результате чего некоторые из представителей вида получают преимущество перед другими и имеют больше шансов выжить в данной среде обитания. Приобретенные качества закрепляются и передаются потомкам.
Дарвин обосновал свою точку зрения с помощью сравнительно-эволюционного метода. Тело человека имеет общий с телом млекопитающих план строения. Головной мозг человека, извилины и бороздки коры во многом сходен с мозгом обезьяны. Человек и млекопитающие болеют одинаковыми инфекционными болезнями, у них идентичный химический состав крови.
Опираясь на достижения биологии, Ф. Энгельс создал трудовую теорию антропогенеза. Она представлена в статье «Роль труда в процессе превращения обезьяны в человека», которая является одной из глав его книги «Диалектика природы». Труд развил в человеке способность преобразовывать природу, изготавливать орудия труда, в которых закрепляются социальный опыт человека, его навыки, умения, способ мышления. Антропогенез в этой теории предстает как процесс активного приспособления человека к среде, утверждения его превосходства над другими видами.
В XX в. выводы Ч. Дарвина получили генетическое подтверждение. Используя методы молекулярной генетики, ученые сравнили ДНК человека и обезьяны и установили, что количество сходных генов у человека и человекообразных обезьян достигает 91 %. Антигенный состав крови человека, шимпанзе и гориллы одинаков. Однако не все идеи великого английского ученого признает современная наука. Например, Дарвин представлял эволюцию человеческого рода в виде единого линейного процесса, напоминающего дерево, на котором все ветви происходят из общего корня.
Современные ученые предпочитают не использовать образ древа, а говорят о так называемой сетчатой эволюции. Общей предпосылкой возникновения человечества выступило длительное историческое развитие абиотических и биологических природных систем. Их взаимодействие определило предпосылки и протекание антропогенеза – процесса историко-эволюционного формирования физического типа человека и социогенеза – процесса формирования общества. Выделяются абиотические предпосылки геологического, географического, климатического, физико-химического характера.
Геологические предпосылки включают оледенения и потепления, усиленный вулканизм, сейсмические и тектонические процессы, изменения магнитного поля Земли. Географические предпосылки – изменения очертаний материков и морей. В эпоху плейстоцена Британские острова соединялись с Европой, острова Малайского архипелага – с Азиатским континентом, Азиатский континент – с Американским. Это способствовало миграции животных, расселению их на Земле. Физико-химические предпосылки – состав атмосферы, колебания уровня радиации, ритмы солнечной активности, влияние космических лучей.
Абиотические факторы являлись мощным генератором мутационных процессов, интенсивной перекомбинации генофонда. Возрастало количество разнообразного элементарного эволюционного материала для естественного отбора, ускорялись темпы видообразования. Становление человека происходило в последний период кайнозойской эры геологической истории Земли.
Биологические предпосылки антропосоциогенеза связаны с эволюцией высших биологических организмов, их анатомо-физиологического строения, формирования определенной телесной организации человека, переходом к трудовой деятельности, формированием сознания.
В соответствии с геологической периодизацией в истории формирования земной коры выделяется четыре эры: Архейская, Палеозойская, Мезозойская, Кайнозойская. Процесс антропогенеза начался в конце третичного периода и завершился в четвертичном периоде Кайнозойской эры. Его границы: 14 млн лет – 40 тыс лет. Эволюционная ветвь человека отделилась от общего с другими приматами ствола около 6–7 млн лет назад. Человек и его ближайшие предки называются гоминидами. Останки древнейших гоминид, возраст которых датируется примерно 2,5-3 млн лет, найдены в Южной и Восточной Африке. В настоящее время гоминиды представлены только одним видом – человеком разумным.
В соответствии с археологической периодизацией, основанной на характере орудий труда, материалах и технике их изготовления, история делится на три века: каменный, бронзовый и железный. Процессы антропогенеза и социогенеза входят в эпоху палеолита (около 3 млн лет – 10 тыс. лет) каменного века.
Антропогенез завершаются примерно 40 тыс. лет назад. Именно в это время появляется современный тип человека и закончилось господство биологических законов естественного отбора. Человек расселился по всем климатическим зонам Земли. Появляются одежда, жилище и очаг. Отныне главным стало не приспособление к среде, а адаптация к законам и нормам коллектива. На смену биологической эволюции приходит эволюция культурная. Первобытное стадо сменяется первобытной родовой общиной, а затем – первобытной соседской (протокрестьянской) общиной. Началась социализация в подлинном смысле слова. В мозгу человека того исторического периода были наиболее развиты как раз те участки, которые связаны с общественной жизнью. Они регулировали взаимоотношения и тормозили проявление зоологического индивидуализма. Социализация человека формировала способность к целенаправленной умственной и трудовой деятельности, сознание, речь и язык.
Физиология высшей нервной деятельности. Физиология высшей нервной деятельности – раздел физиологии, изучающий образование условных рефлексов, взаимодействие процессов возбуждения и торможения, протекающих в коре больших полушарий головного мозга. В создание этого раздела решающий вклад внесли русские ученые И.М. Сеченов и И.П. Павлов.
И.М. Сеченов сформулировал идею о рефлекторных механизмах психических процессов. Он показал, что вся сложная психическая жизнь человека, его поведение зависит от внешних раздражителей, а всякое раздражение вызывает тот или иной ответ нервной системы — рефлекс. Рефлексы бывают простые и сложные. В ходе опытов Сеченов установил, что мозг может задерживать возбуждение, а торможение и возбуждение – взаимосвязанный единый нервный процесс.
И.П. Павлов экспериментально подтвердил эти идеи и создал учение о высшей нервной деятельности. Изучая условный рефлекс, он предположил, что этот процесс является основой формирования психических реакций всех живых организмов, включая процесс мышления человека современного вида. Высшая нервная деятельность обеспечивает индивидуальное поведенческое приспособление человека к изменяющимся условиям окружающей и внутренней среды, носит рефлекторный характер, осуществляется с помощью условных и безусловных рефлексов.
Таким образом, высшая нервная деятельность – это нейрофизиологические процессы, проходящие в коре больших полушарий головного мозга и ближайшей к ней подкорке и обусловливающие осуществление психических функций.
Законы высшей нервной деятельности:
образование новых вр?менных связей при подкреплении нейтрального раздражителя безусловным;
угасание вр?менных связей при отсутствии подкрепления условного раздражителя безусловным;
иррадиация и концентрация нервных процессов;
взаимная индукция нервных процессов;
формирование динамических стереотипов, представляющих собой сложные динамические системы рефлексов.
В качестве основной теоретической модели для анализа высшей нервной деятельности выступает рефлекс, посредством которого происходит реагирование организма на воздействия окружающего мира. Основными механизмами работы являются нервные процессы возбуждения, за счет которого могут образовываться и функционировать новые вр?менные связи, и торможения, которое может обусловливать угасание условного рефлекса, если условный раздражитель не подкрепляется безусловным.
Формирование и угасание вр?менных связей происходит в коре больших полушарий головного мозга, а нервные центры важнейших безусловных рефлексов локализованы в подкорковых отделах мозга, за счет которых достигается высокий уровень активности нервных клеток коры больших полушарий.
Безусловные рефлексы постоянно возникают при действии соответствующих раздражителей на определенные рецепторные поля. Они являются врожденными, наследственными, видовыми, всегда возникают при определенных условиях и сохраняются в течение всей жизни организма. К ним относятся, например ориентировочный и оборонительный рефлексы.
Условные рефлексы позволяют приспособиться к еще не наступившему событию. Для их образования необходимо неоднократное совпадение во времени действия двух раздражителей – безразличного сигнального, или условного (свет, звук), и безусловного (наличие потребности в пище, воде, безопасности). Цепь последовательно осуществляемых рефлекторных актов называется инстинктом.
Вся нервная система человека состоит из нервных клеток – нейронов Человеческий мозг состоит из серого вещества, содержащего свыше 100 млрд нейронов, и белого – нервных волокон. Биохимические сигналы передаются в мозгу от одного нейрона к другому с помощью нейромедиаторов. За это открытие А. Карлсон, П. Грингард и Э. Кэндел были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2000 г. Кроме нервной системы деятельность организма координирует и эндокринная система. Она передает сигналы с помощью веществ, выделяемых железами и переносимых кровью.
В основе высшей нервной деятельности человека находится восприятие информации, передача электрохимическим путем возбуждения, его обработка, а затем и соответствующая реакция на данное воздействие. Врождёнными свойствами нервной системы являются безусловное возбуждение и безусловное торможение. Торможение бывает внешним и внутренним. Отличие высшей нервной деятельности человека от животных состоит в том, что у человека произошло усложнение его психофизиологической активности в связи с появлением у него специфического раздражителя – слова, второй сигнальной системы.
Высшая нервная деятельность является условием формирования психики и сознания. Психика (от греч. psychikos – душевный) – свойство высокоорганизованной материи отражать значительное число существенных пространственно-временных и причинных связей в окружающем мире и анализировать быстро меняющуюся обстановку. Отличие человеческой психики от психики животного состоит в том, что люди способны к преднамеренной совместной деятельности, речевой коммуникации, использованию человеческого опыта, сознательной саморегуляции, различным формам деятельности, познанию. Люди имеют длительное детство и психически развиваются на протяжении всей жизни. Психика человека обеспечивается его телесной системой, одновременно влияя на нее. Тяжкие переживания, вызванные социальными или моральными обстоятельствами, приводят к заболеваниям, как телесным, так и психическим.
Сознание – высшая, свойственная только человеку и связанная с речью, функция мозга, основанная на способности отражать мир в идеальных образах. Сознание человека отличается от психики животного наличием целеполагания, самосознания и абстрактного мышления.
Сознание человека возникло вследствие количественных и качественных изменений в человеческом мозгу. Например, вес мозга человека составляет от 1/45 до 1/50 от веса тела, у кита – 1/2000, у слона – 1/560, у лошади – 1/400, у обезьяны – 1/100. Так как сознание тесно связано с речью, то в мозгу имеется ее субстрат в виде передней части лобной доли. Если отсутствуют верхние передние формации лобных долей – нет и речи, нет и человека. Этой передней части лобной доли не было у австралопитеков, питекантропов, синантропов, кроманьонцев. Речь, труд, сознание не могли возникнуть на базе мозга обезьяны.
Сознание – это системное явление. Его элементами являются мышление, речь, знание, память, воля, чувства, эмоции. Уровни сознания: собственно сознание и бессознательное. В зависимости от носителя сознания различают индивидуальное и общественное сознание. Формы общественного сознания: мифология, религия, искусство, наука, мораль, право. Функции сознания: информационно-познавательная, регулятивная и коммуникативная.
3. Биология и современная цивилизация
Великие научные открытия в биологии всегда оказывали воздействие на судьбы человеческой истории. Например, раскрытие в середине XX в. молекулярной биологией природы наследственности (структуры ДНК) привело к появлению генной инженерии по управлению наследственностью. Вместе с тем, научно-технический прогресс не только не решает всех проблем, возникаюших перед человечеством, но и приводит к новым. Масштабы воздействия человека на природу стали соизмеримыми с масштабами глобальных природных процессов. Трудом человека созданы каналы и новые моря, осушаются болота и орошаются пустыни, перемещаются огромные массы ископаемых пород, синтезируются новые химические материалы. Преобразующая деятельность современного человека распространилась на дно океана и космическое пространство и стала оказывать отрицательное воздействие на ход природных процессов, вызывать необратимые изменения окружающей среды и биологической природы самого человека. Это касается всей среды – атмосферы, гидросферы, недр, плодородного слоя; гибнут животные и растения, разрушаются и исчезают биоценозы и биогеоценозы; растет заболеваемость людей. При этом неуклонно увеличивается численность населения земного шара. Человечество идет к истощению энергетических, минеральных и земельных ресурсов, гибели биосферы, а возможно, и самой человеческой цивилизации.
Глобальный экологический кризис проявляется:
в исчезновении растительных и животных видов, видового многообразия, генофонда флоры и фауны Земли. Животные и растения исчезают, как правило, не в результате их непосредственного истребления человеком, а вследствие изменения среды обитания. С начала 1980-х гг. ежедневно вымирает один вид животных, а еженедельно – один вид растений. Под угрозой исчезновения находится каждый четвертый вид земноводных, каждый десятый вид высших растений. А каждый из видов является неповторимым, уникальным результатом эволюции, протекавшей много миллионов лет. Человечество обязано сохранить и передать потомкам биологическое разнообразие Земли потому, что оно является условием жизни самого человека на Земле, поскольку устойчивость биосферы тем выше, чем больше составляющих ее видов;
исчезновении лесов (особенно тропических) со скоростью несколько десятков гектаров в минуту. Это влечет за собой эрозию почв, являющихся продуктом сложного и длительного взаимодействия живой и неживой материи, уничтожение верхнего плодородного слоя земли, опустынивание Земли, которое происходит со скоростью 44 га/мин. Леса – главные поставщики кислорода в атмосферу. В настоящее время баланс прихода и расхода кислорода отрицательный. За последние 100 лет концентрация кислорода в воздухе снизилась с 20,948 до 20,8 %, а в городах она ниже 20 %. Уже 1/4 суши лишена естественного растительного покрова. Большие площади коренных биогеоценозов заменены вторичными, более упрощенными и однообразными, с заметно пониженной продуктивностью. Растительная биомасса глобально уменьшилась примерно на 7 %. Под сильным сельскохозяйственным воздействием находится около 50 % поверхности суши, причем каждый год не менее 300 тыс. га сельскохозяйственных земель поглощается урбанизацией;
истощении природных ресурсов. Ежегодно из недр Земли извлекается более 100 млрд т различных пород. Для жизнедеятельности одного человека в современной цивилизации в год необходимо 200 т различных твердых веществ, которые он с помощью 800 т воды и 1000 Вт энергии превращает в продукты своего потребления. Человечество живет за счет эксплуатации не только ресурсов современной биосферы, но и невозобновляемых продуктов былых биосфер (нефть, уголь, газ, руды). По самым оптимистическим оценкам, существующих запасов таких природных ресурсов человечеству хватит ненадолго: нефти примерно на 30 лет, природного газа на 50 лет, угля на 100 лет. Но и возобновляемые природные ресурсы (например, древесина) становятся невозобновляемыми, поскольку условия их воспроизводства коренным образом изменяются;
непрерывном росте энергетических затрат человечества. Расход энергии (в ккал/сутки) на одного человека в первобытном обществе был примерно 4000, в феодальном обществе – около 12 000, в индустриальной цивилизации – 70 000, а в развитых постиндустриальных странах достигает 250 000 (в 60 раз и более выше, чем у наших палеолитических предков). Атмосфера Земли разогревается, что может иметь самые непредсказуемые последствия (климатические, географические, геологические );
загрязнении атмосферы, воды, почвы. Источником загрязнения атмосферы являются предприятия черной и цветной металлургии, тепловые электростанции, автомобильный транспорт, сжигание мусора, отходов. Их выбросы в атмосферу содержат оксиды углерода, азота и серы, углеводороды, соединения металлов, пыль. Химическое загрязнение сегодня способно изменить генотип всего живого. На круговорот углерода существенное влияние оказывает сжигание топлива. В атмосферу выбрасывается такое количество углекислого газа и пыли, что это может привести к изменению климата на Земле. Углекислый газ атмосферы свободно пропускает на Землю излучение Солнца, но задерживает излучение Земли, результатом чего является так называемый парниковый эффект. Увеличение его содержания в атмосфере (в настоящее время на 0,3 % в год) может стать причиной потепления на Земле, привести к таянию полярных льдов и вызвать повышение уровня Мирового океана на 4–8 м. Увеличение содержания в атмосфере диоксида серы обусловливает образование кислотных дождей, вызывающих рост кислотности водоемов, гибель их обитателей. Под губительным действием оксидов серы и азота разрушаются строительные материалы, памятники архитектуры. Выхлопные газы автотранспорта содержат оксид углерода, оксиды азота, оксид серы, соединения свинца, ртути. Оксид углерода взаимодействует с гемоглобином крови в 200 раз активнее кислорода и снижает способность крови быть переносчиком кислорода, поэтому даже при незначительных концентрациях в воздухе угарный газ вызывает головную боль, снижает умственную деятельность. Оксид серы вызывает спазмы дыхательных путей, оксиды азота – общую слабость, головокружение, тошноту. Содержащиеся в выхлопных газах соединения свинца действуют на ферментные системы и обмен веществ, свинец накапливается в пресной воде. Один из опаснейших загрязнителей – ртуть, накапливаясь в организме, отрицательно действует на нервную систему;
загрязнении гидросферы. Общий запас воды на планете около 1,4 • 1018 т, основная ее масса сосредоточена в морях и океанах, на долю пресной воды приходится только 2 %. В природных условиях осуществляется постоянный круговорот воды, сопровождающийся процессами ее очистки. Вода выносит огромные массы растворенных веществ в моря и океаны, где происходят сложные химические и биохимические процессы, способствующие самоочищению водоемов. В связи с развитием промышленности, ростом городов расход воды постоянно увеличивается. Усиливается загрязнение воды промышленными и бытовыми отходами: ежегодно в водоемы сбрасывается около 600 млрд т промышленных и бытовых стоков, свыше 10 млн т нефти и нефтепродуктов. Это приводит к нарушению естественного самоочищения водоемов. Промышленные сточные воды, содержащие ядовитые вещества, в частности соединения токсичных металлов, а также растворенные в сточных водах минеральные удобрения, смываемые с поверхности почвы, наносят огромный урон живым организмам в водоемах. Удобрения (особенно нитраты, фосфаты) вызывают бурное разрастание водорослей, засоряют водоемы и способствуют их гибели. Загрязняются не только поверхностные и подземные воды суши, но даже Мировой океан (ядовитыми и радиоактивными веществами, солями тяжелых металлов, сложноорганическими соединениями, мусором, отходами );
радиоактивном загрязнении окружающей среды в результате ядерных испытаний, аварий на предприятиях ядерной энергетики (чернобыльская катастрофа 1986 г.), накопления радиоактивных отходов.
Все эти негативные тенденции, а также безответственное и неправильное использование достижений цивилизации оказывают губительное влияние на организм человека и создают еще один комплекс экологических проблем – медико-генетический. Учащаются известные ранее заболевания и появляются новые – «болезни цивилизации». Глобальной проблемой становится наркомания.
Масштабы загрязнения природной среды настолько велики, что способность биосферы к саморегуляции подрывается, а сама биосфера разрушается. Существующие глобальные проблемы современности, вызванные воздействием человека на окружающую среду, сегодня активно изучаются экологами всего мира.
Экология как наука изучает все процессы, связанные с взаимодействием живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Впервые данный термин был предложен немецким биологом Э. Геккелем в 1866 году в книге «Общая морфология организмов». Современная экология значительно расширила область исследования и стала комплексом наук. Выделяют геоэкологию, биоэкологию, гидроэкологию, ландшафтную экологию, этноэкологию, социальную экологию и др.
В современной экологии сохраняют актуальность некоторые проблемы, имеющие давнюю историю исследований: например, установление общих закономерностей динамики многообразия организмов, оценка роли разных факторов, ограничивающих рост популяций, выяснение причин циклических (регулярных) колебаний численности. Новым направлением является макроэкология ? сравнительное изучение разных видов в масштабах больших пространств, сопоставимых с размерами континентов. Прогресс в конце XX в. достигнут в изучении круговорота веществ и потока энергии. Прежде всего, это связано с совершенствованием количественных методов оценки интенсивности тех или иных процессов, а также с растущими возможностями широкомасштабного применения этих методов. Примером может быть дистанционное (спутниковое) определение содержания хлорофилла в поверхностных водах моря, позволяющее составить карты распределения фитопланктона для всего Мирового океана и оценить сезонные изменения его продукции.
Воздействие человека сказывается, по существу, на всех ресурсах и компонентах биосферы. Можно выделить четыре главных направления воздействия человека на биосферу:
изменения структуры земной поверхности: распашка целинных земель, вырубка лесов, осушение болот, создание искусственных водоёмов и другие изменения поверхностных вод;
изменения состава биосферы, круговорота и баланса входящих в неё веществ - добыча ископаемых, создание отвалов выработанных пород, выбросы различных веществ в атмосферу и гидросферу, изменения влагооборота;
изменение энергетического и, в частности, теплового баланса отдельных регионов и планеты в целом;
изменения, вносимые в биоту - совокупность живых организмов, истребление некоторых организмов, создание новых пород животных и растений, перемещение организмов (акклиматизация) в новые места.
Все эти изменения, происходящие в природе под влияние деятельности человека, осуществляются чаще всего по причине действия антропогенных факторов. Современное человечество расходует потенциальную энергию биосферы почти в 10 раз быстрее, чем происходит её накопление деятельностью организмов, связывающих энергию на Земле. Ресурсы биосферы - компоненты окружающей человека естественной среды, используемые для удовлетворения материальных и культурных потребностей обществ, ограничены.
Рост населения существенно влияет на рост загрязнения природной среды и истощение природных ресурсов. С 1650 года численность населения Земли растет по экспоненциальному закону (1650 г. - 545 млн., 1840 г. - 1 млрд., 1930 г. - 2 млрд., 1962 г. - 3 млрд., 1971 г. - 4 млрд., 1987 г. - 5 млрд.). На 1994 год на Земле проживало 5,5 млрд. человек. В 2000 году ? 6 млрд., из них 56% - в Азии, 25% - в Африке, 11% - в Латинской Америке, 8% - в Европе и 3% - в Северной Америке. По состоянию на январь 2014 года численность населения Земли составила 7 млрд. 137 тыс. человек. По прежнему, так называемым «двигателем роста населения планеты» являются развивающиеся страны. Согласно последним данным, число жителей Земли, допустимое для экосферы - 10 млрд. Существует точка зрения, согласно которой мы находимся в фазе логистического роста, и численность населения стабилизируется на уровне 7,5 млрд.
Таким образом, современные тенденции роста народонаселения и ускорения индустриализации ведут к тому, что отходы и загрязняющие вещества образуются быстрее, чем Земля может их переработать и усвоить, а природные ресурсы потребляются быстрее, чем воспроизводятся.
Обнаруживается логическая связь между популяционным и индивидуальным здоровьем человека и состоянием окружающей среды. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) определяет здоровье как состояние полного физического, душевного и социального благополучия. Здоровье предполагает процесс сохранения и развития его психофизиологических функций, оптимальной трудовой и социальной активности при максимальной продолжительности жизни. Проблема взаимосвязи здоровья и различных сторон жизнедеятельности человека имеет три аспекта: индивидуальное здоровье; общественное (популяционное) здоровье; типы здоровья.
Состояние здоровья отдельного человека – явление в значительной степени случайное. Оно обусловлено преимущественно эндогенными факторами (пол, возраст, телосложение, наследственность, раса, тип нервной системы), часто связанными со средой обитания предков индивидуума. Для оценки популяционного здоровья используют следующие показатели: средняя продолжительность жизни, общая и младенческая смертность, причины смерти, заболеваемости, инвалидности. Такие оценки позволяют судить о жизнеспособности и работоспособности общности людей, физическом развитии, средней продолжительности жизни, заболеваемости, способности к воспроизводству здорового потомства.
По данным ВОЗ, здоровье человека зависит на 50 % от образа жизни, на 20 % – от наследственных факторов, на 20 % – от состояния окружающей среды и только на 10 % – от работы органов здравоохранения. Экологи указывают, что в ближайшие 30-40 лет (при сохранении существующих тенденций развития индустрии) здоровье населения Земли на 50-70% будет зависеть от качества среды обитания. В настоящее время во внешней среде зарегистрировано 4 млн токсических веществ, и ежегодно их количество возрастает на 6000. Токсины – соединения (часто белковой природы) бактериального, растительного или животного происхождения, способные при попадании в организм животного или человека вызвать заболевание или гибель. В организм человека попадает около 100 тыс. ксенобиотиков; каждый четвертый житель Земли страдает аллергией и аутоиммунными заболеваниями; более 80% болезней обусловлено так называемым экологическим напряжением.
Здоровье зависит от качества и образа жизни людей. Понятие «качество жизни» включает в себя социально-экономическую, политическую, культурную и экологическую обстановку, в которой существует человеческая общность. Высокое качество жизни подразумевает, что все стороны существования людей – от условий труда, быта, отдыха, организации сферы обслуживания, здравоохранения, образования и состояния окружающей среды до наличия политических свобод и возможности пользоваться всеми достижениями культуры – отвечают потребностям современного человека.
Правильный образ жизни включает в себя рациональное питание, адекватные физические нагрузки, отказ от вредных привычек (курения, злоупотребления алкоголем). Малоподвижный образ жизни ведет к такому серьезному заболеванию, как гипертония, которая в последние годы значительно помолодела. Сейчас около 40 % населения в возрасте 18 лет и старше страдают этим заболеванием. Рациональное питание предполагает употребление пищи преимущественно растительного происхождения, ее калорийность должна соответствовать физическим затратам. Если вес человека к 60 годам остался таким же, каким был в 20–30 лет, его питание рационально. В СССР курили 60 % мужчин и только 10 % женщин, сейчас же курят от 20 до 25 % женщин. Индустриализация табачного производства привела к повсеместной доступности сигарет, а активное развитие средств массовой информации способствовало возрастанию влияния рекламы на поведение людей (включая выбор питания, сигарет и алкоголя). В середине прошлого века были отмечены значительный рост использования молодежью наркотических препаратов; изменение сексуального поведения; общество стало толерантно к внебрачным половым связям.
Тенденции развития современного общества показывают, что сегодня актуальной становится задача формирования политики здорового образа жизни. Ее решение основано на знаниях об основных факторах риска для здоровья и эффективных методах его укрепления. Изменение поведения населения требует реализации следующих мер: совершенствование медико-гигиенического образования и воспитания населения; создание эффективной системы мер по борьбе с вредными привычками; создание системы мотивирования граждан к ведению здорового образа жизни и участию в профилактических мероприятиях; мотивирование работодателей к участию в охране здоровья работников; профилактика факторов риска неинфекционных заболеваний; мотивирование руководителей учреждений системы школьного образования к участию в охране здоровья и формированию здорового образа жизни школьников.
Охрана природы и рациональное природопользование. Перед человечеством остро встала необходимость сознательного и целенаправленного регулирования обмена веществом и энергией между обществом и биосферой, выработки стратегии охраны природы. С этой целью в структуру материально-практической и научно-познавательной деятельности человека должны войти аксиологические и экологические принципы:
нарушение равновесия между преобразованием природной среды и ее восстановлением неизбежно ведет к гибели человечества;
ценность природы выше индивидуальных и корпоративных интересов и носит характер абсолютного императива;
выживание человека предполагает разработку природно-охранных мер на международном уровне, экологических ограничений в природопользовании.
Уровень развития современной науки и техники позволяет использовать следующие методы и средства разрешения экологического кризиса:
создание эффективных очистных сооружений, безотходных комплексных ресурсосберегающих технологий, переход на циклическое использование ресурсов (прежде всего водных);
снижение материалоемкости готовой продукции;
увеличение скорости оборота вовлекаемых природных ресурсов;
исключение из производства ядохимикатов, способных накапливаться в организмах животных и растений;
лесонасаждение, расширение сети заповедников, охраняемых природных территорий, центров разведения исчезающих животных и растений;
развитие биологических методов защиты сельскохозяйственных культур и лесов, экологических биотехнологий;
совершенствование правового регулирования охраны природы на международном и национальном уровнях;
разработка образовательных технологий, формирующих экологическое мышление.
Теоретической и мировоззренческой основой современных стратегий природопользования выступают учения о биосфере и ноосфере, концепции устойчивого развития, экологической безопасности, пределов роста, глобального эволюционизма и коэволюции.
Учение о биосфере и ноосфере создали Э. Зюсс, В.И. Вернадский, Т. де Шарден. Они показали роль биосферы в развитии человечества и установили закономерности ее перехода в ноосферу.
Человечество, как природное явление, связано со средой обратными связями. На современном этапе развития цивилизации разум человека становится решающим фактором в преобразовании биосферы. «Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние – в ноосферу», – писал В.И. Вернадский в «Философских мыслях натуралиста». Ноосфера – это биосфера, переработанная совокупным разумом человечества. Перестройка окружающей среды научной мыслью не является стихийным процессом. Его корни лежат в самой природе, в особенностях ее эволюции. Естественным и закономерным этапом развития природы является появление человеческого разума. Воплощаясь в научно-техническом творчестве, разум человека становится геологической силой не только планетарного, но и космического уровня. Следовательно, человек может и должен мыслить и действовать в планетарном масштабе.
С теоретической концепцией коэволюции общества и биосферы в научной литературе выступили во второй половине XX века Н.В. Тимофеев-Ресовский и Н.Н. Моисеев. Основная идея: человечество, для того, чтобы обеспечить свое будущее, должно не только изменять биосферу, приспосабливая ее к своим потребностям, но и изменяться само, приспосабливаясь к объективным требованиям природы. При этом необходимо определить оптимальное соотношение интересов человечества и всей остальной биосферы, избежав при этом двух крайностей: стремления к полному господству человека над природой и смирения перед ней. Человеческое общество должно сосуществовать с природой на основах разума и интеллекта.
Проблема сохранения биологического разнообразия флоры и фауны в современной Беларуси решается на государственно уровне в соответствии с международными инициативами. В 1992 г. в Рио –де Жанейро 100 странами мира было подписано международное соглашение «Конвенция о биологическом разнообразии». Республика Беларусь подписала, а 1993 г. ратифицировала данную Конвенцию.
Под эгидой ряда институтов Национальной академии наук Беларуси (зоологии, экспериментальной ботаники), совместно с Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды в Республике была разработана Национальная стратегия и план действий по сохранению и устойчивому использованию биологического разнообразия Республики Беларусь. В 2010 г. подготовлена Стратегия по сохранению и устойчивому использованию биологического разнообразия на 2011 - 2020 гг. Анализ выполнения указанных документов показывает, что Республикой Беларусь предприняты значительные усилия по сохранению и устойчивому использованию биологического разнообразия.
Биологическое разнообразие в Беларуси имеет национальную и международную значимость, что определяется географическим положением нашей страны на стыке западноевропейской и восточноевропейской зон. В природе Беларуси существуют уникальные экосистемы и природные комплексы, в которых сохраняется ценнейший генетический фонд. Они занимают 57,3 % территории страны. В составе флоры известно около 12 тыс. видов, из них около 2,1 тыс. видов высших и более 9 тыс. низших растений (водоросли, лишайники) и грибов. За последнее столетие на территории Беларуси исчезло около 70 аборигенных видов дикорастущих растений. В составе фауны выявлено 472 вида позвоночных и более 30 тыс. видов беспозвоночных животных.
Механизмы сохранения биологического разнообразия и обеспечения его устойчивого использования в Республике Беларусь:
ведение Красной книги Республики Беларусь, в которую включены 188 видов диких животных и 274 вида растений и грибов, находящиеся под угрозой исчезновения. Все объекты, подлежащие охране, объединены в единую систему. В нее вошли природно-миграционные коридоры, водоохранные зоны вдоль рек и озер, санитарно-охранные зоны вокруг крупных городов;
обеспечение функционирования и развития системы особо охраняемых природных территорий Республики Беларусь. К ним относятся: Березинский биосферный заповедник, 4 национальных парка (Беловежская пуща, Браславские озера, Нарочанский и Припятский), 433 заказника (85 республиканского и 348 местного значения) и 847 памятников природы (305 республиканского и 542 местного значения). Особо охраняемые природные территории Республики Беларусь признаны на международном уровне. Так, Березинскому биосферному заповеднику, национальному парку «Беловежская пуща» и республиканскому заказнику «Прибужское Полесье» присвоен статус биосферных резерватов, 57 территорий имеют международный природоохранный статус (ключевые ботанические территории, территории, важные для птиц, водно-болотные угодья международного значения);
выделение природных территорий, подлежащих специальной охране: водоохранные зоны, прибрежные полосы водных объектов, водоохранные леса, защитные леса, особо защитные участки леса, места обитания и произрастания редких и находящихся под угрозой исчезновения видов диких животных и дикорастущих растений;
государственное регулирование пользования объектами животного и растительного мира в части использования орудий, способов, сроков, объемов изъятия данных объектов;
государственная экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду проектов хозяйственной и иной деятельности, оказывающей вредное воздействие на биологическое разнообразие;
контроль за вселением в угодья республики новых видов диких животных и дикорастущих растений и борьба с инвазивными видами. Осуществляется на основе разрешений, выдаваемых Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды при согласовании с национальной академией наук Беларуси. При НАН Беларуси функционирует Центр по инвазивным видам животных и растений. Реализуется план мероприятий по предотвращению и минимизации вреда от инвазии;
комплексный мониторинг животного и растительного мира, экологических систем на особо охраняемых природных территориях;
создание коллекций микроорганизмов и клеточных культур, зоологических и ботанических коллекций.
Биотехнологии и современное производство. В конце XX – начале XXI вв. биология становится лидером естествознания. Возрастают ее практические возможности во всех сферах деятельности. Важнейшей формой связи современной биологии с практикой являются биотехнологии.
Биотехнологии – технологические процессы, реализуемые с использованием биологических систем – живых организмов и компонентов живой клетки. Термин «биотехнология» получил распространение в 70-е гг. XX в., но человек имел дело с биотехнологиями и в прошлом. С древнейших времен человек использовал их в хлебопечении, приготовлении вина и пива, уксуса, сыра, переработке кож, растительных волокон. Современные биотехнологии основаны главным образом на культивировании микроорганизмов (бактерий и микроскопических грибов), животных и растительных клеток, методах генной инженерии.
Основные направления развития современных биотехнологий:
Медицинские биотехнологии – их подразделяют на диагностические и лечебные. Диагностические биотехнологии, в свою очередь, разделяют на химические и физические. Химические биотехнологии направлены на определение в тканях и органах веществ, имеющих диагностическое значение, скорости их образования и распада, активности ферментов в синтезе или деградации веществ. Разрабатываются методы оценки функциональных воздействий на изменение диагностических веществ, и выявления резервных возможностей организма. Физическая диагностика состоит в определении физико-химических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности клетки, физических процессов (тепловых, акустических, электромагнитных) на тканевом и организменном уровнях. На этой основе создаются новые методы физиотерапии, оцениваются возможности нетрадиционных методов лечения.
Биотехнологии широко используются в фармакологии. В прошлом для лечения больных применяли животные, растительные и минеральные вещества. Начиная с XIX в. в фармакологии получили распространение синтетические химические препараты. В середине XX в. созданы антибиотики – особые химические вещества, способные избирательно оказывать токсическое воздействие на микроорганизмы. В конце XX в. фармакологи обратились к индивидуальным биологически активным соединениям и стали составлять их оптимальные композиции. Используются специфические активаторы и ингибиторы ферментов, действие которых направлено на вытеснение патогенной микрофлоры невредной для здоровья людей микрофлорой (микробный антагонизм).
Биотехнологии помогают современной медицине в борьбе с сердечно-сосудистыми, онкологическими, иммунными (аллергия), вирусными (СПИД, атипичная пневмония) заболеваниями. Иммунитет – способность организма защищать свою целостность и биологическую индивидуальность. Развитие иммунологии позволяет создавать новые подходы к лечению онкологических и инфекционных заболеваний, в борьбе с которыми неэффективны химиотерапия и антибиотики.
Биотехнологическими способами производят витамины, вакцины и ферменты; диагностические средства для клинических исследований (тест-системы на наркотики, лекарства, гормоны); биоразлагаемые и биосовместимые материалы. Новые области биоиндустрии – производство пищевых добавок и генно-инженерных лекарственных препаратов.
Генно-инженерные лекарственные препараты представляют собой естественные природные биорегуляторы и биологически активные вещества, синтез которых для медицинских целей вне организма невозможен или весьма затруднителен. К таким препаратам относятся инсулин, гормон роста, урокиназа, факторы свертывания крови, факторы роста, артериальный натрийуретический фактор, супероксиддисмутаза, ангиогенин, тканевый активатор плазминогена, вакцины, моноклональные антитела.
Агробиотехнологии – использование биологических методов с целью выведения новых сортов культурных растений с заданными свойствами (высокой продуктивностью, устойчивостью к засухе или засолению). Важными задачами агробиотехнологий являются также борьба с вредителями сельскохозяйственных культур; производство кормов и ферментов; восстановление плодородия почв; переход от монокультур к поликультурам, что повышает выход биомассы с единицы площади сельхозугодий. Агробиотехнологии направлены и на преодоление негативных последствий «зеленой революции» – насыщения продуктов питания нитратами и ядохимикатами.
Биотехнологии используются при изготовлении пищевых продуктов из растительного и животного сырья, их хранении и кулинарной обработке. Они применяются в производстве искусственных продуктов питания (икры, соевого мяса) кормов для скота. Например, получение кормовой биомассы из водорослей или микробов, растущих на нефти. Поскольку микроорганизмы чрезвычайно разнообразны, микробиологическая промышленность на их основе вырабатывает самые разные продукты.
Экологические биотехнологии основаны на использовании ферментов, микроорганизмов, бактерий, растений для решения проблем экологического равновесия в природной среде. Направления экологических биотехнологий:
уничтожение загрязнений окружающей среды (воды, воздуха, почвы). Например, зимой в городах для борьбы с оледенением дорог используются минеральные соли, от которых гибнут многие виды растений. Однако некоторые растения устойчивы к засолению, способны поглощать цинк, кобальт, кадмий, никель из загрязненных почв. Они предпочтительнее в условиях больших городов;
восстановление разрушенных биоценозов (тропических лесов, северной тундры) и популяций исчезающих видов, акклиматизация растений и животных в новых местах обитания и выведение сортов растений с новыми свойствами;
разработка полезных ископаемых (ресурсная биотехнология). Так, микробная биотехнология используется для повышения нефтеотдачи, получении цветных и благородных металлов. Если традиционная технология включает в себя обжиг, при котором в атмосферу выбрасывается большое количество вредных серосодержащих газов, то при микробной технологии руда переводится в раствор (микробное окисление), а затем путем электролиза из него получают ценные металлы. Использование метанотрофных бактерий позволяет снизить концентрацию метана в шахтах;
переработка промышленных и бытовых отходов с использованием бактериальных штаммов;
производство моющих средств, текстильной и кожевенной продукции с применением ферментных препаратов.
Космические биотехнологии – разработка замкнутых биосистем, предназначенных для функционирования живых организмов в условиях длительного космического полета.